摘要：煤炭工业与一般的加工业不同，单靠先进的技术或设备，并不一定能把产量和工效提上去，用好先进的技术和设备，是取得理想经济效益的关键。对综合机械化采煤而言，先进的高生产能力设备，有助于产量和工效大幅度的提高。因此研究综采生产系统可靠性是十分必要的。本文对综采工作面供电系统提出了要求，并论述了综采工作面供电技术及装备。
关键词：综采；工作面；供电系统
综采工作面是一个由采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机、回采巷道运输设备、瓦斯与通风系统、管路、泵站、供电等组成的以开采为目的的复杂系统。综采工作面的生产设备主要包括采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机、破碎机、胶带输送机、乳化液泵站等。这些大功率设备加上配套装置组成的自动化控制系统，将大幅度减少工人劳动强度，降低生产成本，提高煤炭产量，保证工作面的安全生产。
一、综采工作面供电系统要求
随着煤矿规模的飞速发展，工作面的机械装备功率在不断增大，自动化程度的增强，设备间的控制要求在不断提高，为实现安全高效的产煤目标，综采工作面对供电系统提出了新的要求。
1、大容量安全可靠
大功率、高强度、高可靠性和机电一体化是高效、安全综采设备的发展趋势。安全高效的现代化综采工作面建设归根结底要依靠采煤机、输送机等设备功率的提升来实现，而总的负载功率的提升必须依靠增加供电系统的容量才能保证这些设备在井下正常工作，目前在井下综采工作面应用的移动变电站容量已达6300kV；单台组合开关工作电流达3500A，回路数14路。
煤矿井下恶劣的工作环境加上供电电压等级的提高，使综采工作面供电系统故障的危害程度进一步加大，发生电气故障后若不能使保护装置快速动作，将会对人身和财产安全造成重大危害，因此必须在考虑综采工作面供电系统特殊性的前提下设计性能优良的过载、短路、漏电等故障保护装置，及时切除故障及不正常运行状态，以保证供电系统安全。值得指出的是，当前我国综采工作面最高供电电压为3.3kV，
这个电压等级目前还没有具体的供电保护标准。通常综采工作面的机电设备一般都是直接启动，电动机的启动电流为5-7倍额定电流，且负载距移动变电站一般在400-600m，为了保证启动瞬间电动机有较高的端电压，变压器的短路阻抗应尽可能小。因此，供电系统功率和电压等级的提高对供电电缆的绝缘等级、供电系统保护装置动作的准确性及开关器件的分断能力等都提出了更高的要求，为综采工作面的供电提供可靠保证。
2、便于维护和查找故障
综采强调总体的配套和系统的完善，供电系统作为综采设备的动力源，要根据采煤工艺发展的要求，把整套设备进行系统结构、参数、衔接方式和系统可靠性设计。一个结构完善、功能齐全的综采工作面供电系统，要在满足负载容量和安全可靠的前提下，遵循便于施工维护，发生故障后能够快速查找到故障点的原则进行设计。综采工作面供电系统关键设备及其配套装置要保持优良的工况，应具有先进的科学监测、监控功能，系统除有过负荷、短路、欠过压保护外，还应有高压电缆绝缘检测、选择性漏电保护及带有故障查询显示功能。需设计友好的人机界面，具有设备状态检测与显示；语言报警功能；工作面设备起/停控制；设备运行时间记录；故障自诊断；远程通信及联网、多机控制，通过总线或以太网联接，将各设备工作参数、故障类型等信息迅速传至上级控制中心，并配合先进的电网保护技术如选择性漏电保护、自动重合闸技术快速确定故障点，确保在最短的时间内排除故障，恢复生产。
二、综采工作面供电技术及装备
1、刮板输送机启动控制方式
刮板输送机驱动功率的增大使刮板输送机的启动问题变得十分突出。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当输送机启动时，电机的启动电流将给电网造成极大的威胁，若采用特大容量的移动变电站、大截面的供电电缆，将增加投资，同时设备启动时的冲击力，也给设备的安全使用和寿命造成了很大的危害。
目前降低刮板输送机启动电流的方法有双速电机驱动方式和机械软启动技术。双速电机驱动方式虽然降低了启动电流，但仍是多台电机几乎是同时启动，启动电流冲击依然存在。机械软启动技术，解决了多台电机同时启动，但单台电机功率很大，每台单机的启动电流仍然很大。对于电网的容量要求和电流冲击问题，这两种方法都没有从根本上解决。随着电力电子器件的广泛应用和相关控制理论的成熟，已将变频调速技术用于输送机的电动机控制，解决了软启动问题。但由于采用的是低压变频器，变频器的输出电压仅1140V，而负荷功率高达1000kW，在解决了软启动问题的同时，与3.3kV供电相比，带来了不可忽视的电能量损耗。因此需要研发中压防爆变频器，解决低压变频器存在不足，达到节能降耗的效果。
2、智能化。智能化是指运用计算机以各种方式模仿人类的思考方式进而做出决策，如专家系统、神经网络、遗传算法、智能代理等。在综采工作面供电系统，智能系统的应用主要是：利用人工智能系统，对生产设备进行过程控制；对供电设备出现的故障提出维修建议和处理方案，使排除故障的时间尽可能地减少；事先进行设备维修计划；把外部条件监测、运行方式、运行参数和信息设备的运行状态及工况等数据输入数据库，进行综合分析，完成系统设计、设备选型、技术改进方案选取，或提出合适建议；根据实际运行工况，自动设定和调整运行参数。国内外在这方面开展的研究现在只是刚刚开始，还没有相关的成果出现，研究前景被广泛看好。
3、监测与保护。供电系统和用电设备是工作面的关键部分，一次失效或事故停机就会带来巨大损失，开展状态监测能够对设备进行寿命管理，从而早发现，少损失，可预知维修，保障企业生产能力。监测与保护目前已成为安全高效综采工作面供电系统的迫切需要。
（1）工作面电缆绝缘的在线监测。能在单相接地故障发生前对电网的绝缘水平做出准确的预测；准确实现接地漏电故障保护；准确判断故障点位置，防止故障扩大。
（2）电机安全运行状态监测系统。对电机轴承、转子、定子等主要故障，在其发生初期进行可靠在线检测并监测其历史变化趋势，判断电机能否继续安全运行，从而避免事故停机，制定可行性更高的检修及库存计划，以保障生产系统的可靠工作。
4、综采工作面供电电压。近几年，随着综采工作面的割煤高度加大，生产能力的提高，采煤机、刮板输送机等设备的总装机功率不断增大，加上井下特殊环境又限制了电缆截面积和变压器体积的增加，1.14kV供电电压已满足不了生产需要。必须采用3.3kV甚至更高电压等级供电才能保证供电的安全可靠，满足大功率设备的用电要求。我国综采工作面供电电压现状主要是以1.14kV为主，局部达到3.3kV，而且目前3.3kV供电系统一般仅解决了工作面三机的供电问题，没有完全实现全系统3.3kV供电，其供电器件可靠性和寿命还需提高；系统保护的准确性还需进一步精确；试验范围还需扩大；保护配合、参数匹配、接口问题等还需要做进一步实验和验证。然而，即使实现全系统3.3kV供电，也远不是工作面升压的终点，据报道，目前煤矿的综采工作面采用4160V的供电系统；该煤矿的综采工作面采用6kV的供电系统。
对安全高效综采工作面的特点总结出供电系统的特殊要求，并对当前综采工作面供电系统尚待研究的问题进行了概括和探讨，提出了相应的解决方案，指出了未来综采工作面供电系统的研究重点和发展方向。
参考文献：
[1]谭武忠.矿井供电运行方式对供电可靠性影响的分析[J].江西煤炭科技，2013（2）：56-59.
[2]高立.矿井供电运行方式对供电可靠性的影响[J].煤炭管理干部学院学报，2016（4）：88- 91.
[3]曲银凤，程学珍，李兆庆.提高矿井供电可靠性措施探讨[J].山东煤炭科技，2012（4）：66-69.
[4]侯引莲.矿井供电电源可靠性分析及变压器选择[J].广西煤炭，2014（12）：15.
论文作者:陈学东,康健
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/9
标签：工作面论文; 供电系统论文; 设备论文; 故障论文; 输送机论文; 电压论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第12期论文;