我國煤礦井下供電及漏電保護現狀分析
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摘要：隨著綜采技術的發展，煤礦井下供電的可靠性和安全性越來越重要。本文介紹了我國煤礦井下供電系統的結構，分析了我國煤礦井下供電等級以及漏電保護技術的發展方向。
關鍵詞：煤礦;井下供電;供電等級;漏電保護
1 引言
能源現代化是我國現代化中重要的一部分，煤炭生產中的電氣的現代化也隨之引起了越來越大的關注。在復雜的煤礦生產系統中，供電是其中至關重要的一環，工作面作為煤礦井下生產第一線，其供電安全對整個井下電網更有著重要意義。隨著煤炭行業國際市場的競爭日趨激烈，各先進產煤國家如美國、澳大利亞、南非等的煤礦中相繼涌現了日產萬噸的綜采工作面，我國煤炭行業也在這一浪潮中有了很大的發展?，F階段，我國礦井總用電負荷已超過幾萬千瓦，單個綜采面的用電負荷也已達到數千千瓦，采、掘、運自動化和機械化的程度得到了很大的發展，與此同時，為了能更適應高產高效煤礦的需要，煤礦井下供電系統的供電技術和供電保護系統應該得到相應的提升。本文介紹了我國煤礦供電系統的結構，并分析了未來漏電保護的發展方向。
2 煤礦供電系統的結構
煤礦供電系統由地面供電和井下供電兩個系統組成，包含地面變電所、井下中央變電所以及采區變電所。煤礦地面變電所擔負著向井下變配電的任務，是礦山供電系統的樞紐。地面變電所將35kV電壓降至6～10kV，作為煤礦的下井電壓，向礦井中額定電壓不大于6～10kV的設備供電。6～10kV高壓電能從礦山地面變電所的母線引出，先由沿井筒敷設的電纜傳送至井下中央變電所，到達采區變電所或移動變電站降壓，所得660V、1140V、3.3kV等電壓，再經采掘工作面配電點，向采掘機械等設備供電[1]。
地面變電所既可直接經分段母線配出兩條（一條工作，一條備用）電纜線路，向地面大容量高壓用電設備（如主、副井提升機、通風機、空壓機等）提供可靠的高壓電，又可經降壓變壓器向地面小容量用電設備（如機修車間、鍋爐房等）及照明裝置提供220V或380V低壓電。
井下中央變電所的數量可以由礦井水平工作面的數量決定。作為井下供電樞紐的井下中央變電所，選取位置應在負荷中心，并靠近副井的井底車場附近，負責分配電能至采區變電所。井下中央變（配）電所既可向井底車場的主要用電設備（如主排水泵、牽引變流所等）提供高壓電能，又可向井下低壓動力設備（如翻車器、小水泵、清理水倉絞車和照明變壓器等）提供低壓電能。
采區變電所主要任務為將井下中央變電所送來的6～10kV高壓電能變為0.7～3.3kV低壓電能，配送給工作面配電點或用電設備。對于工作面不斷延伸的大型煤礦，其井下中央變電所至采區變電所距離較長，易造成線路電壓損耗過大，線路故障難以排查，因此可使用移動變電站代替采區變電所，每一臺移動變電站都是一個獨立的供電單元。
3 煤礦供電系統發展歷史及現狀
3.1 煤礦井下電壓等級
煤礦下井電壓由礦井總負荷決定，現階段我國大部分煤礦采用6kV電壓下井，隨著10kV供電技術和供電設備的不斷完善，新建設礦井多采用10kV電壓下井。
目前，國外井下供電等級主要有6kV、10kV、11kV、12kV等級，實驗證明采用高電壓等級的供電系統，可以使供電系統得到簡化，取得更好的經濟效益[2]。在我國，10kV井下供電技術也有了快速的發展。我國在1983年制定的《全國供電規劃》標準中，規定了高壓供電額定電壓等級為10kV、35kV，并且規定除發電廠直配電壓可采用3kV、6kV外，其它等級電壓應逐步過渡到上述額定電壓[3]。根據國際電工委員會制定的IEC標準，10kV已被作為公共配電電壓，即電力系統向用戶供電的標準電壓?，F在6kV電壓已被我國列為淘汰電壓等級，在2001年版《煤礦安全規程》中，煤礦井下配電電壓高壓最高等級提升至10kV。以上這些都為10kV電壓等級應用于井下供電創造了條件，從上世紀80年代開始，我國對煤礦10kV井下供電開始了研究和實驗?，F階段，由于傳統的6kV電壓等級已滿足不了井下用電的需要和10kV供電技術的不斷成熟，我國煤礦已經開始普遍采用10kV作為煤礦下井電壓等級。
3.2 煤礦工作面供電電壓等級
隨著我國采煤方式的改進，采煤、掘進、運輸機械化程度的提升，大功率采煤設備的投入使用和供電距離的不斷延長，我國煤礦井下工作面供電系統采用的電壓等級也經過了幾個階段。上世紀60年代之前，我國煤礦生產采用炮采落煤方式，工作面供電電壓等級為380V，采煤方式變為機采后，工作面電壓提升至660V，相較380V供電系統，工作面最大容量和日產煤量都提升了一倍。70年代后，以滾筒式采煤機和液壓支架為主體的綜合采煤機械化設備開始投入使用，工作面供電電壓提升至千伏級，即950V～1140V。
進入80年代以來，我國煤礦生產開始以建設高產高效礦井為目標，逐步增加井下綜采設備的容量和持續運行時間，延長采區電網供電距離，新型煤礦的綜采面總容量達到了1500～2000kW，超出了工作面1140V動力電壓的能力范圍。
現階段，我國大型煤礦井下工作面供電系統主要有三種配電方式，分別是：單一1140V供電、單一3.3kV供電、1140V和3.3kV混合供電。單一1140V供電方式適用于設備功率和生產能力小的煤礦。單一3.3kV供電方式適用于現代高產高效綜采面，其特點是設備容量大，供電距離長，必須采用較高的電壓等級以保證供電質量，降低線路損耗。工作面采用1140V和3.3kV混合供電的煤礦，其大型設備如采煤機、輸送機等采用3.3kV供電，而功率稍小的乳化液泵站、噴霧泵站采用1140V供電，這樣做有利于減小設備的成本，更加經濟。
從煤礦電工技術（開關和保護）來考慮，井下電壓等級不宜過多，我國采煤主要設備的容量還在不斷增加，供電距離也在不斷延長，因此工作面單一3.3kV供電方式更適合我國煤礦的發展前景。 4 煤礦漏電保護發展與現狀
我國研究漏電保護技術起步晚于國外，進入20世紀70年代我國煤礦用電量逐年增加，觸電事故也隨之增加，為了適應新形勢的發展需要，我國在1986年制定了國家標準GB6829《漏電電流動作保護器（剩余電流動作保護器）》，并于1995年進行了重新修訂，明確規定了漏電保護器產品的標準要求、工作條件和試驗方法，從此我國漏電保護器產品系列逐步齊全，質量穩步提高，并逐步強制規定特定場所安裝漏電保護器。1949年，前蘇聯研制出適用于中性點不接地供電系統的附加直流電源型漏電保護裝置（PYB型防爆漏電繼電器），我國在20世紀50年代初開始引進，并在礦井中推廣應用。同時我國研制出JY82型隔爆檢漏繼電器產品，并一直沿用到80年代末。早期的漏電保護裝置由電磁型、感應型或電動型繼電器組成，統稱為機電式繼電器，保護裝置也稱為機電式保護裝置。
20世紀80年代，國內外研究出選擇性自動復電技術、旁路接地技術、快速斷電技術，且出現微機型選線裝置。20世紀90年代以來，微機控制技術逐漸應用到礦井電網的繼電保護系統中，并研發出智能型漏電保護系統，稱為微機式漏電保護?，F在微機式漏電保護得到了普遍使用，其裝置能夠采用多原理的綜合保護，完成漏電故障時的橫向和縱向選擇性保護，且能保證動作電阻值的穩定性。自適應漏電保護是80年代提出的新課題，這種保護可隨著電力系統運行情況和故障狀態的變化而實時選擇合適的保護原理和動作值。自適應漏電保護技術尚不成熟，是今后的發展趨勢。未來漏電保護是朝著數字化，減少人員事故，便于操作方向發展。
5 小結
在復雜的煤礦生產系統中，供電是其中至關重要的一環，工作面作為煤礦井下生產第一線，其供電安全對整個井下電網更有著重要意義?，F階段，我國礦井總用電負荷已超過幾萬千瓦，單個綜采面的用電負荷也已達到數千千瓦，采、掘、運自動化和機械化的程度得到了很大的發展。為了能更適應高產高效煤礦的需要，煤礦井下供電系統的供電技術和供電保護系統應該得到相應的提升。
參考文獻：
[1]賴昌干.礦山電工學[M].北京：煤炭工業出版社，2006.
[2]忻賢同.高產高效工作面供電電壓等級的選擇[J].煤礦機電，1991（1）：8-11.
[3]張考生，張鐵元.10kV地下供電技術的發展現狀[J].礦山機械，2006（9）：104-105.
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