冯世旭

（汾西矿业集团水峪煤业， 山西 孝义 032300）

引言

当前随着我国煤矿产业的不断向前发展，煤矿井下掘进供电电压由20 世纪60 年代初的380 V 提升到660 V，并且各种大功率机电设备在煤矿综采工作面中得到了广泛应用，同时巷道掘进工作也不断朝着大断面长距离的目标发展，有效提高煤矿资源的开采工作效率。现阶段，在我国一些单向长距离综掘工作面中，660 V 的供电电压也无法满足掘进工作的供电工作要求，因此仍然需要对整个供电系统展开进一步优化和完善。

1 单向长距离掘进工作面供电问题分析

有效结合我国某煤矿开采工作面中的供电系统布置工作，由地面的35 kV 变电站将10 kV 双回路变电站向本段单向长距离掘进工作面进行供电，通过1 区和2 区变电所将10 kV 配电输送到各个采掘工作面中，然后通过采掘工作面配电系统控制，将10 kV 变电站对应的电压等级进行进一步控制，为整个机械生产工作提供重要的地理资源。掘进工作面配电点通常设置在巷道的掘进口位置，同时使用大量的风机机组，机组移变、动力移变及风机移变等相关设备，专用风电机组使用特定的高压线路进行供电，备用风电机组移变和动力机组移变使用同一条高压供电线路进行供电。随着巷道掘进深度达到1 km 的条件，需要增加额外的配电室设置基础和动力移变各一台，通过使用高压电缆对其进行供电工作。在无功补偿装置和软启动器设备使用工作之前，需要对供电电压大小进行有效控制，在无功补偿装置和软启动装置正式开启之后，需要对两台设备的巷道掘进速率进行有效控制，进一步解决线路末端产生的电压下降问题，全面提高供电功率因素，同时进一步控制大功率电机启动过程中所产生的电网冲击与影响，进一步延长设备的使用周期，同时省略单向长距离综采工作面当中的高压配电设施，有效减少高压电缆和移动，按照安装拆除工作量全面提高供电设备的使用工作效果[1]。

在实际工作面供电工作当中，运输系统具有负荷分散、综采工作面设备负荷集中等特性，如果巷道内部所有设备全部启动，会造成电网的电压波动较大，设备的启动和工作面的正常，供电工作之间会存在较大的矛盾问题，会直接影响到整个掘进工作面的供电质量和稳定性。在掘进工作面生产工作过程中，电机是否可以直接启动，主要取决于电网的电容量大小，所使用的电动机通过变压器供电条件下，不经常启动的电机在容量上通常不会超过变压器总容量的30%，经常启动的电动机容量最多不能超过总容量的20%[2]。

2 综掘工作面长距离供电问题的优化策略

在工作面设计安装工作过程中，根据实际工作情况对工作面设备运输系统设备及设备工作性能等问题进行综合考虑和分析，具体如下：

第一，对于掘进工作面功率相对较小的设备而言，对电网的冲击影响相对较低，因此可以通过直接启动的方法。如果掘进工作面全部输送机功率超过2×200 kW，则可以通过使用延时直接启动方法来进行操作。直接启动也称之为全压启动，属于一种相对较简单的启动工作方式。在正式启动工作过程中不需要使用特殊的供电装置，只需要使用普通的磁力启动器设备，将电源直接供应在电机的定子绕组当中，可以起到直接启动电机的作用和效果，在整个操作流程上相对较简单，在煤矿生产工作中大部分异步电机通常会采用这种方式进行供电[3]。

第二，对于功率较大同时能够实现空载启动，且对启动转距要求相对较低的电机，则可以采取降压启动工作方式。例如，运输系统中的带式输送机设备，因为矿用异步电机不能使用在转子电路当中，通过向电路内部加入电阻的方法，可以进一步改善电机的启动性能，只能靠降低外部施加电压的方式来控制供电电流大小。尽管这种方式的启动性能相对较差，但是在煤矿井下工作面生产工作中有要求调速条件相对较低，因此整体的使用效果较明显。在实际使用过程中，为了有效防止电机直接启动对电网产生冲击和影响，可以通过使用软启动器设备来控制该设备，通过微处理器控制技术可以有效实现交流电动机导专启动处理，通过使用电压调速工作原理，在启动工作过程中电源电压有600～1 140 V 实现二级调速，不但可以减少大功率电机对电网供电所产生的冲击和影响，同时可以进一步提高带式输送机设备的工作安全性和稳定性[4]。

第三，对于工作功率相对较大、负荷量比较集中，同时必须重载的电机设备而言，通常情况下使用的是提高电压等级和电极调速工作方法，有效降低对供电电网所产生的冲击和影响。在工作面中后部刮板运输机设备电机最大功率达到2×400 kW，在启动工作过程中要求启动转距更大。因此，通过使用双绕组电机高压供电技术，充分保证供电机组供电工作的稳定性。供电系统完善方案对于供电系统而言，工作面的年生产能力可以达到200 万t 以上水平，根据供应链的设备特性，使用三路主电源来进行供电工作，同时每一路电源均来自于地面变电站的一台主变设备，即通过三台主变设备分别带三段设备，通常情况下在主变设备分裂运行工作过程中，因为使用变级调速控制系统对电流进行有效控制，通过一路供电电源在启动之后，对综采工作面当中的大型基础来进行供电工作，有效保证设备供电工作的充足性和稳定性，同时实现三段供电系统之间相互联络，有效保证供电工作的整体稳定性[5]。

3 供电开关超负荷运行与改进方法

根据煤矿开采工作的相关安全规程要求，掘进工作面作业施工区域所有供电电源，必须要具备风、电、瓦斯闭锁控制工作，需要保证在达到停风或者瓦斯超限状态下的断电工作要求。在煤矿掘进工作过程中，所使用的供电开关通常采用的是真空磁力启动器设备，负荷容量大小为225 kW。根据综合机械化掘进工作面的相关工作要求，其中主要包含掘进机设备、胶带运输机设备、刮板输送机设备等，在工作过程中的最大负荷量不能超过真空磁力启动器设备的最大负荷，否则会出现开关本体破坏、隔离开关破坏，以及电源线机电设备故障等，对整个煤矿安全生产工作带来较大的安全隐患。如果胶带运输机控制电源和供电开关之间进行分割，可以有效达到减少供电开关负荷工作效果，需要对供电系统进行必要的改造处理，如图1 所示。

图1 分路供电原理

具体的改造方法如下：根据正常的供电工作方法，综合机械化作业掘进工作面所有的电气设备，都需要通过使用供电开关负荷实现风电瓦斯闭锁功能，通过供电开关的电流量通常较大，经常会产生供电开关损坏等问题，直接影响到综合机械化掘进工作面的生产工作稳定性。通过对综合机械化掘进工作面相关供电工作参数进行综合计算分析之后，对供电系统实施分路供电方法，即将大功率的胶带运输机设备、刮板输送机设备展开分路设计，重点将胶带输送机的电源不通过供电开关复合，而是直接接通在供电开关的电源侧，在两台开关之间加上电气闭锁装置，通过这种供电工的方法，可以全面实现风电瓦斯的闭锁，同时可以实现将大功率的电气设备进行分开供电，可以最大限度上降低供电开关的负荷工作压力，同时减少设备产生的故障概率，有效保证整个供电系统满足整个综合机械化掘进工作要求和标准。

4 结语

随着煤矿掘进工作的进一步推进，随着掘进工作的进一步推进，掘进工作面当中的供电功率大小也出现明显的下降，外加上线路末端大功率掘进机设备在启动过程中会对电网形成较大的冲击和影响，在供电电缆特定的工作条件下，通常供电距离无法达到基础的理论设计距离和要求，无法满足现场供电工作标准，因此必须要对高压供电工作进行全面优化和完善，进一步降低无功功率的损耗量，避免出现大量的电力资源浪费问题。