刍议煤矿井下采区供电系统设计技术要点

＊李 琦

（山西煤炭运销集团三元石窟煤业有限公司 山西 047500）

煤矿开采具有很强的专业性和复杂性，尤其是井下采区供电系统设计更是包含诸多的专业性知识，对技术人员的专业能力有很高的要求，需要给予充分的重视。就煤矿井下采区供电系统设计工作来说，技术人员的设计重点在于三个方面，一是确保供电系统设计有足够的合理性，保证运行过程中的安全性与合理性；二是需要有效优化电缆型号截面设计，按照实际需求来选择电缆，有效确定相应的型号与截面方案[1]；三是电机控制系统的设计工作，比如在井下开采工作中，要求给予制冷系统充分的重视，确保制冷系统运行过程中有足够的安全性，且可以最大限度延长生命周期，创造更多的经济效益。鉴于煤矿井下采区供电系统设计无论是专业性还是特殊性均十分凸显，因而在开展此项设计工作时务必要把控好相关技术要点，以此充分确保设计方案的可行性和科学性。本文从多个方面分析探讨了煤矿井下采区供电系统设计的技术要点，现作如下的论述。

1.煤矿井下采区供电系统设计报告说明

就煤矿井下采区供电系统设计报告的编制要求来说，技术人员需要保质保量的完成三方面的工作。

一是要详细分析和论述煤矿井下采区供电系统设计所处的自然条件，包括采煤工作面的信息和开拓与掘进工作面的信息。在采煤工作面信息上，技术人员要详细标注工作面的走向、长度。煤层倾角与厚度、瓦斯等级、开采方式与时间等；在开拓与掘进工作面信息上，技术人员要明确标准的内容主要有六个方面，即施工单位、施工地点、开工时间、收工时间、瓦斯等级、通风系统简介。

二是要详细表述供电方式，包括三个方面的内容。（1）要注明具体要使用哪一个变电所，变电所内的负荷情况及所要接线的变压器情况；（2）说明所采用的电压等级；（3）准确计算最远点供电距离，需要特别注意一点，供电系统设计的计算要以巷道施工结束时的系统为准进行计算。

三是详细标注所使用的采掘机械设备，通常会包括采煤机、喷雾泵、破碎机、运输机、乳化泵、转载机，所涉及到的型号、电动机功率及台数信息均要按照实际情况来标注。

2.电气安全技术措施

电气安全技术措施的确定要以《煤矿安全规程》的相关规范为准，并对采区的实际情况与作业场所的特点做全面的分析论证，最后得到电气安全技术设计方案。对于煤矿井下采区供电系统的电气安全技术来说，需要重点做好六方面的技术工作。一是要做好接零与接地保护系统的设计工作；二是要做好漏电保护的设计工作，要按照实际需求来安装报警式漏电保护器；三是要做好绝缘工作，并配备绝缘手套、绝缘垫和绝缘鞋；四是做好电气隔离工作；五是要做好屏保和安全距离的设计工作，在确定安全距离时要严格按照规定，保证安全距离；六是做好连锁保护的设计工作，这是一种防止误操作、误人带电间隔等造成触电事故的安全连锁保护装置，有很好的应用效果，设计时需要给予充分的重视。

3.供电系统拟定原则

考虑到煤矿井下采区供电系统设计有很强的专业性特点，因而在拟定供电系统方案时，要严格遵循相关的规范。总的来说，供电系统拟定原则包括以下几点：

（1）严格遵循《煤矿安全规程》《矿山电力设计规范》《煤矿井下低压电网电路保护装置的整定细则》《煤矿电工手册（修订本）》。

（2）严格遵循煤矿工业建设的基本方针与政策，务必保证供电系统设计充分安全可靠。在设备选型上，要尽量采用已经成型的成套设备，且要优先采用新产品和新技术，尽量做到节能环保，减小电能损耗。

（3）采区的供电系统要严格按照采区的机械设备布置图来拟定，确保供电系统设计安全、经济、操作灵活且系统简单。具体来说，要做好七点工作：①确保1台设备由1台起动器来控制；②变压器尽量不使用并联的方式来运行；③为保证供电尽可能的安全，要最大限度减少开关和起动器的使用，同时要保证所使用的电缆数最少；④工作面配电点到各个用电设备之间应优先采用辐射式供电的方式[2]；⑤配电点起动器要控制在三台以下，通常情况可以不设置配电点进线自动馈电开关；⑥要尽量让供电系统少使用回头供电；⑦为游有效减少起动器连接电缆的截面，工作面配电点所使用的最大容量电动机要尽量靠近配电点的进线部位。

4.煤矿井下采区供电系统设计内容的要点把控

(1)变压器容量确定与电压损失校验

在确定所使用的变压器型号时，要重点对国产矿用变压器的容量和电压等级作全面的分析研究，并结合巷道断面和运输条件来分析设计方案，以此来选出最佳方案。以矿用隔爆型干式变压器为例来说，目前所使用的KSGB型号有很好的应用效果，可以应用在有爆炸风险的矿井中，可以作为优先选择的煤矿井下供配电装置。再以防爆移动变电站为来例来说，目前所使用的KSGZY型矿用隔爆千伏级移动变电站有很好的应用效果，不仅可以应用在普通的660伏矿区，也可以应用在综合机械化的采煤工作面中。在计算变压器正常运行时的电压损失时，可以使用公式：

公式（1）中的U2N表示变压器低压侧的额定电压；公式（2）中的β是指变压器的负荷系数，UR、UX表示电阻压降百分数、电抗压降百分数。

(2)高压电缆与低压电缆的选择要点

在选择高压电缆时，要重点遵循四点原则。一是结合井下生产特点，来选择适合的高压电缆；二是要确保所选择的电缆耐压大于电网电压；三是对所选择的电缆供电能力进行分析评估，确保可以满足供电要求；四是要确保电缆的截面可以满足继电保护需求。需要注意的一点是，在确定电缆型号和截面方案时，不仅要充分考虑井下电流运行特点，而且要对机械设备运行过程中的最大电压损失值加以确定，开展相关的验算工作，确保可以有效提升供电系统的运行效果。

在低压电缆选择时，要重点遵循五点原则。一是所使用的矿用橡套电缆型号要满足《煤矿安全规程》的相关规范要求；二是要确保所选用的电缆在正常运行状态下的电压损失不得大于网路范围外的电压损失；三是确保所使用的橡套电缆温升在650℃[3]；四是在选择干线电缆时，要严格按照长期允许电流来选择，最后再按照允许电压损失来完成电缆截面的计算工作；五是所选择的低压电缆因为是通过以上四点原则选出的，因而不需要再次进行短路时的热稳定校验。另外，在电缆长度确定时，要在规范标准的基础上再增加一段活动长度，这一部分的活动长度控制在3-5m。

除此之外，在确定电缆截面时，按照长时允许负荷电流来选择，且需要完成校验工作，可以通过机械强度和系统允许电压来校验。具体在确定电缆截面时需要遵循以下三点原则：①当电缆在正常运行状态时，要确保电动机的端电压大于额定电压的10%；②电缆的正常工作负荷电流要与电缆允许持续电流相等[4]；③若是选用橡套电缆，则要对电缆的机械强度作认真的计算和分析，重点计算最小截面。需要特别注意一点，橡套电缆的接地芯线不能兼用于其它用途，只可以应用在监测接地回路。

(3)高压开关与低压开关的选择

在选择高压开关时，要遵循三点原则。一是确保所选择的高压开关的额定电压与电网电压等级适应；二是高压开关的最大工作电流不能大于开关的额定电流；三是要确保高压开关的内部保护装置功能符合要求。在选择低压开关时，需要考虑的因素较多，且务必保证这些因素与相关的规范标准相一致，可以分为以下三种情况来考虑。一是若矿井的采掘工作面、通风巷道、回风巷道存在煤尘爆炸风险时，则可以优先使用矿用隔爆型开关、矿用本质安全型开关，也可以使用矿用隔爆兼本质安全型的开关。二是如果选择矿用低压开关，则要确保额定电压必须与被控制线路的额定电源相等；开关分断的最大三相短路电流需要小于开关额定的最大分断电流[5]。三是因为矿用低压开关自身性能的限制，因而只能将矿用低压开关应用在海拔不超过1000m的地方，其垂直斜度不得超过15°。除此之外，矿用低压开关部位的周围不得存在金属腐蚀物质和绝缘损坏的气体。

(4)过流保护装置校验要点

确保所选择的低压开关继电保护装置满足以下三点要求：①当保护装置动作时，在只切断故障部分的电路后，其他部分依然可以正常运行；②在保护范围内若发生了最小两相短路电流，则保护装置有良好的灵敏性，可以确保保护装置有可靠动作；③一旦保护范围内发生故障，则保护装置可以迅速启动保护功能，顺利切断被保护的线路，以此来防止事故的进一步蔓延。

5.结语

对于煤矿井下采区供电系统设计工作来说，其有很强的复杂性，设计过程中需要考虑多种因素的影响，一旦因为某一个环节的设计工作不佳，即会导致整个供电系统质量受到影响。因此，在开展煤矿井下采区供电系统设计工作时，要从设计阶段和施工阶段两个大方面来着手，制定详实的煤矿井下采区供电系统设计报告，把控好高压开关与低压开关选择、高压电缆与低压电缆选择、变压器容量确定等方面的技术要点，充分保证煤矿井下采区供电系统设计的有效性与合理性。