煤矿供电系统设计流程及要点

＊胡青曦

（山西汾西工程建设有限责任公司 山西 032000）

社会活动与经济活动的不断开展推动了国民经济水平不断提高的同时，也对能源行业提出了更高的要求。特别是随着能源危机问题的日益凸显，煤矿行业作为我国传统支柱性产业，不仅需要保证开采数量，保证能源供应，还需要提高开采效率，降低能耗。众所周知，煤矿开采过程通常具有较高的风险，作为与井下作业人员人身安全具有紧密联系的主要因素，供电系统的合理设计逐渐引起了相关管理人员的广泛关注，在一定程度上保障了煤矿企业的生产安全。然而，随着煤矿企业开采深度与复杂程度的不断增加，很多煤矿企业的供电系统设计存在一系列亟待完善的问题。为了营造更安全的煤矿开采环境，需要相关技术人员加强自身专业知识，提高设计合理性。

因此，本文首先对煤矿供电系统的分类及供电类型进行了简单介绍，对供电系统的设计原则及要点进行了探讨，并提出了相应的优化措施，以期为我国煤矿行业实现长久发展提供一定理论依据。

1.煤矿供电系统的分类及供电类型

(1)煤矿供电系统的分类

如图1所示，煤矿供电系统作为一个整体，通常包括变电所及相关配电点等主要设施，根据实际生产需求按照合理的方式进行连接，为煤矿企业提供所需的电力服务。其中，变电所作为重要的组成部分，主要分为以下几种：一是位于地面的变电所，作为供电系统的枢纽，起到为整个矿区进行供电的作用。通常情况下，煤矿企业只会设置一个地面变电所，倘若矿井分布位置较为分散，可根据实际需求对其数量进行合理调整，保证供电安全；二是位于井下的中央变电所，作为井下供电的重要环节，由地上变电所提供电源，向其他变电所提供电力；三是采区变电所，其主要任务是向巷道及工作面等区域提供电力服务[1]。

图1 煤矿供电系统示意图

(2)煤矿供电系统供电类型

对于供电方式的选择，相关设计人员通常是根据煤矿实际生产水平、煤层埋藏深度、矿井瓦斯情况等进行，主要包括以下两种类型：一是深井供电系统。该系统通常应用于开采难度较大的矿井，由于其煤层埋藏深度较深，因此需要较多的电力供应服务。现阶段，为了更好的保障供电安全，我国大型煤矿企业通常采用三级高压供电的方式进行，即从母线上引出下井电缆送至井下变电所，再经由高压电缆为采区变电所提供电能。二是浅井供电系统。该系统通常用于开采难度较小的煤矿，对于煤层埋藏深度较小的矿井，其开采过程中相关电力设备运行时所需的电能通常属于低压，为了更好的帮助煤矿企业降低运营成本，浅井供电系统得到了较为广泛的应用。具体而言，就是通过地面变电所将低压运送至位于井下的浅井供电系统，再通过配电所向开采区域提供电力服务。

2.煤矿供电系统的设计原则及要点

(1)供电系统的设计原则

在对煤矿供电系统进行设计的过程中，相关设计人员需要严格遵循相应的设计规范及标准，提高设计方案的合理性与科学性，从而更为高效的为煤矿企业提供电力服务。当前阶段，我国煤矿供电系统的设计原则主要包括以下几方面。

①可靠性。确保供电系统的可靠性是煤矿企业实现安全生产的前提保障。这就要求相关设计人员确保供电系统在长时间高负荷运转的过程中不出现供电故障，避免安全事故的发生。因此，对于煤矿企业来说，就需要其根据实际生产需求选择合理的供电设备，保证不间断供电的同时，提高使用性能及效率，提高供电系统稳定性。同时，还需要安排相关技术人员对供电系统进行定期检修与维护，一旦发现问题，及时采取措施进行解决，保证井下采取的电力供应长期保持稳定。

②安全性。煤矿开采环境通常较为恶劣，长期处于潮湿环境的供电设备极有可能受到多方面因素的影响而出现故障，一旦现场施工作业人员没有及时发现，极有可能引发重大安全事故，影响煤矿企业的正常运行。因此，相关设计人员在进行具体工作过程中，首先要确保供电系统设计的安全性，为井下开采作业的安全运行提供有力保障。

③经济性。随着煤矿开采行业竞争激烈程度的不断增加，煤矿企业在保证开采安全的前提下，也将更多的关注点放在运营成本方面。因此，对于相关设计人员来说，在保证供电系统合理性的同时，也应充分考量设计方案的经济性，一方面要严格遵循设计规范及标准，保证煤矿企业的供电安全，另一方面也应结合自身设计经验，对供电系统结构进行科学优化，提高设计方案的合理性。同时，还应对不同设计方案进行经济性分析，从而更好的帮助煤矿企业实现经济收益。

(2)供电系统的设计要点

煤矿企业在实际运行过程中，不可避免的会受到多种因素的影响导致供电系统出现故障，这就要求相关设计人员在进行具体的作业过程中，对可能出现的问题进行较为全面的考量，选择合理的变压器，提高供电系统容量，最大程度的降低供电故障的发生概率，更好的保障煤矿生产安全。具体而言，其设计要点主要包括以下几个方面。

①合理设计供电系统。提升供电系统设计合理性的首要内容是需要相关设计人员根据煤矿企业实际生产需求合理考量用电负荷并选择相应的变压器，提高供电效能，提升供电系统工作效率。这就要求相关技术人员在科学计算变压器功率后，对供电系统的实际容量进行分析，有效改善谐波分量问题。

②优化电缆型号截面。电缆在供电系统中起到了不容忽视的作用，这就要求相关设计人员充分结合电流运行情况，选择合理的电缆型号，对其截面设计方案进行优化，提升电力输送效果。同时，还需要准确计算最大电压损失值，从而更好的保证供电系统的稳定运行。

③其他方面优化设计。除上述内容外，相关设计人员还应注意以下几方面内容：一是在小功率机械设备的使用过程中，相关设计人员应注意对整个供电系统进行简化处理，为后续检修维护工作的进行奠定良好的基础；二是在具体的设计过程中，应根据煤矿企业所在地的实际情况进行合理优化，比如，对于较为寒冷的区域，可以采用集中制冰输冷降温法来实现供电系统的降温需求，提高制冷效果；三是在机械设备的采购方面，可以将更多的关注点放在操作简单的设备上，一旦出现故障，可以缩短维修时间，提高安全系数；四是在对制冰系统进行设计时，由于该系统的安装通常具有较长的周期以及较高的成本，这就要求相关技术人员结合实际情况进行灵活调整，提高设计方案的合理性。

(3)供电系统设计实例分析

要想提高供电系统设计方案的合理性，就需要相关设计人员科学选择相应的组件，比如，变压器、电缆、短路电流等。在选择变压器的过程中，需要相关设计人员对电压负载进行准确计算，保证供电可靠性的同时减少开关及电缆等元件的使用，降低故障发生概率；比如在变电所的设计过程中，应尽量由变压器直接给工作面进行供电，避免局部停电引发的大面积供电故障；比如在对开关进行设计的过程中，需要相关设计人员根据允许电流通过来选择相应的截面，并对电压情况进行核算。除此之外，对于整个供电系统来说，还需要相关设计人员严格按照相关计算标准对各元件的阻抗及短路电流进行核验，保证供电系统的运行可靠性。

①变电所的设计。在进行中央变电所选址过程中，首先要便于大体积设备的运输，同时要提供充足的空间为后续设备的增加做准备。同时，还需要保证较好的通风环境，避免出现温度过高的问题影响供电安全；其次要根据巷道分布情况，将其布置在进风巷与回风巷之间。其设计原则主要包括以下几方面内容：一是在保证满足生产需求的前提下，尽量减少设备使用数量，对于超过一台的变压器，应保证变压器负荷分配的合理性，同时避免并联运行的出现；二是在供电系统运行过程中应最大程度的避免回头供电的出现；三是变电所的供电需通过专用变压器、开关及线路进行；四是对于工作面等区域，需配备相应的保护装置。

②变压器的选择。随着煤矿企业开采深度的不断增加，供电距离也在相应增大，在一定程度上导致供电系统出现电压降低的问题，给机电设备的稳定运行造成一定的不利影响。这就要求相关设计人员在具体工作过程中充分考虑上述问题给供电系统所造成的影响，提高设计方案的合理性。因此，在对变压器进行选择时，应根据开采实际情况，对变电所的容量及开关类型进行科学选择，提高变压器的可操作性，为后续工作的进行提供有力保障。

其中，供电系统极有可能由于各种因素而出现电压波动的问题，影响供电系统的稳定运行。这就要求相关设计人员做好以下三方面工作：一是积极应用先进的新兴设备，比如非线性电力负荷采煤机械设备，从而更好的保证煤矿开采的安全性与稳定性；二是加强相关技术的研究，特别是对于谐波分量问题的处理，避免其对供电系统产生不利影响；三是在设计初期，相关设计人员应根据煤矿实际情况，结合自身设计经验，对供电系统可能出现的问题进行全面分析，选择合理的变压器，提升系统容量，降低供电系统运行故障发生的概率，提升供电效率。

3.煤矿供电系统设计优化措施

如上所述，煤矿开采安全与井下作业人员的人身安全具有十分紧密的联系，这就要求相关设计人员不断提升自身专业水平，结合实际生产需求，对供电系统进行合理设计，提高供电效率的同时最大程度的避免供电故障[2]。

(1)完善继电保护设备系统

继电保护装置是避免煤矿企业在遇到电力故障时发生更为严重安全事故的主要因素，因此，对于煤矿企业来说，一方面要不断完善继电保护设备系统，提高其工作效果，严格按照相关规范及标准进行参数的设置，降低故障发生概率；另一方面要根据煤矿企业实际生产需求，不断引进先进的电气化设备及相关技术，更好的保障煤矿企业的运行安全。

(2)加大供电设施检修力度

对于煤矿企业来说，保证供电系统的运行稳定是其实现安全生产的前提条件。这就要求相关管理人员做好以下两方面工作：一是定期安排相关技术人员对供电设施进行检修与维护，保证其具有良好的使用性能，一旦发现问题，及时对相关设备进行更换，避免发生故障；二是根据煤矿企业实际生产需求，在设计过程中选择工作效率较高的供电设备，降低能耗水平，同时对老旧设备进行改造升级，推动煤矿行业实现可持续发展。

(3)引入电气设备监测系统

信息化技术水平的不断提高推动了各行各业对于智能设备的应用，作为我国的传统行业，加强在线监测系统的应用就成为煤矿企业实现现代化发展的重要手段。如图2所示，井下供电监控系统一方面可以帮助相关管理人员更好的了解井下电气设备的运行情况，及时发现可能存在的问题，避免故障发生引发重大安全事故；另一方面也可降低井下作业人员的工作强度，避免其在具体作业过程中出现违规操作，更好的保障人员安全。

图2 井下供电监控系统示意图

4.结论

综上所述，煤矿企业安全生产的前提条件是具有可靠的供电系统，因此，对于相关设计人员来说，不仅要根据煤矿生产实际情况合理的对供电系统进行设计，严格遵循相关规范及标准，同时还要充分考虑其经济性，提高资源利用效率的同时帮助煤炭企业降低成本支出，从而使整个矿区安全有效的生产运行最大化。