煤矿供电系统技术优化及效果分析

煤矿供电系统技术优化及效果分析

杜磊

兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿

摘 要：煤炭生产过程中，要保证煤矿生产工作能稳定安全进行，离不开供电系统。目前我国大部分煤炭生产企业在进行煤炭采集工作时必须使用大型设备，而大型设备需要稳定的电力输送才能正常运转。因此稳定的电力系统是煤矿工作安全性的额保障。本文主要从提高煤矿供电系统的稳定性、安全性、可靠性的角度进行研究分析，主要分析两种优化电力系统的方案，并介绍供电系统方案的应用效果。

关键词：煤矿；供电系统，技术优化

由于石油、煤炭等能源的不可再生性，开发新能源、节能减排成为研究的重点。随着煤矿产业的不断发展，煤炭开采、使用的节能研究也是煤矿发展战略的重点。当前大部分煤矿生产企业的供电系统还是一如既往的使用超大功率的设施，电力无端损耗浪费、谐波干扰等影响供电系统稳定工作的情况普遍存在。煤矿生产过程中，电力系统的稳定直接影响生产效率，因此需要针对供电系统进行优化升级。

一、优化供电系统的重要性

煤矿供电系统是煤矿安全生产的关键，因此科学合理的优化供电系统很有必要。优化供电系统主要是在原有的电力系统上进行优化升级，根据煤矿生产的实际情况，解决目前煤矿电力网络存在的不足，完善电力网络设计，降低由于电力不稳定导致安全事故发生的几率。供电系统必须拥有一定的安全性和可靠性才能保障煤矿安全生产，所以优化供电系统必须充分考虑系统的安全性能及稳定可靠。供电系统的稳定可靠性主要体现在能够稳定持续供电，让矿山内的监控设施能够稳定工作，降低野外恶劣环境对监控设施及电力系统的影响。保障监控设施的安全及供电稳点，还能减少设备维修频率，有效降低维修成本。矿山基本上位于深山野外，通讯交通不方便，电力系统的稳定也影响着通信工作的正常进行。多功能电能表、计算机、仪表等设备采集的数据，都需要通过网络进行远程输送，电力系统稳定 才能保证网络系统稳定，才能与外界保持联系，实时上传矿山的信息数据。因此，优化供电系统是煤矿生产正常工作的关键。要科学的进行电网规划设计，合理的使用电力资源，优化升级电力系统要考虑系统的合理性、安全性，增强系统的可靠性，同时兼顾建设成本。除了优化供电系统，还要考虑到电力消耗问题，在供电时就提升供电效率，减少电能消耗，降低电力成本。通过优化升级电力系统来达到改进供电能力和质量，加强电力系统的稳定可靠性，对煤矿生产有重要的意义。

二、煤矿供电系统技术的优化需求和指标

（一）优化需求

结合煤矿供电系统的监控、谐波特征以及功率损耗方面的优化要求，站在总体的角度来实施分析，建设起良好的煤矿供电系统优化体系，具体内容含括如下：第一，应当要由高阶谐波扰动以及设备功率两方面还有供电系统整体监测上来研究无功补偿与有关滤波函数，来进行煤矿供电的节能研究，以在根本上满足供电系统的节能要求。第二，由收集、整理以及传输数据着手，在收集数据过程中构建起可以全方位检测煤矿供电系统内不同类型的电力参数，并且可以灵活转换成操作人员识别的数据类型收集单元；在整理数据过程中需要可以归类基础的电力参数，并且能够对统计数据实施简单处理；传输数据过程中能够利用常用的通讯协议来传输电力负荷等有关数据。第三，在人机交互阶段，系统应当要能够将目前供电以及用电设备的运行情况、电气参数 、故障信息以及警报等情况专业的显示出来。

（二）系统指标

第一，系统实时性要求。在普通的监测系统内便要求收集数据要具有及时性，尤其是对于重点安全生产单位的煤矿信息更要做到及时有效。具体体现在要求系统可以在正常运行中能够在短时间内准确响应，并且能够将大功率用电设备的负荷数据精准的显示出来。此外，还需要做到对设备的运行、故障以及预警信息数据及时反馈，以便于工作人员能够在第一时间进行处置。

第二，系统可靠性要求。要求煤矿供电系统能够在上时间运行环节能够抵御外界环境的干扰，维持成本在允许的范围内。在该系统内能够让计算机、电脑、仪表以及多功能电能表等设备能够利用网络来高效交换数据，确保系统内每一端口都能互相联通。不仅如此，还需要实现高效、准确的传输数据。在人机交互中，是系统设计的最终显示端，此处需要能够精简、准确的显示设备运行情况、故障信息以及预警信息等内容至用户界面。

三、优化供电系统的方案及对策

（一）方案一：应用无功功率补偿设备

煤矿开采地区普遍处于野外，矿区范围大，因此使用的电线较多，需要建立多个电路分支和负荷点，供电范围较广。这就导致电力输送路程长，输送线路越长，在输送过程中消耗的电力越多，因此而产生的电力耗费也越多。

降低电能损耗的方法之一就是进行无功补偿。根据煤矿生产实际用电量及电费成本，要准确计算电力系统的无功功率，确定电力系统的功率流的分布状况，选择最优的功率补偿点。根据矿区实际需要选择购买无功补偿设施，根据自身使用的电力系统选择适配的型号、大小、功能，通过在补偿点安装无功补偿设备进行无功补偿，降低电能的损耗，减少电费支出。煤矿区所有用电情况可以利用总线技术进行收集，同时在各个节点设置电源管理及控制平台，以此来达到矿区电力精准管理的目的，从而加强煤矿区用电的监控，掌握用电情况。

隔离层、底层、通信层和应用层四个部分构成煤矿的电力节能系统。通信层是连接系统连接其他部分的枢纽。系统需要利用通信层对各层反馈的数据进行分析，最后将数据传送到应用层。通信层和应用层之间是使用地下的变电站，通过监控电脑来实现通信交流，利用TCP/IP通信协议和地上系统连接形成环形网络，以此搭建煤矿的实时通信网络。

应用层是监控和管理系统的核心部分，能够与节能系统形成相对应数据，查看各个设备工作运转情况和发生故障时的报告。煤矿采掘的地方通常是整个煤矿区的边缘地带，也是电力系统的最外围，但是采掘时又必须使用多种大功率设备，大型设备功率较大，受无功功率和谐波的影响相对于其他设备更大，因此党整个矿区都进入工作状态，各种设备启动运转时，供电系统负荷过重，外围的大功率电器可能难以使用。这时候就需要使用无功补偿和滤波设备，为电力系统电压过低的区域提供帮助，提高低压区域的供电能力。

综合节能系统分别由控制核心、电源电路和控制电路三个核心部分构成。综合节能系统主要是和电源系统一起并联到控制电路，其需要利用监控来监测所有用电设备的运行情况和整个电力系统的负荷功率，以此来隔离设备的电源，最终保证系统能够得到无功功率补偿。

（二）方案二：应用自动化供电系统

随着高新科技的发展，自动化技术在各行各业得到广泛应用，而自动化供电系统也得到广泛推广，但是煤矿产业由于工作地点的特殊性，自动化供电系统的应用较为困难。目前电子通信技术水平逐渐提高，网络计算机技术也日趋成熟，这就为煤矿产业应用自动化供电系统提供了技术支持。

自动化供电系统主要是利用先进的电子技术对供电系统进行优化升级，实现矿区和地下煤矿开采区电力自动化管理。煤矿行业所使用的自动化供电系统是数据系统、PLC 控制系统和驱动接口三个部分构成。其中数据库也是由组态式监控数据库、事件库、内存数据库、优先级子库、和历史信息数据库五个部分构成。每个部分功能不一，组态式监控数据库是能够在供电系统里实时寻找到系统发出的各项指令信息，接着使用ADO 软件处理数据，最终形成组态数据信息并进行保存。事件库的存在主要是及时处理各项突发事件并反馈保存处理结果。建立内存数据库主要是方便进行系统数据交换，数据目录和访问接口是内存数据库的重中之重。

硬件设施的选择也影响着煤矿行业自动化供电系统的应用。综合接入网关和环网交互机是供矿区地上使用的设施。而矿区地下使用的硬件设备要求较高，由于地下环境常年潮湿、温度较高、灰尘较大，地下使用的环网交互机必须具备耐高温、防尘、防潮等特点，目前普遍使用的地下硬件设备是防爆型地下环网交互机。

煤矿行业的自动化供电系统应用需要高新科技的支持，自动化供电系统不但能够实现监测自动化以及自动化控制管理煤矿区域的供电系统，合理配置用电需求，避免电能的无端浪费。

四、优化煤矿供电系统技术后的效果

（一）优化方案一的应用效果

供电系统从无功补偿和谐波整定进行优化，在数据收集、传送、处理上优化电力系统，基本可达到无缝传送和数据统计处理的目的。在矿山上优化供电系统后，经过一段时间的实际操作和监控，可以极大提高电能的使用效率。优化的供电系统可以为煤矿安全生产和矿区工作人员的生活提供安全、稳定的电力供应，极大的节约电力成本。

（二）优化方案二的应用效果

煤矿地下开采部分的监控设备是使用地下电力设施进行供电，极大保证了整个矿洞监控系统的正常运行，还保证了开采设备的稳定运行，使得整个煤矿开采工作能够正常稳定运行，降低了电力传输不稳定而导致的停工频率和电力耗费。而地面电力系统可以控制整个矿区电力输送情况，根据各个区域用电需求和情况进行合理用电分配，不仅能减少电能的消耗，降低电力成本，还可以保障各个区域的煤矿开采工作能够稳定运行，从根源上杜绝大量使用大功率电器导致的电气故障、跳闸、停电发生，为矿区打造稳定、安全的生产环境。

四、结束语

总而言之，为了能迎合时代发展的需要，煤矿产业对供电系统进行优化是必然之举，在煤矿生产区域使用高科技的供电系统是具有划时代意义的。在实际优化过程中要求工作人员能够结合煤矿具体情况以及行业发展来科学优化整体供电系统技术，在上文提出的两种优化电力系统方案各具优点，但是矿山的地理环境都比较复杂，每个矿山的环境也都不一样，所以不论是什么方案都需要进行现场实际运行，根据现场运行情况进一步改进和完善，以此达到优化电力系统的目的。

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