[实用新型]一种大型煤矿直流供电拓扑结构

说明书

技术领域

本实用新型具体涉及大型煤矿供电方式的选择和研究，属于煤矿供电技术领域。

背景技术

1.大型煤矿供电系统的发展变化

随着大型、特大型安全高产高效绿色现代化矿井的建设以及先进采煤技术的不断引进，大型煤矿的供电系统发生了相应的变化。

1.1煤矿供电容量及规模不断扩大

据国家统计局统计：截止到2012年全国年产量超过120万吨的大型煤矿有1050座，而大型、特大型安全高效现代化矿井的特点之一是：工作面大型化、综采设备机电一体化和高度自动化，这将促使煤矿用电设备的单机容量和数量以及整个煤矿的供电容量及供电规模增大。据《安全高效现代化矿井技术标准》显示数据：单产为8Mt/a的特大工作面其采煤机及刮板输送机的装机容量均已超过2MW，若计及转载机、破碎机、巷道输煤系统及其它相关辅助设备，一个特大工作面的总装机容量可达10MW。同时随着井下工作面生产能力的提升，煤矿提升系统、运输系统、通风系统、排水系统、压风系统及其它用电设备的单机容量及数量将随之增大，目前就矿井提升系统其单机装机功率已超2MW，大型煤矿用电负荷总装机功率已超过50MW。同时，为了减少工作面搬家倒面次数，保证综采工作面长时间高产稳产，盘区掘进长度不断加大，从而使煤矿井下供电距离不断加长，1996年美国工作面掘进长度平均达2.570km，澳大利亚平均1.874km，美国西部某矿设计工作面推进长度已达6.7km；国内神东矿区活鸡兔矿井掘进长度超过5.3km，补连塔矿井亦达4.5km以上，2003年神东矿区榆家梁矿井 45202工作面推进方向长度达6.380km。

由于上述原因，大型煤矿井下长距离大容量供电问题更加突出。

1.2煤矿负荷逐渐直流化

煤矿绝大多数负荷是电动机负荷，还有少数的照明、通信、监控系统。《安全高效现代化矿井技术标准》中要求：提升机、带式输送机、主通风机、空气压缩机等用电设备宜采用变频驱动，以提高设备工作效率，减少电能消耗。从目前大型煤矿电动机采取的驱动方式来看，立井的主、副提升机、斜井带式输送机、通风机多数已采用交-直-交变频驱动方式，随着变频器技术的发展以及造价问题的解决，井下大巷及盘区带式输送机以及其它电动机负载采用变频驱动将成为主要趋势；为了节电，井下及地面照明可采用LED照明系统，而采用变频驱动的电动机负载以及LED照明负载其用电方式更趋于直流化。

1.3电能消耗量大

在原煤生产过程中，电气设备繁多，耗电量巨大，而大型、特大型煤矿单机容量及总负荷容量不断加大，将致使煤矿用电量不断增加，某年产量为800t的煤矿，其负荷的工作容量高达57626kW，吨煤耗电量可达到 16.62W·h，总耗电量13296×104kW·h/a，年运行费用高达8642.4万元。因此，如何减小煤矿供电系统的运行费用将是煤矿企业亟待解决的问题之一。

在大型煤矿供电系统发生上述变化之下，煤矿现行交流供电问题愈加突出，大型煤矿交流供电的进一步发展将面临挑战。

2.煤矿交流供电存在的问题

1)大型煤矿交流供电系统的拓扑趋于复杂化和大型化，使其供电可靠性下降，同时也增加了煤矿交流供电系统的设计难度。文献《工矿自动化》 2009年第12期“基于图论的煤矿井下高压供电网络优化”利用最小路径法对煤矿高压交流电网的供电结构进行了优化，并理论验证了该方法在提高煤矿供电安全性和可靠性方面有效性，但交流系统拓扑结构的优化空间有限。

2)煤矿供电容量的增大，导致系统短路容量增大，越级跳闸问题更加突出，交流系统供电安全性下降。

3)井下长距离、重负荷供电时末端电压降不能满足要求。为了限制短路电流，电缆线路中串联限流电抗器则导致线路压降增大，进一步加剧井下供电电压的质量问题。

4)变频器的广泛使用，使煤矿供电系统的谐波污染更加严重，而滤波器的安装则会进一步增加系统接线的复杂性。

5)电缆数量明显增多，电缆截面加大，则使煤矿金属消耗量大大增加，电缆投资费用不断增大；同时供电距离及供电规模的增大，使电缆线路上的损耗增大，不利于交流系统的经济运行。

本实用新型根据上述情况分析可得：煤矿现行交流供电系统在大型煤矿供电容量、供电规模不断扩大的形式下，在拓扑结构优化、供电可靠性、安全性、电能质量、经济运行等方面存在适应性问题；有必要改变煤矿现行供电拓扑及供电模式，以解决煤矿负荷日益增大及负荷用电方式发生变化所带来的诸多供电问题。

3.煤矿其它供电模式研究现状