兼并重组煤矿供电系统的优化改造及其实践 郭松舒林许丽霞（三门峡煤业有限公司，河南三门峡４７２３００） 摘要：针对兼并重组煤矿整合过程中供电系统经常出现的老化、超负荷运转、双回路不专用等问题，本文详细分析了矿井供电 系统升级改造的原则和方法，并以某煤矿为实例，进行该矿的供电系统优化设计，通过优化设计，有效提高了该矿供电的可靠性和稳 定性，从而保证了煤矿的安全经济的生产。 关键词：供电系统；优化改造；兼并重组；安全生产 中图分类号：Ｆ４０６．３；ＴＤ６１１ 一文献标志码：Ｂ 文章编号：１００８—０１５５（２０１４）０５—００１４—０３ ３．煤矿供电系统改造升级设计方法 ３．１负荷计算及供电系统的确定 在我国，供电系统设计时通常采用两种计算负荷 的方法进行计算：需用系数法、二项式系数法，需用系 数法计算比较简单，并且计算结果更接近于实际情况， 所以通常都采用这种方法进行计算，煤矿供电负荷计 算时，一般也采用这种方法进行计算 Ｊ。 供电系统中最重要就是选择合适的供电电源，通 常煤矿都采用Ｔ接的方法获得供电电源，由于随着煤 矿负荷的增加，通过原来架空线的方法进行供电，已经 不能满足整合后矿井的用电负荷，这时，就需要重新确 定供电线路和电源，要把电源选择在矿井附近，并且要 选择双回路供电，变电所的母线要采用分列式，主要的 变压器容量、出线走廊以及变电所出线间隔都要有所 富余。 ３．２短路计算及电气设备的选择 供电系统中危害特别的一种故障就是短路问题， 造成线路短路的原因很多，但主要是由于电气设备老 个煤矿的动力源泉就是其供电系统，供电系统 的设计优劣直接或者间接的影响该矿井的安全稳定生 产¨－２ Ｊ。随着我国对煤炭的大力开采，煤矿的开采深 度不断增加，大功率的用电设备也在井下进行了应用， 使矿井下的回采效率和机械化水平得到了显著提高， 但是随之而来的是煤矿供电系统的负荷显著增加，使 供电系统经常出现各种故障，严重影响了矿井的正常 生产，那么合理优化矿井供电系统显得非常重要。 １．兼并重组煤矿供电系统现状 河南省从２０１０年开展兼并重组工作工作以来，义 煤集团陆续整合了三门峡地区３０个小煤矿。经过近３ 年的兼并重组工作，关闭、退出一部分小煤矿后，三门 峡地区目前剩余ｌ５个矿井。通过供电现状来看，小煤 矿因为历史问题，供电系统大部分都存在矿井双回路 使用农用线路、有Ｔ接负荷、双回路不专用的问题。再 加上供电系统建造运行时间长，缺乏维护，许多设备已 经严重老化，特别是用于控制保护的继电器设备的可 靠性、速动性以及灵敏性也出现了严重的老化，导致煤 矿供电系统容易出现短路、误动以及拒动现象，对矿井 的安全生产带来严重影响 Ｊ。随着兼并重组工作的 开展，小煤矿机械化设备的投入使用，许多产量低的矿 井进行了升级改造，产量大幅度提高，这样导致原来的 矿井供电系统负荷严重不足。要想满足矿井用电负荷 增加的需要，就必须进行供电系统的改造升级，以确保 矿井供电系统的安全、经济、可靠。 ２．煤矿供电系统改造升级设计原则 （１）要按照国家的安全生产方针以及煤矿安 全操作规程，来对矿井的供电系统进行设计、改造。 （２）必须坚持工程量小，投资低，效果显著的原则， 要尽可能采用原有供电设备和供电线路，既要做到先 进，也要做到节约、经济以及可靠，对那些老化，报废， 严重影响矿工安全的设备要坚决进行取缔，确保供电 系统的安全可靠。 （３）供电系统的优化改造方案要从整体出发，详细 分析负荷、电源以及线路敷设的合理性，还要从定性和 定量方面进行分析，以确保改造方案可靠、经济。 （４）要采用先进的技术和设备，建立灵敏、可靠的 安全监控系统，确保供电系统的安全稳定运行。 化，电线绝缘体破坏以及绝缘体机械损伤等原因，雷电 侵袭供电系统，切换电路时造成的过高电压，也可以击 穿电线的绝缘层，从而造成短路，所以在进行供电系统 设计时，必须计算短路电流，通常采用相对值方法来计 算最小运行方式下和最大运行方式下的三相短路容 量、三相短路电流以及短路电流冲击值。 在使用电器设备时，不但要在正常条件下可以安 全可靠的使用电器设备，也要在线路发生短路时，电气 设备不能发生破坏。那么，我们在选择电器设备时，不 仅仅要根据设备的工作电流、工作电压以及使用方式 来选择，还要检测短路过程中电气设备的热稳定性和 动稳定性。 ３．３微机继电保护 微机继电保护主要是为了当矿用电气设备出现不 正常使用或者是发生了短路等故障时，可以发出警报 信号或者是迅速的、自动的切断电源，这样可以有效的 保护电气设备，免得损坏电气设备。继电保护主要是 采用电气设备自身发生不正常运行或者短路后其参数 发生变化，比如设备的电压、电流、温度以及功率等参 数的变化，通过监测这些参数的变化，来实现电气设备 收稿日期：２０１４—０２—１０ 作者简介：郭松（１９８６一），男，河南陕县人，２００８年毕业于河南理工大学，助理工程师，现在－－１＂３峡煤业有限公司机电运输部工作。 １４ 的微机继电保护，继电保护主要包括逻辑单元、测量元 件以及执行部分。 ３．４变电所的防雷与接地 雷电人侵波以及直击雷形成的过电压都可以损坏 煤矿供电系统，有时还可以损坏附近的建筑物，并能点 燃易燃物质，严重危害人身安全，所以加强供电系统的 防雷电措施显得非常重要，通常为了防止雷电人侵煤 矿供电系统，会在供电系统的各级母线上安装避雷器， 一般安装阀型避雷器。对于环形变电所，可以设置环 式的闭合式接地避雷装置，通常用于供电系统接地保 护的接地电阻不超过４Ｑ。 ４．某矿井的供电系统改造设计方案 ４．１矿井概况 中普煤矿位于渑池县陈村乡境内，矿井采用双回 路供电，但是两路供电线路都是农用电不是专用线路， 并且该线路路线长、供电距离远、负荷大，经常发生事 故停电，造成全矿停电，存在极大安全隐患，不符合煤 矿安全供电规程。 该矿在掘进工作面采用了双电源、双风机系统，但 是双电源和双风机之间不能进行自动切换；且通风机 没有实现“三专”供电（专用变压器、专用供电线路、专 用开关），采用的是与生产用电共用一条线路，并且通 风机的电气设备也没有实现“风电闭锁”和“瓦斯电闭 锁”，这些都存在着很大的安全隐患，很容易发生安全 事故，严重违反了《煤矿安全规程》。 由于矿井的供电系统已经使用的很长一段时间， 一直未进行翻新改造，导致矿井线路老化严重，电气设 备也出现了老化陈旧，电压降低率很高，并且矿上未采 用监控系统和漏电保护系统，更没有采取检测装置。 在防止雷电侵入方面做得也很差，电气设备和供电系 统都没有设置避雷装置，入井的线路、金属管道、通信 线路等一旦遭到雷电侵袭，高压电流就会沿着这个导 线进行井下，进而传到工作面，可能会损坏电气设备， 严重的话会造成瓦斯爆炸、人员触电身亡，又由于矿井 的继电保护器也老化，基本已经失效，发生雷电侵人 时，起不到保护的目的，所以必须对该矿井的供电系统 进行优化改造升级。 ４．２供电电源、主变电所及主变压器的确定 距离中普煤矿最近的有两个变电站，分别为３５ ｋＶ 的陈村变电站和１１０ｋＶ的槐扒变电站。３５ｋＶ的陈村 变电站离中普矿距离为８ｋｍ，该变电站有出线间隔，现 在安装了两台容量分别为５０００ｋＶＡ、３１５０ｋＶＡ的主变 压器，５０００ｋＶＡ变压器没有带任何负荷，足够中普矿使 用。１１０ｋＶ的槐扒变电站是黄河提水变电站，距离该 矿２．２ｋｍ，安装了两台３１．５ＭＶＡ主变压器，这两个变 电所都可以为中普矿提供安全可靠的电源。 本次设计考虑利用矿井原有两个地面变电所—— 主井变电所和副井变电所，主井变电所担负井下和地 面空压机、主井绞车的供电渭０井变电所担负地面其他 设备的用电需求。从陈村变和槐扒变分别出两条１０ｋＶ 专线到主井变电所，一回电源由３５ ｋＶ的陈村变电站 １０ ｋＶ出线，供电距离８ｋｍ，采用线型为ＬＧＪ一７０型，避 雷线采用ＧＪ一３５，架设方式为单杆钢筋混凝土；另一回 电源采用１１０ｋＶ的槐扒变电站１０ ｋＶ出线，供电距离 ２．２ｋｍ，采用线型为ＬＧＪ一７０型，避雷线采用ＧＪ一３５， 架设方式为单杆钢筋混凝土。两条１０ｋＶ的线路一条 使用，一条备用，当一条线路出现故障时，另一条线路 可以立即投入使用，保证全矿井的用电负荷，这样中普 矿双回路供电符合国家《煤矿安全规程》安全供电的规 定。 矿井变压器的容量大ｓｌ，ｔ￣常重要，其不仅要满足 矿井负荷的需要，当其运行时，还要满足一级负荷对双 电源供电的需求。主井变电所、副井变电所分别有两 台Ｓ９一Ｍ一３１５／１０／０．４ｋＶ变压器，满足矿井供电需求。 ４．３地面供配电系统 目前中普矿副井绞车和主通风机由副井变电所供 双回路电源，但配电柜不专用，需要增加配电柜，其他 配电柜属于早期产品，保护不全，不能满足目前安全供 电的保护要求，都需要更换。而目前副井变电所空间 不足，计划在原副井变电所位置重新建造一个变电所， 以满足矿井目前供配电的需求。地面空压机、主井绞 车由主井变电所变压后提供３８０Ｖ双回路电源线路，副 井绞车、主通风机、调度室由副井变电所提供３８０Ｖ双 回路电源。锅炉房、地面生活用电及其他用电设施由 副井变电所提供单回路电源。矿区内电缆采用电缆敷 设的方式进行供电，电缆均采用埋设的方式来对各地 点进行供电，１０ｋＶ高压电缆要采用用ＹＪＶ２２—８．７／１０ 型交联铠装高压电缆，１１０—３８０Ｖ的低压电缆采用 ＶＶ２２—０．６／１型交联铠装动力电缆。 ４．４井下供电系统 （１）入井电缆电源采用主井１０ｋＶ变电所１０ｋＶ不 同母线段，采用两回路进行供电，一用一备，如果有一 路电源发生故障，另一路电源可以满足井下所有设备 负荷需求，这样可以确保井下电气设备的正常运行。 下井所用的电缆型号采用ＭＹＪＶ３２—３×３５，电缆长度 为４００ｍ，沿着主井井筒敷设到井下变电所。 井下电缆采用经过计算合格的并且是取得安全标 志（ＭＡ）的阻燃电缆。井筒和巷道内的电缆要分开挂 设，信号电缆和通信电缆应与电力电缆分别挂设在巷 道两侧。对于高压和地压电缆挂设在巷道同一侧，高 压和低压电缆的距离要大于０．１ｍ。低压电缆以及高 压电缆之间的距离不小于５０ｍｍ （２）对于井下电气设备及变电所设计，采用符合国 家煤矿矿用产品安全标志的规定１０ｋＶ配电装置选用 ＰＢＧ４０—１０Ｙ型高压真空配电装置；６６０Ｖ配电装置选 用ＫＢＺ矿用隔爆型真空馈电开关；井下电动机均选用 ＱＢＺ矿用隔爆型真空电磁起动器控制；井下变压器均 选用矿用隔爆型干式变压器，本矿井下无油浸式电气 设备；固定照明电压１２７Ｖ，选用ＤＧＳ一１３／１２７矿用隔 爆型节能灯具。 在井下，变电所与井下主排水泵房联合布置， 本所两回１０ｋＶ电源引自矿井１０ｋＶ变电所１０ｋＶ不同 母线段，本所１０ｋＶ和６６０Ｖ主接线均采用单母线分段 接线型式，设计利用本矿现有２台ＫＢＳＧ２一Ｔ一５００／１０ １５ 型矿用隔爆型干式变压器作为本所的主变压器，两台 变压器分列运行，供井下主排水泵，大巷运输等设备。 两电台变压器一用一备，最大涌水量时负荷率７９．８％， 保证率１００％；当一台变压器故障时，另一台变压器可 满足井下全部负荷的用电需要。 为解决采区供电和局扇“三专”问题，在井下新建 一个采区变电所，变电所位置规划在皮带运输巷和轨 道运输巷交叉点，ｌＯｋＶ高压进线，配置５台高爆开关，２ 台进线，１台联络；规划安装３台变压器，一台变压器专 供局扇。 ４．５井下漏电保护及接地 为了有效预防工人触电事故，按照国家规定，必须 将所有电气设备的外壳进行接地。根据井下实际的电 气设备的布置情况，在井下主水仓和付水仓中各埋设 一块主接地极，在配电点、机电硐室等地点区域水沟附 近埋设局部接地极。所有局部接地极口要可靠地接 地，电气设备的保护接地也要可靠的接地，并且相互连 成总接地网。接地网上每一点的接地电阻都不可以超 过２１）；每一移动式、手持式电气设备到局部接地极之 间电缆线和接地导线的电阻值都不可以超过１Ｑ。 ’４．６矿井监控系统 在矿井工业广场建立以太网，在矿井井上和井下 分别设立安全监控系统、人员定位系统以及电气设备 运行状况监测系统，这样可以实行调度中心的远程监 控，将各种安全监控系统并入到以太网，形成全矿井的 综合监控系统，实现矿井监控系统的自动化、综合化以 及信息化。 ５结束语 通过对兼并重组矿井的供电系统情况进行分析， 发现很多兼并重组矿井的供电系统严重老化，超负荷 运转，存在很大的安全隐患。本次以矿井供电系统的 改造升级为例，对矿井供电系统的供电电源、配电系 统、供电线路、监控系统以及漏电保护系统等进行改造 升级，减少了供电系统的线路长度，降低了电能损耗， 大大提高了供电系统的可靠性。在供电系统改造的过 程中采用了先进的电气设备，并且还进行矿井的全面 监控，为矿井的安全生产提供了保障。采用的高可靠 性的设备，减少了矿井的年维修量和年运行费用。 参考文献： ［１］刘．成庄煤矿供电自动化系统的技术改造［Ｊ］．煤矿机 电，２００９（１）：ｌ３—１４． ［２］刘小柯．小煤矿供电系统安全性能探讨［Ｊ］．煤矿机械，２００９ （１０）：３２—３３． ［３］王秀媛，陈丽平．提高电路功率因数的实现［Ｊ］．安阳师范学 院学报，２００４，２． ［４］陈鹏，等．煤矿井下电力负荷计算方法探讨［Ｊ］．中州煤炭， ２００１，４． ［５］张学成．工矿企业供电［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社， ２０ｏ５． ［６］刘桂平，宋厚飞．崔庄煤矿供电系统技术改造［Ｊ］．煤炭工 程，２００５，２． （责任编辑：陈凌霄） １６ （上接第ｌ０页） （５）加强对提前利用的永久建筑物、构筑物和设备 的维护保养，避免发生损毁或非正常磨损，影响移交生 产后的正常使用。 四、利用永久设施凿井的主要影响因素 １、经济效益是核心 矿井建设管理的一大控制就是投资，在临时工程 和永久设施的设置上，需要考虑的因素很多，但抉择的 根本因素是经济效益，在施工条件均具备的条件下，采 用临时工程和永久设施，对矿井建设工期均没有影响， 需要对比二者对矿井建设的总体投资的影响，根据对 投资的分析，决定是采用临时工程还是永久设施。 很多矿井采用总承包、费用一次包死的方式，不论 是否施工临时工程，凿井措施费和临时设施费都是计 取，这给使用永久工程在结算上带来了一定的困难，只 有在甲、乙双方实现共赢、认识一致的基础上，才能确 保设置的合理性，这就要求，在前期，甲、乙双方要对施 工组织方案和利用永久设施进行充分的分析和协商。 ２、工期是主导因素 工期就是效益，在永久设计工程不变的情况下，建 井工期越短，井巷工程辅助费越少，矿井越早见效益， 不论是对建井投资还是矿井投资效益，都是有利的。 如果工程对建井工期有影响，那需要综合分析采用临 时工程和永久设施对矿井总投资及投产后的经济效益 的总体影响，确定是采用临时工程还是永久设施，由于 工期对建井投资和投产后效益影响很大，一般，采用对 建井工期有利的方式，当然，若前期使用永久设施造成 的投资过大，也存在缩短建井工期，但总体投资和投产 后经济综合效益下降的情况，所以最终还是以经济效 益分析结果而定。 ３、矿井建设管理发展影响使用情况 伴随着矿井建设水平的发展和建井管理的改 革，在利用永久设施凿井方面的认识和具体实施情况 也不断发生变化，如果从国家投资总体角度出发，在不 影响建井工期的情况下，用永久设施，减少了临时工程 施工和拆除时间，节省材料和资源，对国家总体投资越 有利，所以二十世纪６０—９Ｏ年代，国家实行计划经济， 矿井建设项目由国家统一投资和管理，推广利用永久 设施凿井的模式得到了很大的发展，进入到９０年代以 后，随着建设项目业主责任制的推出，建设资金采用贷 款长息有偿使用，业主自负盈亏，甲、乙方在企业自身 的利益基础上，对永久设施凿井的利用非常慎重，部分 永久设施的使用，对国家整体效益来讲有利，但对甲、 乙方的投资和效益存在影响，而没有得到使用，为此， 建议对利用永久设施凿井方面的投资、费用划分、利息 计取方面国家应进行适当优化，加大利用永久设施的 积极性，实现甲、乙、三方共赢的局面，实现建设效 益的最大化。 参考文献： ［１］杨怀敏．矿井建设管理模式现状分析与对策［Ｊ］．矿业研究 与开发，２００６（６）：８—１０． （责任编辑：陈凌霄）
