神华神东供电中心 内蒙古鄂尔多斯 017209
摘要：随着电力系统的发展，供电规模不断拓展，供电范围不断扩大，线路不断延伸，负荷不断增加。近几年，随着煤炭市场的不断发展，煤炭的产量也不断增加。为提高产量和质量，煤矿不断引进一些先进设备及煤炭生产的配套设备。促使供电部门不断更新供电设备，提高供电质量，保证煤矿的生产用电。
关键词：电力电缆；煤矿；运行管理
前言
神东煤炭集团公司有百万吨级矿井近20个，位于晋、陕、蒙地区，面积大、距离远、矿井较为分散。神东供电中心作为煤矿的辅助单位，主要为煤矿的生产、运输、通风、排水等供电。同时，也为煤矿的供电系统的运行进行监测、设计、分析，保证煤矿的供电系统运行可靠。
煤矿属于一个特殊的生产单位，井下常有煤尘、瓦斯等易燃易爆物，所以，井下是严禁一切明火。而煤矿生产又离不开电气设备，设备在运行或故障时就有可能产生电火花。因而，煤矿的电气设备都是密封防爆型的。本文主要对煤矿供电系统中电力电缆的选型及运行管理进行分析。
1煤矿生产特点及供电方式
1.1煤矿的生产设备功率大，生产时负荷集中，且多为感性设备，无功损耗较大，影响电力系统经济运行。
1.2生产设备启动时间长，启动电流大。设备检修、调整、调试时负荷较小。
1.3受矿井环境及地质结构等影响，在生产时负荷波动较大，对保护装置定值的计算有一定影响。
1.4煤矿供电地面采用双回路或多回路架空线路供电，地面至井下供电主要依靠电力电缆。除中央供电所，其他大多是可随时移动的电气设备和生产设备。所以，煤矿井下供电用的电力电缆都会随设备移动，在一定程度上对电力电缆的可靠性会有影响。
1.5矿井内的电缆线路及设备易发生故障。受环境限制，除巷道的电力电缆可以敷设悬挂在巷道壁上或顶部，其他电缆都敷设在零时支架或地面。特别是采区，电缆会随着采掘设备不断移动，而且，顶部支护的间隙随时会有落物，有可能对电气设备、电力电缆造成影响，导致事故。井下一般都比较潮湿，局部还会有积水，对电气设备、电缆的绝缘也会有一定影响。
2电力电缆的用途及特点①
电力电缆和架空电力线路一样，就是传输和分配电能。在一些特殊环境和特殊场合，无法利用架空线路时，往往采用电力线路。如人口建筑密集地区、地形复杂且地质结构不适合架空线路的地带、水下、矿井等。
电力电缆的特点：
（1）占地少，施工简单快捷：地下敷设不占地面空间，不受建筑、环境影响，不需要架设杆塔、导线。电缆可以明敷，也可以暗敷，适应性强，比架空线路施工相对容易。
（2）对人身比较安全：电力电缆敷设在地下，人员一般情况不会触及到，相比暴露在外的电缆和架空线路较为安全。电力电缆的绝缘防护都较为可靠，即便有绝缘破坏，也会在局部形成单相接地或相间短路，控制开关保护启动会立即断开故障电缆，不会导致事故扩大。
（3）供电可靠，不受外界影响：相比架空线路，不会受气候、环境、人员的影响。如雷雨、风雪、异物搭挂、车辆撞击等。
（4）运行维护简单方便，工作量小，费用地：电缆线路敷设安装后，维护量较小，一般就是按规定对裸露部分巡视检查和进行相应的检测。对电缆的试验检测一般都是按规定有计划进行。
（5）电力电缆的电容有利于提高电力系统的功率因数。
（6）可根据使用条件有多种选择：电力电缆的种类很多，可根据使用条件进行选择。如防火、耐油、水下、高强度等等。
3煤矿供电电缆的选用
煤矿供电因其的特殊性，在选用电力电缆时都要进行综合因素的考虑和各种条件下的运行分析。
3.1电力电缆导体材料的选择
常用的电力电缆导体分为铝和铜。两种材料的特性对比：铜芯电缆的电阻率低，铝芯电缆的电阻率比铜芯电缆约高1.68倍；铜芯电缆的延展性好，铜合金的延展率为20～40%，电力用铜芯电缆的延展率在30%以上，而铝合金仅为18%；铜芯电缆的机械强度高，常温下的允许应力，铜芯电缆比铝分别高出7～28%。特别是高温下的应力，两者相差更是甚远；铜芯电缆抗疲劳性比铝芯电缆高，铝材反复折弯易断裂，铜则不易。特别是多股软铜电缆的抗疲劳强度更加突出；弹性指标方面，铜芯电缆也比铝芯电缆高约1.7～1.8倍。铜芯抗氧化，耐腐蚀，而铝芯容易受氧化和腐蚀。特别是电缆接头，铜芯电缆的连接头性能稳定，不会由于氧化而发生事故。铝芯电缆的接头时常会由于氧化 使接触电阻增大，发热而发生事故。因此，铝芯电缆事故率比铜芯电缆大得多；铜电缆的载流量大，由于电阻率低，同截面的铜芯电缆要比铝芯电缆允许的载流量高30%左右；铜电缆的电压损失低，由于铜芯电缆的电阻率低，在同截面流过相同电流的情况下，铜芯电缆的电压降小。铜芯电缆和铝芯电缆在同样的电流下，同截面的铜芯电缆的发热量比铝芯电缆小得多，使得运行更安全；由于铜的电阻率低，相比铝电缆而言，铜芯电缆的电能损耗低。施工安装对比：a 铜芯电缆柔性好，特别是多股软铜线，允许的弯度半径小，所以拐弯方便，穿管容易。；b 铜芯电缆抗疲劳性好，反复折弯不易断裂，所以，多次的敷设安装不会影响电缆的各项性能；c 铜芯电缆的机械强度高，能承受较大的机械拉力，给施工敷设带来很大便利，也为机械化施工创造了条件。尤其是在矿井中，具有更明显的优势。
煤矿的供电线路从地面进入矿井一般都采用电缆竖井或副井隧道。从机械强度、可靠性、安全性等综合考虑，选用铜芯电力电缆符合实际需求。
3.2电力电缆类型选择②
煤矿使用的电力电缆必须是阻燃（ZR）型的，再根据使用环境及条件要求选择不同的电力电缆。主电源电缆一般都固定不动，所以都采用阻燃型交联聚氯乙烯绝缘电缆或无卤低烟耐火橡胶电缆。如ZR-VJV32、WDZRN-XH31等。
在无卤低烟耐火电缆的基础上，多股软铜芯橡胶护套电力电缆的弯曲性能好，地形适应性强，耐火防水，便于移动的特点符合煤矿生产需求，因此，多股软铜芯无卤低烟耐火橡胶护套电力电缆是煤矿井下供电的首选。其由里到外的结构是导线、导线绝缘层、导线屏蔽层、外绝缘层、屏蔽层和金属丝网、外护套层。
导线：多股软铜线，有普通和镀锌两种。镀锌后接触电阻小并使其不易氧化。
导线绝缘层：无卤低烟耐火橡胶。
导线屏蔽层：用石墨布叠加缠绕代替金属做屏蔽层，用来改善导线周围的电场分布，避免在导体与绝缘层之间发生局部放电。
外绝缘层：无卤低烟耐火橡胶。
屏蔽层和金属丝网：用石墨布叠加缠绕代替金属做外屏蔽层，金属丝网既有屏蔽的作用，又能增强电缆的机械强度，同时还不影响电缆的柔韧性。
外护套：有单层和多层外护套，材料是无卤低烟耐火橡胶或阻燃橡胶。
3.3电力电缆截面选择
煤矿电力电缆导体截面的选择：
（1）煤矿井下电力系统一般都不安装无功补充装置，所以在选择电缆截面时，必须考虑设备的功率因数。
（2）设备起动电流和过载电流，正常情况下设备都是标注的额定电流，而且煤矿的综采设备功率都较大，生产过程中会出现煤层结构变化导致设备过载。所以，一些特殊设备在进行起动、生产电流计算时，一般都按1.5～3倍的额定电流进行计算。
（3）煤矿的部分设备是高压供电，从地面到采区的电力线路较长，因此必须考虑电压损失等综合因素。
神东某煤矿，设备装机总容量44106KW，运行设备总容量40424KW。由四个35KV变电站分别为通风及井下供电，根据每个变电站所分配的负荷，对输出电缆截面进行计算选择。除一个为地面风机供电其他三个都为井下供电。如A站的井下运行总容量为10075KW，供电电压6KV。正常情况下井下生的保安、照明、排水等设备都是不间断运行。生产时，先起动皮带运输系统，再起动采煤设备。所以，电流的计算必须综合考虑，电源完全能满足生产要求的同时，还要从安全、经济、施工、维护等多方面考虑。
设备工作电流计算公式：I= 
设备起动电流：Ig=I K
I-----设备起动电流，A；
P-----有功功率，KW；
U-----额定电压，KV；
Cos𝜑 ---功率因数；
K-----系数，取1.5～3；
通过总合考虑计算，矿井正常生产时的最大电流1360A。
电力电缆载流量计算公式：KIn≥I
I-----计算工作电流，A；
In-----电缆在标准敷设条件下的额定载流量，A；（可在电缆载流量表中查到）
K-----不同敷设条件下综合校正系数，空气中单根敷设K=K1，空气中
多根敷设K=Kt K1，空气中穿管敷设K=Kt K2，土壤中单根敷设K=Kt K2，土壤中多根敷设K=Kt K3 K4；
Kt-----环境温度校正系数，
K1-----空气中单层多根并列敷设载流量的校正系数；
K2-----空气中穿管敷设时载流量的校正系数，电压为10KV及以下、截面为95mm²及以下取0.9，截面在95mm²以上取0.85；
K3-----直埋敷设电缆因土壤热阻不同的校正系数
K4-----多根并列直埋敷设时的校正系数；
通过查6KV三芯电力电缆在空气中的载流量表，交联聚氯乙烯阻燃电力电缆240mm²的载流量为530A，300mm²的载流量为600A，400mm²的载流量为705A。综合考虑选用ZR-VJV32-3×240电力电缆作为主电源，延副井壁敷设3根接入井下中央变电所。
电压损失计算公式：∆U%=PLM
∆U-----线路电压损失百分数，%；
P-----有功功率，MW；
L-----线路长度，km；
M-----负荷矩，%/MW•km；
ZR-VJV32-3×240电力电缆敷设长度为0.5km。电压损失1.955%，小于5%的电压降允许值。
4电力电缆线路的运行维护和管理③
4.1电缆线路的运行
通电后的电力电缆承担了电力传输任务，必须做到运行良好、安全可靠、故障少。煤矿供电系统相对安全供电要求较高，所以，电力电缆及其连接的配电、用电设备组成的供配电系统，应具备相应的保护及监视装置，在正常运行的同时，对电力电缆的运行进行实时监测、保护。
矿井内的电缆线路都是明敷固定在巷道或地面，采区的电缆因随时移动，一般都放置在零时支架或悬挂在支护装置的下方。
巷道内的电缆线路必须固定牢固，在适当距离放置或粘贴反光警示标志。在一些特殊地段还应设置警示灯，防止车辆、人员误碰电缆、设备。
在电缆的特殊位置安装温度探头，随时掌握电力电缆运行状况。
4.2电缆线路故障
煤矿的电缆线路最常见的故障有机械损伤、单相接地和短路故障。
机械损伤：由机械损伤引起的电缆故障占电缆事故的比例最多。其中一部分机械损伤当时并未造成故障，在电缆运行一定时间后才逐步发展成故障。造成机械损伤的主要原因有存放、运输过程中的损伤，安装、回收时造成损伤，车辆碰撞、机械震动造成损伤，其他外力造成损伤。
单相接地：运行中的电缆线路一相直接或间接与地连接的故障。此类故障主要集中在排水和采掘区域。井下的湿度特变大，局部还会有积水，电缆在运输、敷设、安装、运行的过程中，绝缘受到损伤或破坏，在潮湿的环境中运行，水会慢慢参透进入电缆内，造成单相接地故障。
短路故障对煤矿生产的危害最大，会导致工作面的生产中断，也有可能影响井下运输、排水等工作。常见的造成电缆短路故障原因有机械损伤和绝缘破坏。井下电缆都是明敷在矿井巷道，一些时常移动的电缆放置在零时电缆支架或地上，很容易被机械、车辆、落物影响导致绝缘破坏造成短路。电力电缆会随着采掘设备移动，倒换工作面时，电缆也会收回重新敷设。由于井下条件限制，在回收电缆重新敷设过程中，有可能造成电力电缆外护套破坏，在运行中进入水，水在电缆温度的作用下，变成水蒸汽，顺着电缆流动到电缆终端头，如果终端头密封不好就会逐步聚集在接线盒内，当水蒸汽达到一定含量就会引起相间放电短路故障。
4.3电缆线路的维护
电缆线路和其他供电设备一样要经常进行维护工作。维护工作主要有线路检查、温度测试、终端头检查清扫、接线盒检查、标识标志检查、试验测试等。
受井下环境及生产局限，一般日常维护工作只是电缆线路检查、温度测试和标识标志的检查。只有在停产或倒工作面时才能进一步对终端头、接线盒等进行检查测试。
试验检测应按DL/T1253-2013《电力电缆线路运行规程》\GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》、DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》中相关规定进行，根据煤矿生产计划，提前编制电力电缆的预防性试验计划，保证试验顺利进行。
4.4电缆线路的管理
电缆线路的管理内容主要有资料管理、运行管理、事故异常管理三部分。
资料管理包括电缆线路总图、系统接线图、电缆路径图、电缆履历档案、运行统计资料等。
运行管理主要有电缆运行维护管理、保护调试管理、设施管理、检修试验管理、配件管理等。
事故异常管理主要是对发生的事故进行统计分析，找出问题原因，制定相应对策和管理办法。对电缆线路维护管理时发现的异常和缺陷，试验检测时发现的异常情况暂时不能处理，又不影响正常运行的电缆应采取相应措施。
目前，国内的煤矿供电系统主要以电力电缆线路为主，所以，在进行煤矿供电系统的设计，特别是电力电缆的选择和管理，是安全、正常、有序生产的保证。应该从经济、安全、敷设施工等多方面因素综合设计，合理选用电力电缆。侧重电缆线路的管理工作，建立完善的电力电缆资料，能有效提高电力电缆的利用率，降低事故的发生风险。
参考文献：
[1]张文琦.《电力电缆技术及应用》电子工业出版社.2017年2月出版.
[2]张文琦.《煤矿供电》煤炭工业出版社.2017年5月出版.
[3]沈黎明.《电力电缆施工、运行与维护》中国电力出版社.2017年1月出版.
论文作者:王铜凤
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/21
标签：电缆论文; 电力电缆论文; 煤矿论文; 井下论文; 设备论文; 故障论文; 护套论文; 《基层建设》2017年第35期论文;