我国煤矿采区供电系统现状与发展

1 现状
我国采煤工作面的供电系统经历了由380 V到3300 V 的4个发展阶段。
2O世纪6O年代以前，由于我国煤矿采用炮采落煤方式生产，采煤工作面供电电压为380 V，配备了相应的开关等设施，构成了采煤工作面380 V供电系统。随着8O机组的使用，380 V 的工作面供电电压已经难以适应。1964年原煤炭工业部组织人员成立了煤矿工作面升压工作组，经过多次试验，确定
将采煤工作面供电电压提高到660 V，并组织相关煤机厂生产专供井下使用的电压等级为660 V的电机及相应的控制设备，构成了煤矿采煤工作面660V供电系统。
7O年代，以液压支架和滚筒式采煤机为主体的综合采煤机械化设备的引进并投入煤矿生产，进一步提高采煤工作面供电电压，以适应煤矿生产需要的问题又被提到议事日程。虽然，当时正处于文革之中，我国煤炭战线的科研人员和煤机生产企业在政府有关部门的支持和帮助下，经过近十年的努力，研制出了千伏级的采煤工作面供电系统的全部装备，并很快投入使用，实现了我国采煤工作面供电系统
的又一次升级换代。
8O年代以来，在原煤炭工业部的组织和指挥下，我国煤矿向提高采煤工作面单产、实现集中化生产和减人减面的目标迈进，不断地更新采煤工作面装备，使综采工作面设备的装机容量不断增大，出现了一批总装机容量已达1500 kW ～2000 kW 的新型高产的综采工作面。1988年原煤炭工业部明确提
出了建设高产高效矿井的目标，同时，组织专门力量开展了进一步提高煤矿井下供电电压的可行性研究，经过调查研究和反复论证，并吸收了国外煤矿井下工作面电压升级的经验，1991年l1月确定将我国煤矿综采工作面供电电压由1140 V提高为3300V，并将“井下采区3300 V供电系统”作为国家“八
五”期间重点项目“日产万吨综采设备”的一个子项目，组织煤炭科研机构和煤机厂开展相关的研究工作。1998年7月第一套国产的3300 V煤矿采区供电系统在山西省晋城矿务局古书院煤矿试验成功，标志着我国煤矿井下采区供电系统电压升级工作的胜利实现，为我国煤矿的高产高效矿井建设提供了有力的保障，同时，也缩短了我国煤矿采区供电系统与国际先进水平的差距。
2 差 距
1)国外高产综采工作面供电系统的概况。由于综采设备装机功率不断提高，9O年代初最大采煤机功率已达1220 kW(Electral000，英国)，截割电动机最大功率500 kW(EDwllo0L，德国；DR101101，日本)。1991年日本研制的DR102102型采煤机截割电动机功率达600 kW 。工作面输送机最大装机功率达1125 kW，驱动电动机最大功率525 kW ，并制造3×525—1575 kW 的工作面输送机。顺槽带式输送机最大装机动功率已达1350 kW，驱动电动机最大功率420 kW。乳化液泵站最大装机功率3×190 kW。转载机和破碎机最大装机功率均达到200 kW 以上。目前，国际上现代化的高产综采面的装机总功率
一般在3000 kW 以上。美国煤矿井下已有装机总功率超过4000 kW 的工作面。同时随着综采工作面和采区走向长度的不断增长，产量的不断提升，也都要求综采工作面的设备不断增大功率(容量)，并增加输电距离。国外综采工作面设备供电电压已普遍提高，目前，实际投入使用的综采工作面供电电压大体
上有2．3 kV、3．3 kV、4．16 kV、5 kV和6 kV几种。与此同时，相应生产了大容量的移动变电站(2500kVA~4000 kVA)、多回路或组合式开关、高压防爆电动机和高压拖拽式电缆等配套产品，以及相关信息、数据的收集、处理系统，以满足综采工作面实现集中控制和远程操作等要求。
2)国产综采工作面供电系统与国际先进水平的主要差距：虽然国内已开发出供电电压为3．3 kV的防爆电机及相应的电控产品，但和国际先进水平相比，差距仍十分明显，主要表现为：a)移动变电站的容量偏小，只有800 kVA～1250 kVA 的几种产品，而且工作的稳定性不高，运行寿命较低．b)控制开关，一般只有两个回路，个别产品可以控制4个回路，控制范围也比较窄，动作灵敏度偏低；3．3 kV控制开关多为仿制，如唐山开滦华光电器厂生产的KBZ2-315／3300(1140)型矿用隔爆组合开关(4～6组合)即为德国西门子公司8SK8265组合开关的仿制品；C)3．3 kV的防爆电机容量偏小，一般<500
kW，效率较低，无故障运行时间较短；d)大截面3．3 kV拖拽式电缆产品尚处于研制阶段。由于上述差距的存在，目前国内综采工作面的3．3 kV供电系统多数为进口产品。神东大柳塔煤矿3．3 kV综采工作面使用英国布拉什(Brush)公司生产的T一1500 kVA／6／3．4 kV 型矿用隔爆移动变电站，英国
B8 公司生产的LC33型负荷控制中心、TD33型电机起动器；晋城寺河煤矿3．3 kV综采工作面使用英国布拉什(Brush)公司生产的T一1500 kVA／6／3．4 kV 型矿用隔爆移动变电站，德国西门子公司生产的8SK9型组合开关。
3 发展
1)我国采区供电系统发展思路。综采工作面供电系统采用3．3 kV 供电技术与装备，研究与开发大容量移动变电站、多控制回路智能化组合开关(负荷控制中心)、大容量供电电缆和供电系统的漏电保护系统。
2)国外采区供电系统发展情况。向高产高效工作面供电的方式一般有2种，一种是典型的常规供电方式，即由地面变电所两趟电缆线路供至井下中央变电所，再由中央变电所用电缆送至设在工作面顺槽的变电站(移动变电站的数量根据工作面总负荷而定，一般为2台～3台)，通过起动器、负荷中心等分别向采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机和带式输送机供电；另一种供电方式是以美国为代表的由地面变电所6 kV～12．5 kV电压下井，入井电缆直接送至采区移动式供电中心(Power Center)。该移动式供电中心是一台大型多回路出线移动变电站装置，一个工作面装一台可分别向多台不同电压的机电设备供电。
随着工作面装机容量的增大和供电电压的升高，移动变电站和开关装置也继续向大容量、高电压、组合化方向发展。目前最大容量移动变电站已超过3000 kVA，一次侧电压为6 kV～12．5 kV，二次侧电压有5 kV、4．16 kV、3．3 kV、2．3 kV、1．1 kV。美国的大型移动式供电中心则是将高压开关、多线
圈变压器和低压控制开关组合在一起，容量为1000kVA～3000 kVA，一次电压多为12．5 kV 或7．2kV，二次电压可有416O V、2300 V、950 V、55O V、440 V、220 V等多种等级，带馈电开关供采区的各种设备使用。澳大利亚、英国等也在发展控制工作面设备的组合开关或负荷中心。法国采用的是5 kV电压入井，且工作面设备也用5 kV供电，所以工作面装设的是防爆干式隔离变压器，一次侧电压为5000 V士5 ，二次侧空载电压为5250 V，变压器容量均在1000 kVA 以上，其主要作用是将工作面5kV 电网与矿井供电系统隔离开，以有效限制其相对地短路电流(一般应降到3 A以下)的危害。移动变电站的一次侧均装有SF6真空断路器，还有为标准旋弧式SF6断路器(其额定电流一般在500 A以上，断路器容量在150 MVA以上)，一侧带有过流、短路保护、接地保护和漏电监测装置及低气压保护，还有浪涌分流电阻器以防止浪涌电压和开关瞬变的冲击；二次侧也均用SF6或真空断路器(额定电流在500 A以上，)500 A以上，分断能力在20 MVA 以上)，带有完善的过流、短路、断相、失压、接地和漏电保护、低气压保护以及故障查询、闭锁和先导保护等功能，有些还带有相敏短路保护和浪涌吸收器。中性点一般通过电抗器或电阻接地，以限制流过中性点的接地电流，并设有漏电监测和闭锁装置。为减少工
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