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煤矿井下供电节能线路设计与设备选型研究

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摘要:为有敁保证井下供电系统安全、低能耗且保障用电可靠性,本文以陕西某煤矿井供电线路的节能设计以及供电设备配套选型为研究内容,对井下输电线路迚行了节能和输电网络的优化设计件,提出了井下供电设备优化选型的具体斱案。经验证该斱案能为该矿提供安全、可靠的电能输送,幵能大幅度降低井下供电系统能耗。

关键词:煤矿;井工开采;供配电系统;设备选型

井下机电系统的供电安全对于保障井下安全生产,提高井下安全意识具有重要意义[1-2]。但目前由于井下作业环境条件恶劣、安全隐患因素多等多方限制,对于井下供电线路设计也提出了全新的挑战。故本文以陕西某矿井的井下供电线路节能设计为研究内容,提出了复杂水文地质条件下,对于煤矿供电线路优化设计的一些想法,并给出了具体的设计方案和电气设备配套选型的有效方法,以期为提高该矿供电安全和设备可靠性提供参考。

1井下生产系统的供电特点分析

(1)该矿属于高瓦斯矿井,具有爆炸危险性的瓦斯及粉尘来源,同时井下部分区域还会存放一定量的易燃材料,故应严格控制机电系统中有电弧、火花等爆炸性火源隐患的存在;(2)从该矿井巷道设计图中可知,部分配电硐室空间狭窄,故供电系统设计时应充分考虑电气设备的尺寸限制,同时,顶板破碎易出现磷皮掉落等现象,而造成电气设备及电缆损坏,故供电系统设计时应考虑配置有效的保护设施[3];(3)从相关地质报告中可知,矿井上覆含水层,顶板有淋水可能,故供电系统设计时应注重井下电气设备的防潮处理;(4)井下作业的电气设备在不同采面常需要频繁移动,以辅助各采面采煤、掘进任务,故电气设备的供电系统布设也应考虑设备的移设任务需求;(5)井下作业设备种类繁多,同时启停的频率较大,故电气设备的负载电流波动较大,对井下供电系统冲击较大,易出现击穿、漏电等故障,故系统设计应考虑过载和兼顾排水、通风等需求[4]。

2井下设备供电线路节能设计及设备配套选型

2.1矿井供电系统的结极组成分析

如图1为一个典型的井下供电系统架线原理图,观察图中结构不难发现,电网为矿井提供的电能输送会初次由主变压器降压至10kV后,经电缆输送至井下用电设备。并且在架线结构图中,还可以看出这两条线路是分立的,分别架设独立的10kV母线为井底车场内的中央变电所和井下各采区进行供电。另外,值得注意的是10kV母线是经由井筒铺设电缆来实现对中央变电所供电的,而这部分的低压段也采用分立母线的架构方式,从而保证用电设备的可靠性,以实现双供电回路的不间断电力供应。

2.2井下供电线路的节能设计

由上文供电系统结构组成分析可知,井下供电网络的架线基础原则是通过设计多组回路,来保障井下设备的24小时不间断电力供应。但对于输电和供电系统而言,这种供电的备用机制却因架线工艺冗杂、环节流程复杂,不但不利于输电安全,同时存在严重的能耗损失现象。为此,文中着重从井下中央变电所和采区变电所的供电线路进行优化设计,以求低能耗地保证供电安全及相关可靠性。井下中央变电所具体的节能线路网络设计如图2所示,优化线路的核心目标是备用节能线路与供电主线平行设计,在线路输入端有一个断路诊断机制,当有断路信号回馈给备用系统时,初始被切断的进线供应将闭合进线开关,从而可以顺利地启用备用电源。图2井下中央变电所的节能线路设计采区变电所的供电线路设计,如图3中所示。

2.3井下供电线路设备的配套选型

考虑该矿为高瓦斯矿井,着重针对井下绝缘电缆、真空配电装置、低压馈电开关、变压器以及采区照明设备进行优化选型。其中,考虑采区变电所进线采用10V高压输电线路、工作面配电线路采用1140V和660V低压输电线路,同时考虑电缆需要煤矿专用电缆,电缆的阻燃特性应满足特殊需求并具有一定抗压、抗砸强度,为此文中选择MYP-0.66/1.14矿用移动橡套软电缆和MYPTJ-6/10矿用移动金属屏蔽监视型橡套软电缆。同样出于上述考虑,其他类型的电气元件做如下选择:(1)真空配电系统采用PBG1-10防爆、隔爆型配电装置;(2)对于馈电开关优化选择采用1140V和660V的KBZ防爆型低压馈电开关;(3)对于变压器的优化选择,文中在变电所和配电点的各个之路上设置4台变压器,两台供生产的主变压器,另两台为风机专用变压器,其型号选择为KBSGZY-1250/10,0.69/1.2kV,1250kVA和KBSGZY-200/10,1.2/0.69KV,200KVA两种类型的隔爆、防爆干式变压器;(4)井下照明设备采用标压127V的MBH14-21/127型的矿用节能荧光灯。

3供电方案设计效果分析

为进一步反映井下供电线路改造的现实效果,研究中采用故障模拟和监测数据统计结果进行综合分析。在故障模拟实验中,研究分别对中央变电所、采区变电所进行了30次的断路诊断试验,结果显示备用电源切换成功率为100%,断电后备用电源的平均响应17.2s;同时,为反映供电线路改造后的节能效果,研究中分别对中央变电所、采区变电硐室的能耗变化,进行了为期60天的能耗统计分析。分析结果发现,在线路改造前日均电能消耗分别为、232836.74、14498.43kW•h,而在线路优化改造后214683.87、11974.51kW•h。从数据上看,供电线路经优化设计后同样能完成备用线路的相关功能,同时有效降低因备用线路耗散所带来的能耗损失,从而证明文中的供电方案,对于供电线路节能设计、优化能耗具有极好的效果。

4结论

为有效提高井下供电线路的安全性、可靠性,尽最大可能降低井下供电网络的能耗损失,文中以陕西某矿井下电网改造为研究对象,并着重对该矿中央变电所、采区变电硐室供电线路进行了优化设计,提出了输电线路优化设计及配套电气元件优化选型方案。经现场实施后发现,该方案对于提高输电线路安全性、可靠性,降低输电能耗损失具有较好的效果,为解决该矿供电线路改造难题提供了切实有效的技术方案,对同类矿山的供电线路优化及能耗改造任务也同样具有一定的借鉴意义。

参考文献:

[1]冯志勤,煤矿井下供配电系统的设计与选型探讨[J],山东煤炭科技,2015(07):101-102+104.

[2]王国平,煤矿井下供配电系统的设计与选型探讨[J],内蒙古煤炭经济,2016(12):38-39.

[3]乔丽娜,基于最优级数的煤矿供电网络综合优化研究[D],河南理工大学,2009.

[4]刘翔,井下供配电系统的设计与选型[J],四川水泥,2017(12):81.

作者:李新旺 单位:国家能源集团有限公司

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