我国煤矿井下供电及漏电保护现状分析
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摘要：随着综采技术的发展，煤矿井下供电的可靠性和安全性越来越重要。本文介绍了我国煤矿井下供电系统的结构，分析了我国煤矿井下供电等级以及漏电保护技术的发展方向。
关键词：煤矿;井下供电;供电等级;漏电保护
1 引言
能源现代化是我国现代化中重要的一部分，煤炭生产中的电气的现代化也随之引起了越来越大的关注。在复杂的煤矿生产系统中，供电是其中至关重要的一环，工作面作为煤矿井下生产第一线，其供电安全对整个井下电网更有着重要意义。随着煤炭行业国际市场的竞争日趋激烈，各先进产煤国家如美国、澳大利亚、南非等的煤矿中相继涌现了日产万吨的综采工作面，我国煤炭行业也在这一浪潮中有了很大的发展。现阶段，我国矿井总用电负荷已超过几万千瓦，单个综采面的用电负荷也已达到数千千瓦，采、掘、运自动化和机械化的程度得到了很大的发展，与此同时，为了能更适应高产高效煤矿的需要，煤矿井下供电系统的供电技术和供电保护系统应该得到相应的提升。本文介绍了我国煤矿供电系统的结构，并分析了未来漏电保护的发展方向。
2 煤矿供电系统的结构
煤矿供电系统由地面供电和井下供电两个系统组成，包含地面变电所、井下中央变电所以及采区变电所。煤矿地面变电所担负着向井下变配电的任务，是矿山供电系统的枢纽。地面变电所将35kV电压降至6～10kV，作为煤矿的下井电压，向矿井中额定电压不大于6～10kV的设备供电。6～10kV高压电能从矿山地面变电所的母线引出，先由沿井筒敷设的电缆传送至井下中央变电所，到达采区变电所或移动变电站降压，所得660V、1140V、3.3kV等电压，再经采掘工作面配电点，向采掘机械等设备供电[1]。
地面变电所既可直接经分段母线配出两条（一条工作，一条备用）电缆线路，向地面大容量高压用电设备（如主、副井提升机、通风机、空压机等）提供可靠的高压电，又可经降压变压器向地面小容量用电设备（如机修车间、锅炉房等）及照明装置提供220V或380V低压电。
井下中央变电所的数量可以由矿井水平工作面的数量决定。作为井下供电枢纽的井下中央变电所，选取位置应在负荷中心，并靠近副井的井底车场附近，负责分配电能至采区变电所。井下中央变（配）电所既可向井底车场的主要用电设备（如主排水泵、牵引变流所等）提供高压电能，又可向井下低压动力设备（如翻车器、小水泵、清理水仓绞车和照明变压器等）提供低压电能。
采区变电所主要任务为将井下中央变电所送来的6～10kV高压电能变为0.7～3.3kV低压电能，配送给工作面配电点或用电设备。对于工作面不断延伸的大型煤矿，其井下中央变电所至采区变电所距离较长，易造成线路电压损耗过大，线路故障难以排查，因此可使用移动变电站代替采区变电所，每一台移动变电站都是一个独立的供电单元。
3 煤矿供电系统发展历史及现状
3.1 煤矿井下电压等级
煤矿下井电压由矿井总负荷决定，现阶段我国大部分煤矿采用6kV电压下井，随着10kV供电技术和供电设备的不断完善，新建设矿井多采用10kV电压下井。
目前，国外井下供电等级主要有6kV、10kV、11kV、12kV等级，实验证明采用高电压等级的供电系统，可以使供电系统得到简化，取得更好的经济效益[2]。在我国，10kV井下供电技术也有了快速的发展。我国在1983年制定的《全国供电规划》标准中，规定了高压供电额定电压等级为10kV、35kV，并且规定除发电厂直配电压可采用3kV、6kV外，其它等级电压应逐步过渡到上述额定电压[3]。根据国际电工委员会制定的IEC标准，10kV已被作为公共配电电压，即电力系统向用户供电的标准电压。现在6kV电压已被我国列为淘汰电压等级，在2001年版《煤矿安全规程》中，煤矿井下配电电压高压最高等级提升至10kV。以上这些都为10kV电压等级应用于井下供电创造了条件，从上世纪80年代开始，我国对煤矿10kV井下供电开始了研究和实验。现阶段，由于传统的6kV电压等级已满足不了井下用电的需要和10kV供电技术的不断成熟，我国煤矿已经开始普遍采用10kV作为煤矿下井电压等级。
3.2 煤矿工作面供电电压等级
随着我国采煤方式的改进，采煤、掘进、运输机械化程度的提升，大功率采煤设备的投入使用和供电距离的不断延长，我国煤矿井下工作面供电系统采用的电压等级也经过了几个阶段。上世纪60年代之前，我国煤矿生产采用炮采落煤方式，工作面供电电压等级为380V，采煤方式变为机采后，工作面电压提升至660V，相较380V供电系统，工作面最大容量和日产煤量都提升了一倍。70年代后，以滚筒式采煤机和液压支架为主体的综合采煤机械化设备开始投入使用，工作面供电电压提升至千伏级，即950V～1140V。
进入80年代以来，我国煤矿生产开始以建设高产高效矿井为目标，逐步增加井下综采设备的容量和持续运行时间，延长采区电网供电距离，新型煤矿的综采面总容量达到了1500～2000kW，超出了工作面1140V动力电压的能力范围。
现阶段，我国大型煤矿井下工作面供电系统主要有三种配电方式，分别是：单一1140V供电、单一3.3kV供电、1140V和3.3kV混合供电。单一1140V供电方式适用于设备功率和生產能力小的煤矿。单一3.3kV供电方式适用于现代高产高效综采面，其特点是设备容量大，供电距离长，必须采用较高的电压等级以保证供电质量，降低线路损耗。工作面采用1140V和3.3kV混合供电的煤矿，其大型设备如采煤机、输送机等采用3.3kV供电，而功率稍小的乳化液泵站、喷雾泵站采用1140V供电，这样做有利于减小设备的成本，更加经济。
从煤矿电工技术（开关和保护）来考虑，井下电压等级不宜过多，我国采煤主要设备的容量还在不断增加，供电距离也在不断延长，因此工作面单一3.3kV供电方式更适合我国煤矿的发展前景。 4 煤矿漏电保护发展与现状
我国研究漏电保护技术起步晚于国外，进入20世纪70年代我国煤矿用电量逐年增加，触电事故也随之增加，为了适应新形势的发展需要，我国在1986年制定了国家标准GB6829《漏电电流动作保护器（剩余电流动作保护器）》，并于1995年进行了重新修订，明确规定了漏電保护器产品的标准要求、工作条件和试验方法，从此我国漏电保护器产品系列逐步齐全，质量稳步提高，并逐步强制规定特定场所安装漏电保护器。1949年，前苏联研制出适用于中性点不接地供电系统的附加直流电源型漏电保护装置（PYB型防爆漏电继电器），我国在20世纪50年代初开始引进，并在矿井中推广应用。同时我国研制出JY82型隔爆检漏继电器产品，并一直沿用到80年代末。早期的漏电保护装置由电磁型、感应型或电动型继电器组成，统称为机电式继电器，保护装置也称为机电式保护装置。
20世纪80年代，国内外研究出选择性自动复电技术、旁路接地技术、快速断电技术，且出现微机型选线装置。20世纪90年代以来，微机控制技术逐渐应用到矿井电网的继电保护系统中，并研发出智能型漏电保护系统，称为微机式漏电保护。现在微机式漏电保护得到了普遍使用，其装置能够采用多原理的综合保护，完成漏电故障时的横向和纵向选择性保护，且能保证动作电阻值的稳定性。自适应漏电保护是80年代提出的新课题，这种保护可随着电力系统运行情况和故障状态的变化而实时选择合适的保护原理和动作值。自适应漏电保护技术尚不成熟，是今后的发展趋势。未来漏电保护是朝着数字化，减少人员事故，便于操作方向发展。
5 小结
在复杂的煤矿生产系统中，供电是其中至关重要的一环，工作面作为煤矿井下生产第一线，其供电安全对整个井下电网更有着重要意义。现阶段，我国矿井总用电负荷已超过几万千瓦，单个综采面的用电负荷也已达到数千千瓦，采、掘、运自动化和机械化的程度得到了很大的发展。为了能更适应高产高效煤矿的需要，煤矿井下供电系统的供电技术和供电保护系统应该得到相应的提升。
参考文献：
[1]赖昌干.矿山电工学[M].北京：煤炭工业出版社，2006.
[2]忻贤同.高产高效工作面供电电压等级的选择[J].煤矿机电，1991（1）：8-11.
[3]张考生，张铁元.10kV地下供电技术的发展现状[J].矿山机械，2006（9）：104-105.
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