煤矿机电设备双电源供电方式安全设计探讨

宁海水

(山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿，山西 太原 030200)

0 引 言

目前经济发展对于煤炭资源需求渐增大，传统开采工艺效率较低，煤矿开采工艺正逐步向机械化开采和智能化开采方向发展，对于电力资源的质量要求也随之提升[1]。要想确保煤矿开采过程中有效防止瓦斯安全事故、顶板安全事故及水害安全等事故，确保煤矿企业能够获得可靠的、不间断的电力支持，就必须确保煤矿企业电力供应的持续性以及可靠性。

1 煤矿企业受电方式分析

1.1 受电方式概念

所谓受电就是接受送电，即发电厂把电力输送到用户。而受电方式即用户接受送电的具体方式，对于煤矿企业而言，包含的受电方式主要有全主全备受电方式以及一主一备受电方式。

1.2 全主全备受电方式

此种受电方式是经由煤矿企业设置的中央配电室，两路不同的电源一起进入至配电室之中，对于10 kV系统，是通过单母线方式接线处理，电源和相应的联络开关之间则是借助于互为闭锁的投切设备连接，确保煤矿开采过程中井下供电持续性与可靠性[2]。具体的配电装置示意图如图1所示。

正常情况之下，系统包含两个电源一起投入使用，分别承担相应的设备运行负荷，同时还可以仅接入一路电源，另外一路电源则当成是备用电源。若是其中某一路电源出现故障问题，另外的一路电源便会即刻借助于投切装置而进入运行状态，所有的设备运行负荷均被接入此回路中，可以保障煤矿开采获得可靠的、持续的电力供应[3]。

图1 全主全备受电方式配电装置示意图

1.3 一主一备受电方式

此种受电方式，若是系统正常情况，仅将所接入的两路电源之中的其中一路作为供电电源，其承担所有设备的运行负荷，而其余的一路电源则当成是备用电源使用。若主回路出现故障，则备用回路便能够作为紧急电源确保井下作业设备能够持续的运行[4]。若是煤矿企业采用的备用电源是公用电力线路，基本上都会应用此类受电方式。具体的配电装置示意图如图2所示。

图2 一主一备受电方式配电装置示意图

采用此种受电方式，对10 kV系统进行接线处理时，与全主全备受电方式下的接线方式相同，电源和相应的联络开关之间则是借助于互为闭锁的投切设备，确保煤矿开采过程中井下供电持续性与可靠性[5]。两者不同之处为，一主一备受电方式作为备用回路由于自身所拥有的接待能力相对较小，一般情况下馈出线仅可以接待保安负荷，而对于主电源与备电源来说，无法进行互换。

1.4 两种受电方式对比分析

采用全主全备受电方式，系统接线较为简单，在实际运行过程中方便管理。系统运行时，1#进线以及2#进线能够同时带电，9#分段以及10#联络柜开关处在断开状态之下的，利用电气闭锁设备，若是系统之中母线均处于带电状态时，9#分段柜便不能合上，这样便可以有效避免倒送电问题或者是系统之中两路电源出现非同期运行问题等发生。采用全主全备受电方式时，系统要求应用到相对多馈线柜装置，导致前期的建设所需资金较多，而整个系统的线路利用率相对低，一般情况下处于50%左右，电费成本相对高，基本容量的电费支付也相对多。

采用一主一备受电方式，系统之中所需配置的馈电柜装置相对较少，前期的建设资金投入相对少。但是此种受电方式下当主回路之中的电源出现一定故障时，备用回路只可以提供保安负荷所需供电，无法够确保煤矿正常生产，而且整个系统中输电线路相对长，存在相对多的接待负荷[6]。由于此种受电方式之下系统的备用容量相对较小，其对应的基本容量费用支出也相对低。

2 煤矿机电设备双电源供电安全设计原则

(1) 要求设计所采用的线路应当为煤矿企业唯一供电专线，不允许另外一些负荷接入系统之中。

(2) 线路系统设计要求变电站独立间隔出线，供电线路的架设过程中必须单独进行架设，不可以利用同杆架设方法[7]。

(3) 输电线路所应用的混凝土杆、输电导线、绝缘子器件等等，在实际选型过程中应当较普通照明线路高出一个等级。在线路选择过程中，应当尽量应用全绝缘化的线路。加设10 kV输电系统时，要按照20 kV输电系统应用相关标准要求。选择导线过程中，绝缘层的厚度值应当在3～4 mm之间，绝缘材料类型应当为交联聚乙烯材料。所选用的绝缘子装置应当具备较好防雷性能。对于一些裸露在外部的接头部位以及一些金属连接部位，必须设置绝缘罩装置，同时还应当采取相应的防护措施。

(4) 按照不同的输电线路实际距离，设置相应的智能负荷开关装置，这样能够确保系统线路出现故障问题时，更快的检测出故障位置[6]。通常情况下要求在5 km长度之内加设1～2台智能开关装置。

3 实例分析

结合东曲煤矿输配电系统改造实例，探讨输配电系统具体情况。东曲煤矿井下作业设备供电应用的电压等级是660 V，煤矿之中机电设备相应的负荷情况见表1。

依照东曲煤矿的实际负荷以及煤矿周边的电源情况，该矿井生产过程中选用的电源是10 kV电压等级线路，实现对整个系统的供电，采用双回路供电的方式，在输电线路的架设过程中，电杆均应用混凝土电杆。选择供电方案依照东曲煤矿所处的具体位置，同时要求所选用的电源进线与出线便捷，将10 kV变电所设置于副井位置的绞车房旁边，安装2台型号均为SJ-630/10型的变压器装置，若是其中1台变压器装置发生问题，则所设置的另外1台变压器装置可以确保随时投入运行，满足煤矿生产的全部用电负荷需求。在系统之中10 kV以及0.4 kV系统分段接线处理时均是应用单母线方式，确保整个系统供电更为稳定与可靠。

煤矿副井位置的井底周围设置矿井井下配电硐室，其中10 kV供电系统在进行接线时是通过单母线分段接线方式完成，井下设置两回路，并且10 kV电源分别从地面上所设置的10 kV变电所之中两段10 kV母线之上引出，井下所应用的电缆其型号为MUJB 22型电缆，此种电缆的绝缘层材料为交联聚乙烯材料[7]。若是其中某一回路出现故障时，通过所设置的另一回路同样能够确保井下机电设备的正常运转，承担所有的机电设备运转负荷。

变电所之中10 kV高压开关装置型号为BGP 12-6N型的隔爆配电开关装置，一共配置有3台，所应用的低压开关装置型号为KBZ-630型隔爆配电开关装置，一共配置有8台。井下开采区域内的电源是由井下变电所引出，在输电线路之中设置有专用开关装置，同时输电线路也为专用线路，仅仅供采取机电设备使用[8]。

在井下的水槽之中设置有主接地极，不同的配电点也都设置有局部的接地极，主接地极、局部接地极、铠装电缆金属护套对应的接地芯线等共同构建成了井下接地网。在整个接地网络之中，其中任何一处的接地点位置处测量所得接地电阻值大小要求均应当小于2 Ω。

煤矿常见故障主要是短路故障，对煤矿的安全生产威胁较大，另外，煤矿还存在多种不正常运行状态。通过应用双电源供电方式，能够在不改变系统结构的情况下，有效解决上述问题，对煤矿供电系统的改进具有一定指导意义。

4 结 语

由于煤矿开采过程中涉及到井下作业人员的安全问题，要求井下作业过程中机电设备应当得到持续以及可靠的电力保障。采用双回路供电方式，前期的资金投入相对较大，却能够有效确保煤矿企业供电的安全性，能够保证井下作业连续性，为井下作业人员提供更为安全可靠的作业环境。另外，煤矿双电源用户必须根据运行实际制定完善的双电源倒闸操作规程。规程中要把可能出现的运行状况及对应操作程序一一列明，做到在实际操作中有章可循。