為解決煤礦采掘工作面距離延長，用電設(shè)備數(shù)量增加、功率增大帶來的線路末端電壓低、電壓波動和波形畸變等系列的長距離供電電能質(zhì)量問題，通過采用電壓補(bǔ)償與阻抗壓降自適應(yīng)算法，基于場內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場實(shí)測等方式，建立電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)遠(yuǎn)距離補(bǔ)償模型，在不采用并聯(lián)電纜、移動變壓器等傳統(tǒng)措施條件下，解決長距離供電電能質(zhì)量問題，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面3000m長距離供電、采煤工作面5000m長距離供電。

文章來源：《智能礦山》2025年第3期“學(xué)術(shù)園地”欄目

作者簡介：張?jiān)?，高級工程師，主要從事電力電子開發(fā)的相關(guān)工作。E-mail：zhangyuanji@fengguang.com

作者單位：作者單位：新風(fēng)光電子科技股份有限公司

引用格式：張?jiān)?，魏繼云，高棟，等.煤礦井下采掘工作面遠(yuǎn)距離供電方案優(yōu)化與應(yīng)用[J].智能礦山，2025，6(3)：80-83.

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隨著我國礦山智能化建設(shè)的推進(jìn)，煤礦逐步向深部開采，采煤設(shè)備功率等級增大，工作面供電距離不斷延長，對井下供電系統(tǒng)提出了更高要求。

在煤炭開采過程中，增加采掘設(shè)備與供電設(shè)備距離，會出現(xiàn)井下電網(wǎng)和電氣設(shè)備功率因數(shù)降低、線路末端電壓低、電壓波動、電流波形畸變等系列長距離供電電能質(zhì)量問題。導(dǎo)致大型設(shè)備啟動困難甚至頻繁燒毀、運(yùn)行期間頻繁跳閘，降低開采設(shè)備絕緣性能，易引發(fā)用電安全事故，嚴(yán)重影響煤礦開采的安全和效率；同時，長距離電力傳輸使得礦井送配電線損增大，給煤礦企業(yè)帶來較大經(jīng)濟(jì)損失。

因此，為降低煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失、提高煤礦井下用電安全性、減少煤礦井下用電安全事故的產(chǎn)生、降低線路和感性設(shè)備的功率損耗，達(dá)到節(jié)約能源、降低消耗的目的，本文針對煤礦井下長距離供電問題，分析4種傳統(tǒng)治理方案，并提出了應(yīng)用電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置的高效治理方案。

煤礦井下長距離供電傳統(tǒng)治理方案

1.1 電纜并聯(lián)和增加電纜線徑方案

采取多根電纜并聯(lián)或更換較大線徑電纜。減少同等傳輸長度電纜的等效阻抗，減少電纜壓降，弊端是增加電纜成本投入，敷設(shè)難度較高，電纜并聯(lián)和增加電纜線徑方案如圖1所示。

圖1 電纜并聯(lián)和增加電纜線徑方案

1.2 提高移變輸出電壓

調(diào)節(jié)移變抽頭，提高供電首端電源電壓，以彌補(bǔ)線路損失。弊端是設(shè)備停機(jī)或空載運(yùn)行時末端電壓偏高，對電纜和設(shè)備絕緣耐壓造成一定威脅，甚至損壞設(shè)備，提高移變輸出電壓方案如圖2所示。

圖2 提高移變輸出電壓方案

1.3 移動變壓器位置后移

移動變壓器位置后移，減小設(shè)備與供電電源間供電電纜長度，減小電纜壓降，弊端是頻繁移動變電設(shè)備帶來較大不便，增加施工成本，移動變壓器后移方案如圖3所示。

圖3 移動變壓器后移方案

1.4 負(fù)荷端增加防爆SVG進(jìn)行無功補(bǔ)償

在工作面配置礦用防爆SVG，并且接于負(fù)荷設(shè)備側(cè)，進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高末端網(wǎng)壓，穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行，節(jié)能降耗。此方案需要將SVG靠近負(fù)荷設(shè)備，現(xiàn)場具備相應(yīng)條件可同步移動防爆SVG與負(fù)荷，不具備相應(yīng)條件，可放置在離負(fù)荷較近硐室，弊端是需多次移動防爆SVG，增加施工成本，防爆SVG無功補(bǔ)償方案如圖4所示。

圖4 防爆SVG無功補(bǔ)償方案

煤礦井下長距離供電優(yōu)化治理方案

針對上述4種傳統(tǒng)治理方案的不足之處，創(chuàng)新提出1種采用電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置補(bǔ)償方案，在線路中間增加電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置，提升線路電壓，保證末端設(shè)備的工作電源電壓需求，增加電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置補(bǔ)償方案如圖5所示。

圖5 增加電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置補(bǔ)償方案

增加電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置補(bǔ)償方案具備以下3方面優(yōu)勢。

（1）穩(wěn)定供電電網(wǎng)末端電壓值

電壓綜合調(diào)節(jié)裝置可實(shí)現(xiàn)井下供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償，提高供電系統(tǒng)功率因數(shù)，減少無功損耗造成的線纜壓降損耗，針對有功電流造成的線纜損耗問題，采取補(bǔ)償方案來提升供電系統(tǒng)電壓，補(bǔ)償因系統(tǒng)有功電流造成的線纜壓降損耗，解決長距離末端電動機(jī)端電壓低的問題，穩(wěn)定供電電網(wǎng)末端電壓值。

（2）解決長距離末端電壓低

電壓綜合調(diào)節(jié)裝置可放置于線路中間位置，將電網(wǎng)電壓提升至某設(shè)定數(shù)值，后經(jīng)長距離線路造成壓降后，仍保證負(fù)荷端電壓滿足需求，保證負(fù)荷正常工作。

（3）避免負(fù)荷端電壓波動大

裝置具備自動距離補(bǔ)償功能，可根據(jù)電網(wǎng)電壓、線路電流等參數(shù)，自動計算補(bǔ)償電壓值，確保在不同供電距離、不同負(fù)載率的情況下，負(fù)荷端電壓保持在一定電壓范圍內(nèi)變化，避免因電壓波動大，導(dǎo)致無法正常工作。

電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置補(bǔ)償方案現(xiàn)場應(yīng)用

電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置已在內(nèi)蒙古鄂托克前旗長城五號礦業(yè)有限公司（簡稱長城五礦）井下掘進(jìn)工作面成功投運(yùn)。長城五礦掘進(jìn)面存在長距離供電壓降問題，以前的解決方案是每掘進(jìn)一段距離就移動移變，此方案需投入大量人力物力成本、影響生產(chǎn)進(jìn)度，亟需改進(jìn)措施。

詳細(xì)分析工作面的用電情況，掘進(jìn)工作面系統(tǒng)工作電壓為1140V，掘進(jìn)機(jī)功率518kW，其中油泵電機(jī)功率200kW，截割電機(jī)功率318kW，移變?nèi)萘繛?MW，電纜線徑為120mm，設(shè)計總掘進(jìn)距離為2.8km。

計算掘進(jìn)機(jī)啟動情況見表1。

表1 長城五礦掘進(jìn)工作面供電線路數(shù)據(jù)

通過上述計算可知，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)距離移變1.4km時，掘進(jìn)機(jī)啟動和正常運(yùn)行時，會出現(xiàn)壓降過大設(shè)備停機(jī)情況，需在距離移變1.4km處增加電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置，電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置安裝位置如圖6所示。

圖6 電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置安裝位置

裝置輸出電壓目標(biāo)值設(shè)定為1300V，經(jīng)過電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置后，線路輸出電壓維持在約1300V，電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置到掘進(jìn)機(jī)的距離可延長至1.4km。

增加電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置后，掘進(jìn)工作面距離達(dá)到2.8km，掘進(jìn)機(jī)工作正常，成功解決了長距離供電壓降問題。減少了移變移動次數(shù)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，得到客戶一致好評，現(xiàn)場運(yùn)行照片如圖7所示。

圖7 長城五礦井下電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)裝置

總結(jié)

（1）分析了井下用電設(shè)備功率增大和工作距離延長，對長距離供電壓降問題的影響，尤其是直接啟動時產(chǎn)生的巨大沖擊電流，導(dǎo)致設(shè)備啟動困難。采用電網(wǎng)綜合調(diào)節(jié)治理裝置，有效補(bǔ)償長距離供電線路壓降，并在實(shí)際應(yīng)用中驗(yàn)證了方案的有效性。

（2）煤礦井下長距離供電解決方案研究多集中于傳統(tǒng)治理方案的探討，如增加線纜線徑、抬高首端電壓、移動供電設(shè)備本體等，該方案在一定程度上可緩解但并未根本解決問題，同時帶來較大的成本投入和效率降低。

（3）重點(diǎn)探討了技術(shù)方案的可行性和有效性，引入新型設(shè)備所帶來的經(jīng)濟(jì)成本及投資回報率還需全面分析。長距離供電系統(tǒng)方案應(yīng)綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等多方面因素，為煤礦企業(yè)提供更加科學(xué)合理的決策依據(jù)。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

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聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

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