关键词：煤矿井下；供电系统；设计；实现
1煤矿井下供电系统概述
我国的煤矿供电系统一直都在不断地发展和完善当中，并且一直都将促进我国煤矿的发展作为主要目标。煤矿供电系统当中的用电负荷分为三个等级，不同的等级承担的项目不同。一级负荷要求供电必须可靠，如果中断其供电，会造成人员伤亡、重大设备损坏，造成巨大经济损失；如矿井通风机、升降人员的立井提升机和矿井中的主排水设备、矿井当中的抽放瓦斯设备。二等负荷如果中断其供电，会严重减少产量，造成重大经济损失，如井下变电所供电。而三级负荷则主要负责除一级和二级之外的供电区域。我国的煤矿井下供电系统已经经历了长期的发展，并且在供电性能、供电安全以及供电设备的稳定性上有了明显的提高。但是由于外界环境等其他因素的影响，导致我国煤矿当中的供电系统还存在着不同程度的问题。首先煤矿井下供电系统当中对设备存在的隐患不能及时检测，再加上当下供电系统在工作的时候电压的波动范围较大，当电压上升到较高的范围的时候会产生巨大的热量，这时一些输电线路和供电设备就会由于热量过高而发生故障。并且我国当前在继电保护方面还有待改善。我国目前使用的是基于单端气量的电流保护来对井下供电系统进行保护，但是井下供电系统当中的供电线路正在不断缩短，同时供电级也在不断增加，保护设备和供电系统的运行水平已经不成正比，导致煤矿井下供电系统的安全性降低。
2煤矿井下供电系统设计与实现
2.1矿井常用供电系统结构
矿井供电系统分别为高压（不超过10kV）、低压（电压不超过1140V），高压供电系统接入方式具体分为单一电源辐射式、多电源环状以及放射状等方式；低压电源接线方式一般采用单一电源辐射式。矿井供电系统层级有三部分，具体为地面变电所、井下中央变电所以及采区变电所。分别负责整个矿井供电，井下供电以及采区供电等功能。
2.2在煤矿井下建设合理的供电结构
煤矿井下供电结构的建设可以依据下列方案进行：①矿井要有两套独立电源，电源应当来自不同变电站，或者是同一变电站的不同母线，在一条线路出现故障时，另一条线路能够负担矿井全部用电负荷。②电源电路总线上不得加设分支电路，避免造成用电安全事故。③矿井主通道要保持良好的通风性，并且要对排水系统进行完善，针对环境较差的矿井，为了保证生产的安全性和顺利性，应当设置备用电源，并且要确保电源在具体应用期间可以持续供应电流。④为了确保矿井区域供电的安全性，要在矿区安装避雷装置，并且要做好相应的保护，针对安装的设备，要定期做好相应的维护工作，避免设备带病作业，造成更为严重的影响。
2.3自动化运行系统的设计
随着科学技术的发展，煤矿对井下系统提出了更高的要求。井下配电自动化系统设计主要是充分利用开关电源的功能。井下的连续照明提高了电源的质量，为建筑安全提供了第二个基础，目前煤矿是安全可靠的能源供应的唯一主要生产要素。能够实现安全生产。一个好的能源系统不仅保护了人员的安全，而且给煤矿企业带来了更大的经济效益。煤矿井下自动设计系统的未来发展趋势是近年来迅速发展起来的一种重要的小型化系统。煤矿井下供电自动设计系统，包括电缆长度的自动计算和自动生成系统，通过自动计算和自动设计对矿井电缆的自动标注，在设备模型的基础上，确定电源设备与设备之间的空间关系。根据电子机械之间的空间关系，建立能量系统图自动生成的基本特征，建立了能量系统。通过对系统参数的数学建模，实现了电气设备的自动化和能量系统计算，实现了系统的统计计算。通过改变当前图形信息来改变系统设备参数时减少长时间电流损耗的计算，系统可以设置参数变化。电力系统自动发电系统设计报告的相关参数是设计者加强设计和验证的有效依据。系统的设计过程是基于强大的编辑功能和COM接口的集成环境，对系统的结构和功能进行设计。在自动操作系统的具体设计中，第一步是确保基本工艺设计的针对性和有效性，这有助于为系统的总体设计打下良好的基础。第二步是掌握和了解用电的具体环节，这不仅有利于分析一些关键因素，而且可以结合实际情况，对这些环节进行有针对性的调整。其次，要保证电力消费全过程的规范化设计。从实际情况来看，煤矿井下地面供电综合自动化系统在正常运行过程中由于不同环节的个体需要，其整体功耗也会有明显的差异。因此，为了解决这一问题，在具体的操作过程中，应控制各个环节的功耗，不仅可以实现对功耗的有效调节，而且可以尽可能地满足各个环节的个性化需求。
2.4线路保护装置设计
整个线路保护装置以CAN总线为基础，实现一对多通信或点对点通信，并确保信息交互的快速、高质，监控主机在获得相关信息后能对故障位置进行快速确定，并及时采取针对性的保护动作。以CAN总线为网络基础具有良好的稳定性与实时性，网络内任一节点均可作为发送端进行数据发送。同时为有效规避各信息相互冲突而出现通信延误的情况，提前对各保护装置设定了相应的优先级，一旦多个保护装置同时向总线发送信息，系统会自行根据优先级顺序发送。图1为线路保护装置总体设计示意图。整个线路保护装置依照优先级的不同自高到低分为QF6、QF5、QF4、QF3、QF2、QF1。如图1所示，作业过程中当K1节点发生短路故障后，QF4、QF3、QF2、QF14个保护装置均能监测到短路电流，但由于QF4优先级最高，其会优先进行故障信号的发送，监控主机接收有关信号后，对故障位置进行判定，并操控QF4进行断路动作，同时操控QF3、QF2、QF13个保护装置进人保护延时状态。经100ms的延时后，若主机仍能接收到监测信号，控制QF3进行断路保护，同时QF2、QF1，继续保持延时保护状态，并以此类推，直至成功实现跳闸保护为止。这种跳闸控制方法可以最大程度规避越级跳闸的出现，确保断电保护有效性。
图1线路保护装置设计示意图
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3结束语
综上所述，随着现阶段综合技术的快速发展，煤矿井下电气系统设计技术不断提高，系统电缆长度不断增加。不仅还可以为地下开发提供安全的运行保障，还可以促进煤矿业的发展。在设计和应用过程中，煤矿地面供电综合自动化系统不仅可以尽可能地满足运行过程中各环节的基本电力需求，而且可以实现现有供电系统的优化和完善。在保证供电效率和质量提高的基础上，可以有效提高煤矿企业的经济效益。
参考文献
[1]王英波.煤矿井下局部通风机应急供电系统的Z源逆变器设计[J].机电工程技术,2019,4802:116-119.
[2]董建文.防越级跳闸保护器在煤矿井下供电系统的应用[J].山西焦煤科技,2019,4304:49-52.
[3]杨洋.基于工业以太网与现场总线的煤矿井下供电监控系统设计[D].太原理工大学,2015.
论文作者:曹真
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年23期
论文发表时间:2020/5/8