1 現(xiàn)狀
我國采煤工作面的供電系統(tǒng)經(jīng)歷了由380 V到3300 V 的4個(gè)發(fā)展階段。
2O世紀(jì)6O年代以前，由于我國煤礦采用炮采落煤方式生產(chǎn)，采煤工作面供電電壓為380 V，配備了相應(yīng)的開關(guān)等設(shè)施，構(gòu)成了采煤工作面380 V供電系統(tǒng)。隨著8O機(jī)組的使用，380 V 的工作面供電電壓已經(jīng)難以適應(yīng)。1964年原煤炭工業(yè)部組織人員成立了煤礦工作面升壓工作組，經(jīng)過多次試驗(yàn)，確定
將采煤工作面供電電壓提高到660 V，并組織相關(guān)煤機(jī)廠生產(chǎn)專供井下使用的電壓等級(jí)為660 V的電機(jī)及相應(yīng)的控制設(shè)備，構(gòu)成了煤礦采煤工作面660V供電系統(tǒng)。
7O年代，以液壓支架和滾筒式采煤機(jī)為主體的綜合采煤機(jī)械化設(shè)備的引進(jìn)并投入煤礦生產(chǎn)，進(jìn)一步提高采煤工作面供電電壓，以適應(yīng)煤礦生產(chǎn)需要的問題又被提到議事日程。雖然，當(dāng)時(shí)正處于文革之中，我國煤炭戰(zhàn)線的科研人員和煤機(jī)生產(chǎn)企業(yè)在政府有關(guān)部門的支持和幫助下，經(jīng)過近十年的努力，研制出了千伏級(jí)的采煤工作面供電系統(tǒng)的全部裝備，并很快投入使用，實(shí)現(xiàn)了我國采煤工作面供電系統(tǒng)
的又一次升級(jí)換代。

8O年代以來，在原煤炭工業(yè)部的組織和指揮下，我國煤礦向提高采煤工作面單產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)集中化生產(chǎn)和減人減面的目標(biāo)邁進(jìn)，不斷地更新采煤工作面裝備，使綜采工作面設(shè)備的裝機(jī)容量不斷增大，出現(xiàn)了一批總裝機(jī)容量已達(dá)1500 kW ～2000 kW 的新型高產(chǎn)的綜采工作面。1988年原煤炭工業(yè)部明確提
出了建設(shè)高產(chǎn)高效礦井的目標(biāo)，同時(shí)，組織專門力量開展了進(jìn)一步提高煤礦井下供電電壓的可行性研究，經(jīng)過調(diào)查研究和反復(fù)論證，并吸收了國外煤礦井下工作面電壓升級(jí)的經(jīng)驗(yàn)，1991年l1月確定將我國煤礦綜采工作面供電電壓由1140 V提高為3300V，并將“井下采區(qū)3300 V供電系統(tǒng)”作為國家“八
五”期間重點(diǎn)項(xiàng)目“日產(chǎn)萬噸綜采設(shè)備”的一個(gè)子項(xiàng)目，組織煤炭科研機(jī)構(gòu)和煤機(jī)廠開展相關(guān)的研究工作。1998年7月第一套國產(chǎn)的3300 V煤礦采區(qū)供電系統(tǒng)在山西省晉城礦務(wù)局古書院煤礦試驗(yàn)成功，標(biāo)志著我國煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)電壓升級(jí)工作的勝利實(shí)現(xiàn)，為我國煤礦的高產(chǎn)高效礦井建設(shè)提供了有力的保障，同時(shí)，也縮短了我國煤礦采區(qū)供電系統(tǒng)與國際先進(jìn)水平的差距。
2 差 距
1)國外高產(chǎn)綜采工作面供電系統(tǒng)的概況。由于綜采設(shè)備裝機(jī)功率不斷提高，9O年代初最大采煤機(jī)功率已達(dá)1220 kW(Electral000，英國)，截割電動(dòng)機(jī)最大功率500 kW(EDwllo0L，德國；DR101101，日本)。1991年日本研制的DR102102型采煤機(jī)截割電動(dòng)機(jī)功率達(dá)600 kW 。工作面輸送機(jī)最大裝機(jī)功率達(dá)1125 kW，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)最大功率525 kW ，并制造3×525—1575 kW 的工作面輸送機(jī)。順槽帶式輸送機(jī)最大裝機(jī)動(dòng)功率已達(dá)1350 kW，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)最大功率420 kW。乳化液泵站最大裝機(jī)功率3×190 kW。轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)最大裝機(jī)功率均達(dá)到200 kW 以上。目前，國際上現(xiàn)代化的高產(chǎn)綜采面的裝機(jī)總功率
一般在3000 kW 以上。美國煤礦井下已有裝機(jī)總功率超過4000 kW 的工作面。同時(shí)隨著綜采工作面和采區(qū)走向長度的不斷增長，產(chǎn)量的不斷提升，也都要求綜采工作面的設(shè)備不斷增大功率(容量)，并增加輸電距離。國外綜采工作面設(shè)備供電電壓已普遍提高，目前，實(shí)際投入使用的綜采工作面供電電壓大體
上有2．3 kV、3．3 kV、4．16 kV、5 kV和6 kV幾種。與此同時(shí)，相應(yīng)生產(chǎn)了大容量的移動(dòng)變電站(2500kVA~4000 kVA)、多回路或組合式開關(guān)、高壓防爆電動(dòng)機(jī)和高壓拖拽式電纜等配套產(chǎn)品，以及相關(guān)信息、數(shù)據(jù)的收集、處理系統(tǒng)，以滿足綜采工作面實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)程操作等要求。
2)國產(chǎn)綜采工作面供電系統(tǒng)與國際先進(jìn)水平的主要差距：雖然國內(nèi)已開發(fā)出供電電壓為3．3 kV的防爆電機(jī)及相應(yīng)的電控產(chǎn)品，但和國際先進(jìn)水平相比，差距仍十分明顯，主要表現(xiàn)為：a)移動(dòng)變電站的容量偏小，只有800 kVA～1250 kVA 的幾種產(chǎn)品，而且工作的穩(wěn)定性不高，運(yùn)行壽命較低．b)控制開關(guān)，一般只有兩個(gè)回路，個(gè)別產(chǎn)品可以控制4個(gè)回路，控制范圍也比較窄，動(dòng)作靈敏度偏低；3．3 kV控制開關(guān)多為仿制，如唐山開灤華光電器廠生產(chǎn)的KBZ2-315／3300(1140)型礦用隔爆組合開關(guān)(4～6組合)即為德國西門子公司8SK8265組合開關(guān)的仿制品；C)3．3 kV的防爆電機(jī)容量偏小，一般<500
kW，效率較低，無故障運(yùn)行時(shí)間較短；d)大截面3．3 kV拖拽式電纜產(chǎn)品尚處于研制階段。由于上述差距的存在，目前國內(nèi)綜采工作面的3．3 kV供電系統(tǒng)多數(shù)為進(jìn)口產(chǎn)品。神東大柳塔煤礦3．3 kV綜采工作面使用英國布拉什(Brush)公司生產(chǎn)的T一1500 kVA／6／3．4 kV 型礦用隔爆移動(dòng)變電站，英國
B8 公司生產(chǎn)的LC33型負(fù)荷控制中心、TD33型電機(jī)起動(dòng)器；晉城寺河煤礦3．3 kV綜采工作面使用英國布拉什(Brush)公司生產(chǎn)的T一1500 kVA／6／3．4 kV 型礦用隔爆移動(dòng)變電站，德國西門子公司生產(chǎn)的8SK9型組合開關(guān)。
3 發(fā)展
1)我國采區(qū)供電系統(tǒng)發(fā)展思路。綜采工作面供電系統(tǒng)采用3．3 kV 供電技術(shù)與裝備，研究與開發(fā)大容量移動(dòng)變電站、多控制回路智能化組合開關(guān)(負(fù)荷控制中心)、大容量供電電纜和供電系統(tǒng)的漏電保護(hù)系統(tǒng)。
2)國外采區(qū)供電系統(tǒng)發(fā)展情況。向高產(chǎn)高效工作面供電的方式一般有2種，一種是典型的常規(guī)供電方式，即由地面變電所兩趟電纜線路供至井下中央變電所，再由中央變電所用電纜送至設(shè)在工作面順槽的變電站(移動(dòng)變電站的數(shù)量根據(jù)工作面總負(fù)荷而定，一般為2臺(tái)～3臺(tái))，通過起動(dòng)器、負(fù)荷中心等分別向采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和帶式輸送機(jī)供電；另一種供電方式是以美國為代表的由地面變電所6 kV～12．5 kV電壓下井，入井電纜直接送至采區(qū)移動(dòng)式供電中心(Power Center)。該移動(dòng)式供電中心是一臺(tái)大型多回路出線移動(dòng)變電站裝置，一個(gè)工作面裝一臺(tái)可分別向多臺(tái)不同電壓的機(jī)電設(shè)備供電。
隨著工作面裝機(jī)容量的增大和供電電壓的升高，移動(dòng)變電站和開關(guān)裝置也繼續(xù)向大容量、高電壓、組合化方向發(fā)展。目前最大容量移動(dòng)變電站已超過3000 kVA，一次側(cè)電壓為6 kV～12．5 kV，二次側(cè)電壓有5 kV、4．16 kV、3．3 kV、2．3 kV、1．1 kV。美國的大型移動(dòng)式供電中心則是將高壓開關(guān)、多線
圈變壓器和低壓控制開關(guān)組合在一起，容量為1000kVA～3000 kVA，一次電壓多為12．5 kV 或7．2kV，二次電壓可有416O V、2300 V、950 V、55O V、440 V、220 V等多種等級(jí)，帶饋電開關(guān)供采區(qū)的各種設(shè)備使用。澳大利亞、英國等也在發(fā)展控制工作面設(shè)備的組合開關(guān)或負(fù)荷中心。法國采用的是5 kV電壓入井，且工作面設(shè)備也用5 kV供電，所以工作面裝設(shè)的是防爆干式隔離變壓器，一次側(cè)電壓為5000 V士5 ，二次側(cè)空載電壓為5250 V，變壓器容量均在1000 kVA 以上，其主要作用是將工作面5kV 電網(wǎng)與礦井供電系統(tǒng)隔離開，以有效限制其相對(duì)地短路電流(一般應(yīng)降到3 A以下)的危害。移動(dòng)變電站的一次側(cè)均裝有SF6真空斷路器，還有為標(biāo)準(zhǔn)旋弧式SF6斷路器(其額定電流一般在500 A以上，斷路器容量在150 MVA以上)，一側(cè)帶有過流、短路保護(hù)、接地保護(hù)和漏電監(jiān)測(cè)裝置及低氣壓保護(hù)，還有浪涌分流電阻器以防止浪涌電壓和開關(guān)瞬變的沖擊；二次側(cè)也均用SF6或真空斷路器(額定電流在500 A以上，)500 A以上，分?jǐn)嗄芰υ?0 MVA 以上)，帶有完善的過流、短路、斷相、失壓、接地和漏電保護(hù)、低氣壓保護(hù)以及故障查詢、閉鎖和先導(dǎo)保護(hù)等功能，有些還帶有相敏短路保護(hù)和浪涌吸收器。中性點(diǎn)一般通過電抗器或電阻接地，以限制流過中性點(diǎn)的接地電流，并設(shè)有漏電監(jiān)測(cè)和閉鎖裝置。為減少工
作面停工時(shí)間，有些移動(dòng)變電站還帶有自動(dòng)重合閘裝置。礦用開關(guān)用的真空接觸器的電壽命已達(dá)100萬次以上。在一、二次側(cè)開關(guān)箱上，還設(shè)有觀察窗口，用以查看斷路器和其它設(shè)備的工作狀態(tài)及各種保護(hù)的動(dòng)作情況。連接負(fù)荷用的電纜截面多在95 mm。以下，一般均為6芯或7芯，如法國SILEC公司制造的礦用5 kV軟電纜為6芯線，動(dòng)力線截面3×(16～95)m m 。，各芯線導(dǎo)體用直徑0．3 mm 的紫銅絲扭成，外包聚氯乙烯絕緣，再用0．3 mm 的鍍錫銅絲編織層和半導(dǎo)電橡膠作成分相芯線及外套雙屏蔽結(jié)構(gòu)，最外面是幾層鍍錫鋼絲和人造纖維加強(qiáng)的橡膠和氯丁膠護(hù)套。用于工作面輸送機(jī)等非經(jīng)常卷動(dòng)的半固定電纜，還在橡膠護(hù)套內(nèi)加鋼絲鎧裝編織層加強(qiáng)。英國煤礦規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，用于向工作面機(jī)械設(shè)備饋電的電纜一般為柔性橡膠電纜，其芯線為柔性或鍍錫銅導(dǎo)線，芯線間絕緣用EPR標(biāo)準(zhǔn)的中粒度乙烯丙烯橡膠或氯丁磺化聚乙烯擠壓而成，常用的屏蔽類型有：TAC帶半導(dǎo)體層，半導(dǎo)電橡膠，銅絲尼龍編織帶
和普通軟銅絲編織帶；還可用易彎曲的鋼絲鎧裝來保證電纜的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性。襯墊和護(hù)套用重型聚氯丁烯(PCP)制成，這種材料阻燃、柔軟，而且耐磨、耐沖擊和耐滲。

關(guān)鍵詞：采區(qū)供電系統(tǒng)煤礦