・５２・ 煤矿机电 ２０１２年第１期 煤矿井下低压供电方式运行分析与选择 张洁，张名忠 （云南能源职业技术学院，云南曲靖６５５００１） 摘 要： 井下低压供电主要在采煤区，一旦发生供电故障极易引发安全事故。分析了井下变压 器，移动变电站，混合式等三种供电正常运行、故障运行情况，确定了井下低压最佳供电方式，消除 了漏电安全隐患，降低了企业生产成本，提高了经济效益，确保了煤矿井下安全生产。 关键词： 供电方式选择；运行分析；安全隐患 中图分类号：ＴＭ７１１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—０８７４（２０１２）０１—００５２—０４ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｃｈｏｉｃｅ ｏｆ Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ ａｔ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ＺＨＡＮＧ Ｊｉｅ，ＺＨＡＮＧ Ｍｉｎｇ－ｚｈｏｎｇ （Ｙｕｎｎａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｑｕｊｉｎｇ ６５５００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｅｄ ａｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ．Ｏｎｃｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆａｉｌｕｒｅ，ｉｔ ｅａｓｉｌｙ ｌｅａｄｓ ｔｏ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ａｎｄ ｆａｕｌｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｕｃｈ ａｓ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ｍｏｂｉｌｅ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｙｂｒｉｄ—ｐｏｗｅｒｅｄ ｓｕｐｐｌｙ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｅｌｉｍｉｎａｔｅｓ ｌｅａｋａｇｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｉｓｋ，ｒｅｄｕｃｅｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ，ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅｓ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｓａｆｅｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｉｓｋ ０ 引言 １．２常用控制开关类型及用途 ＢＧＰ系列矿用隔爆型高压配电箱的电压等级 有６ ｋＶ或１０ ｋＶ两种，主要用于控制变压器，高压 煤矿井下低压供电主要在采区，其空间狭窄、空 气潮湿，瓦斯、煤尘含量较高，电气设备和电缆易受 砸、碰、压造成绝缘损坏发生漏电、短路故障。供电 方式选择不合理，供电线路保护装置不完善，一旦供 电发生故障易引起人身触电，瓦斯、煤尘爆炸，电雷 管超前引爆等安全事故。井下低压供电方式的选择 必须满足供电可靠、安全、经济、质量良好等四个要 输电线路，高压动力负荷等；ＫＢＺ系列矿用隔爆型 低压自动馈电开关的电压等级有３８０ Ｖ、６６０ Ｖ或 １ １４０ Ｖ，主要用于控制和保护低压输电线路，作为 低压电网总开关、分路（分支）总开关使用；ＱＢＺ系 列矿用隔爆型低压磁力启动器的电压等级有３８０ Ｖ、６６０ Ｖ或１ １４０ Ｖ，用于直接控制和保护电动机及 电缆线路；ＢＺＺ（ＺＺ８Ｌ）一２．５／４．０煤电钻综合保护 装置和ＺＸＺ８０（ＢＺＸ）一２．５／４．０照明、信号综合保 护装置内设有２．５ ｋＶＡ或４．０ ｋＶＡ变压器，其一次 求，它对提高经济效益及保证井下安全生产等有着 重要意义。 １ 井下常用控制开关类型及用途 侧电压等级有３８０ Ｖ、６６０ Ｖ或１ １４０ Ｖ，二次侧电压 等级为１３３ Ｖ，分别用于控制和保护煤电钻及照明、 １．１电压等级 地面向井下变电所供电的高压电压等级为 ６ ｋＶ或１Ｏ ｋｖ，采区供电电源来自井下变电所， 信号电路等。 ２井下低压常用供电方式及运行分析 由高压电压等级为６ ｋＶ或１０ ｋＶ，经变压器变换成 ４００ Ｖ、６９３ Ｖ或１ ２００ Ｖ供采区内低压动力负荷。 ２．１变压器供电方式及运行分析 ２０１２年第１期 煤矿机 电 ２．１．２正常运行分析 ・５３・ ２．１．１供电方式 变电所设在采区负荷中心，设有高压配电箱，变 压器，低压总开关，分支（分路）总开关等，主要向全 采区供电。图１为单台变压器变电所供电方式接线 图。由于变电所至工作面配电点输电距离较远，在 采区电压等级低，负荷繁重，工作电流大，以及 低压输电线路较长等因素，由变电所采用低压向工 作面供电线路的电压损失大，直接影响了低压供电 质量和电动机正常运行。最大电动机起动时，不但 线路电压损失大，易引起磁力起动器欠压自动跳闸， 影响供电的可靠性，而且电动机端电压低，电动机长 期过负荷运行，影响服务年限，同时巷道中低压橡套 电缆用量大，故障率高，维护工作量大，其低压线路 电能损耗大，运行不经济。 变电所内设置了分支（分路）自动馈电总开关４，将 电能分配各工作面配电点和保护变电所至配电点输 电线路；为了操作方便，配电点磁力起动器在３台及 以上设置自动馈电总开关５；各台电动机Ｍ均由磁 力起动器６控制。 １一高压配电箱；２一变压器；３一低压总开关；４一分支（分路）总开关；５一配电点总开关；６一磁力起动器；Ｍ一电动机 图１变电所供电方式 ２．１．３故障运行分析 ＢＧＰ系列矿用隔爆型高压配电箱有过载、短 路、漏电、绝缘监视等保护，配电箱漏电，绝缘监视采 载、短路、选择性漏电等监测保护装置，其自动馈电 开关３的主保护范围至变电所内末台分支自动馈电 开关４进线端，后备保护范围至各工作面配电点自 动馈电总开关５进线端，分支（分路）自动馈电开关 ４的主保护范围至工作面配电点自动馈电总开关５ 的进线端，后备保护至所控制线路末台磁力起动器 ６进线端。工作面配电点自动馈电总开关５的主保 护范围至所控制末台磁力起动器６的进线端，后备 保护至各电动机。ＱＢＺ磁力起动器设有过载、断 用附加直流电源检测方式，全用于控制、保护变压器 时，漏电、绝缘监视保护范围至变压器一次侧绕组； 配电箱过载、短路保护至低压自动馈电开关３之间， 电流超过规定数值且达到规定动作时间，其保护装 置动作使断路器跳闸切除变压器电源；配电箱在保 护装置动作，断路器跳闸切除变压器电源同时，故障 指示灯亮显示故障性质。图１中变压器出口端至低 压侧自动馈电总开关３之间有一定电缆长度，当变 相、短路及漏电闭锁保护，保护范围至所控制电动 机。低压自动馈电开关和磁力起动器在各自的保护 压器二次侧绕组及此段电缆发生漏电故障时，高压 配电箱断路器不跳闸，而是自动馈电总开关３跳闸 范围内发生故障时，保护装置动作且有选择性地切 除故障点电源。 切除所控制负荷电源，却未切除故障点电源。漏电 故障未排除，自动馈电总开关３合不上闸，有时误认 通过变压器供电方式故障运行分析可知，变压 器供电方式在变压器低压侧绕组至自动馈电总开关 为在自动馈电自动馈电总开关３后的输电线路，使 之停电时间拖长，影响了供电可靠性和影响生产。 ＫＢＺ系列矿用隔爆型自动馈电开关设有欠压、过 ３之间存在漏电安全隐患，且供电系统故障时，会易 引起人身触电，引燃瓦斯煤尘爆炸，以及电雷管超前 引爆等安全事故。 ・５４・ 煤矿机电 ２０１２年第１期 ２．２移动变电站供电方式及运行分析 ２．２．１移动变电站组成 一次侧绕，过载、短路主保护至变压器一次侧，后备 保护至各工作面配电点ＫＢＺ自动馈电总开关２。低 国产ＫＳＧＺＹ改进型移动变电站由矿用隔爆型 压保护箱短路、过载和漏电主保护范围至各工作面 配电点ＫＢＺ自动馈电总开关２，后备保护至各配电 点后最末一台ＱＢＺ磁力起动器３的进线端。当变 压器二次侧绕组至工作面配电点ＫＢＺ自动馈电总 开关２之间发生故障时，低压保护箱内保护装置动 高压配电箱，干式变压器，以及低压保护箱等三合一 体组成。移动变电站结构紧凑，下部装有滚轮，可在 轨道上行走，高压配电箱安装在变压器高压侧，配电 箱内设有隔离开关和真空断路器作为高压控制开 关，保护装置有短路、过载、漏电、绝缘监视、欠压及 作，作用高压配电箱内真空断路器跳闸，切断故障点 过压等保护功能；低压保护箱安装在变压器低压侧， 对变压器二次绕组及低压供电线路实现短路、过载 和漏电保护。保护箱有两个出线端，变压器二次绕 组及线路故障时，保护箱内保护装置动作作用高压 配电箱内真空断路器跳闸，切除故障线路电源。 ２．２．２移动变电站供电方式 移动变电站可设置在工作面附近区段平巷轨道 上，变电所内及装有运输轨道地方，它可随工作面的 推进而移动。图２为移动变电站供电方式接线图。 移动变电站１高压电源来自采区变电所的高压母 线，或来自井下变电所，其低压保护箱的出线引 至工作面配电点，工作面配电点设置ＫＢＺ自动馈电 总开关２，电动机Ｍ设置ＱＢＺ磁力起动器６控制。 ６ｋＶ １一移动变站；２一配电点自动馈电总关；３一磁力起动器；Ｍ一电动机 图２移动变电站供电方式 ２．２．３正常运行分析 由图２供电方式知，采用移动变电站供电，低压 自动馈电开关需用量及大截面低压电缆需用量减 少，增加小截面高压电缆，初期投资费用基本不变。 由于变电站至低压负荷距离较近，低压供电线路较 短，开关需用量及电缆需用量也减少，使之故障率 低，维护费用及供电线路电能损耗降低，供电质量及 供电经济效益也得到提高。 ２．２．４故障运行分析 高压配电箱漏电、绝缘监视保护范围至变压器 电源。工作面配电点ＫＢＺ自动馈电总开关２主保 护范围至配电点后最末一台ＱＢＺ磁力起动器３的 进线端，后备保护至电动机。ＱＢＺ磁力起动器３保 护范围至电动机。 通过分析可知，移动变电站供电方式各段供电 线路保护齐全，消除了变压器供电方式安全隐患问 题。 ２．３混合供电方式 主要是变压器供电方式和移动变钻供电方式混 合供电。距变电所较近的负荷采用变压器供电方， 距变电所较远的负荷采用移动变电站供电方式，如 图３所示。 １一高压配电箱；２一变压器；３一低压总开关； ４一分支总开关；５一移动变电站 图３变电所、移动变电站混合供电方式 混合供电方式由于低压供电距离较短，电能损 耗低，易保证供电质量，运行也较经济。由图３看 出，设备１、５、４组成的移动变电站供电方式无安全 隐患；设备１、２、３、４组成的变压器供电方式，在变压 器二次绕组至自动馈电开关３之间存在漏电安全 隐患。 ３井下低压供电方式的选择 按供电安全、可靠、经济、质量良好的要求，通过 对井下３种供电方式运行分析可知，选用移动变电 站组合供电方式运行效果最佳。如图４所示，距变 电所较近的负荷在变电所内设置移动变电站供电， 距变电所较远的负荷将移动变电站位移到距负荷较 ２０１２年第１期 煤矿机 电 ・５５・ 近的地方。采用这种供电方式，电网保护齐全，电网 正常运行时满足供电经济、质量良好要求，电网故障 广Ｉ＿一……一时满足供电安全、可靠要求，无漏电安全隐患。 １ １一高压配电箱；２一移动变电站；３一工作面配电点总开关；４一磁力起动器；Ｍ一电动机 图４移动变电站组合供电方式 参考文献： ［３］ 赖昌干．矿山电工学［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２００６． ［１］ 生产监督管理总局．煤矿安全规程［Ｍ］．北京：煤炭 工业出版社，２ｏｏ９． 作者简介：张洁（１９６８一），女，讲师。１９８９年毕业于云南工学院电 气工程系电力系统及其自动化专业，现任电气教研室主任，长期从事 教学与科研工作。 ［２］万长慈．煤矿机电安全技术［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社， １９９０． （收稿日期：２０１１—７—１３；责任编辑：姚克） （上接第５１页） ５影响薄煤层开采的最小采高的因素 学技术创新，全面研究薄煤层机械化开采技术，可以 提高薄和较薄煤层工作面单产和资源的充分利用。 参考文献： 薄煤层最小采高的因素不是支架最小结构高度 而是采煤机和刮板输送机配套后的机面高度。 薄煤层综采工作面若使用普通刮板输送机，不 但中部机面高度无法实现，不能适应薄煤层开采要 求；而且因过煤空间较小，极易造成煤炭滞留在采煤 机机身下方，影响大块煤和大运量的煤炭运输，致使 生产无法正常进行。 ６结语 ［１］王振乾．我国极薄煤层采煤机的技术现状与发展［Ｊ］．煤矿机 电，２０１０（２）． ［２］ ．大同矿区薄煤层开采技术及发展方向［Ｊ］．煤矿安全， ２０００（１０）． ［３］乔红兵，吴淼，胡登高．薄煤层开采综合机械化技术现状及发 展［Ｊ］．煤炭科学技术，２００６（２）． ［４］王小生．薄煤层综合机械化开采工艺及配套设备的研究［Ｊ］． 科技信息，２００９（２９）． ［５］ 张欣，张枢．薄煤层采煤机的发展现状及趋势综采设备的选型 及工艺参数优化［Ｊ］．同煤科技，２００７（４）． 薄煤层工作面设备选型应本着向大功率、高强 度、高能力、高可靠性、自动化方向发展。从配套上 以适应薄煤层安全高效要求。同时进行采煤工艺的 研究。只有通过合理设计，设备合理的选型，应用科 作者简介：李建民（１９５７一），男，教授级高级工程师，博士学位。现 任开滦（集团）有限责任公司副总经理、中国煤炭学会煤矿机电一体 化专业委员会委员。 （收稿日期：２０１１—０７—１８；责任编辑：陈锡强） ，，＇＇，＇＇・＇ｌ，＇，，ｌ，＇，＇’ｌ， ＇＇，＇＇ｌ，＇，＇，，，ｌ，ｌ，＇’＇＇＇＇ｌ＇ｌ，＇，＇＇’， ’，ｌｌ，，，＇＇＇＇’ｌ，，，，＇，＇＇’ ，，，ｌ，，’、 ｌ ｊ ： 本刊邮发代号：４－７８３。 地址：上海天钥桥路１号（煤科大厦１８楼）， 邮编：２０００３０ 电话：（０２１）６４３８８７６４、６４３８８７３９ Ｉ‘ｌ・ＩｌｔＩｌ・ｔＩＩｌＩ・Ｉｌｔ・ｌｌｔ・ｌＩｌ・・・ｌ・・ｌＩ・ＩＩｌＩＩＩｌ‘Ｉ‘Ｉ 欢迎订阅２０ １ ２年《煤矿机电》杂志 ｉＶ¨ ； ｔｔＩ・・ｔ‘・ｔ・・・ＩＩＩ‘ＩＩ・ｔＩＩｔ‘・‘Ｉ‘・‘Ｉ・ｔｔＩｌｌＩ・ｔ
