均衡綜采工作面照明負載的方法

楊廣榮

摘 要：煤炭是工業的糧食，煤炭在我國能源結構中占有重要地位，為經濟發展和社會的發展做出了重要貢獻。從現有的能源賦存特點來看，在未來一段時間內，煤炭仍然是主要能源。煤炭行業的發展依然會保持強勁的勢頭，各大煤礦也仍然是能源貢獻的主力軍。為了減輕勞動強度提高生產力，煤礦也在朝著現代化的方向發展?，F代化煤礦大都應用綜采工藝進行采煤，生產力得到了有效的保障，但是客觀條件決定了井下環境空間狹小，黑暗潮濕的狀態，對井下作業十分不利，為了保障生產作業的安全正常運行，大部分礦井都在井下安裝了相當數目的照明燈，用來解決井下環境黑暗的問題。但是這也帶來了新的問題，因為絕大多數井下安裝照明燈采都用了串聯的方式，所以極易引起相間負載不平衡，造成照明燈發暗，光照強度不夠的情況，為此本文介紹了一種解決串聯照明燈負載不平衡的方法。

關鍵詞：綜采;均衡照明負載

1 井下照明燈供電系統介紹

井下作業環境特殊，對線路及設備損傷的可能性較大并且可能存在瓦斯等有毒有害氣體，因此對供電系統有特殊要求，即選用的設備要有防爆性并且具有一定的防護強度，選用的電纜要有阻燃性 ，供電系統在設計時也要盡可能簡單有效。對于井下照明供電系統來說，一般為10Kv高壓電路通過10Kv——660v移動變電站將電壓等級降為660v給照明綜保供電，照明綜保通過內部變壓器將660v電壓降到127v并輸出，通過串聯電路給數十盞照明燈供電。

綜采工作面井下照明系統采用串聯供電的好處有以下幾點：1、串聯電路結構簡單成本較低。綜采工作面分布較長，完成井下照明工程所需線路及照明燈數量十分可觀，采用串聯供電可有效節約成本。2、由于井下環境特殊，設備損壞較為頻繁，采用串聯方式給照明燈供電當線路中出現故障時易于發現與查找，較為安全。3、礦井照明燈均為單入單出式接口，采用串聯方式連接與現實條件可以契合。

2 照明系統設備介紹

綜采工作面所用照明燈為DGS70/127L（E）礦用隔爆型LED巷道燈，燈具適用于有甲烷、煤塵等爆炸性混合物氣體的煤礦井下巷道及峒室內作固定式局部照明用;適用于煤礦井下停車場，硐室，泵房和皮帶巷等場所作固定照明用，其額定電壓為127V，額定功率70W。此款照明燈高效節能，采用進口LED芯片，能耗低，壽命長，光源壽命長達10萬小時以上。而且具有開路、短路等保護功能，保證光源長壽命可靠工作。

采區變電所給綜采工作面的輸入電壓為10Kv，若直接通過變壓器降壓至127V，對變壓器要求較高，根據式2-1可知在變壓器容量一定的情況下二次側電壓越低二次側電流越大，過高的電流對負載損害較大。而且127V的輸出電壓適用范圍較小，對資源浪費嚴重。需要經過移動變電站進行第一次降壓，將10Kv電壓降到660V后再經過照明綜保將660V電壓降到127V輸出。

（式2-1）

工作面現有的10KV/660V降壓變壓器為礦用隔爆三相干式組合移動型變壓器，額定輸入10KV，額定輸出660V，額定容量800KVA，適用于具有爆炸性危險氣體及粉塵的礦井中。本裝置配備有靈敏可靠的保護機制。當10kV電源接入線腔后，通過隔離開關的分合可控制高壓電壓互感器（PT）及斷路器上觸頭的得電與失電，操作隔離開關必須首先按下閉鎖按鈕以防止斷路器未分斷時的帶電拉開;同時斷路器處于合閘位置時，自身也具有與隔離開關的機械閉鎖;電壓互感器（PT）二次輸出AC100V作為綜合保護及斷路器分合驅動的工作電源，電源失壓時，斷路器交流電磁鐵處于釋放狀態，從而閉鎖斷路器不能合閘;當配電裝置投入運行后，配用的GZBY-1型高壓電網綜合保護裝置對配電裝置的線路電壓、電流、分合狀態進行動態監控及顯示，對系統的過載、短路、斷相、漏電、絕緣監視、過壓、欠壓等故障以及低壓側反饋來的故障，通過驅動斷路器上的脫扣器動作實現保護;通過配電型硅橡膠氧化鋅壓敏電阻實現對真空斷路器的操作過電壓保護，同時消除了普通壓敏電阻的爆炸隱患。

本次照明供電線路改造選用的照明綜保為南京雙京電器有限責任公司生產的ZBZ-10/1140（660）M型礦用隔爆型照明信號綜合保護裝置。該照明綜保額定電壓為660V，額定容量為10KVA。為了適應井下的惡劣環境，保護負載及工作人員的生命和健康，該裝置配有齊全可靠的保護電路。具體有照明短路保護電路、信號短路保護電路、漏電保護電路、電纜絕緣危險指示電路，當每個電路檢測到故障時都會在顯示屏上顯示相應的故障類型，為檢修工作提供了可靠的依據。需要注意的是照明綜保內部變壓器容量較大，外殼容積較為緊湊，內部熱量不易散發，綜保裝置必須放置在通風良好的位置使用。

3 改造前照明系統介紹

在改造之前，工作面使用三臺照明綜保為22190W的負載供電，供電電纜選用2.5〖mm〗^2的銅芯電纜。電纜長度由工作面長度決定，根據并根據實際情況為順槽敷設相應長度的電纜。本工作面全長360m，設有210臺支架。根據工作面照明燈在支架上安放位置的特殊性，以及支架前后移動的特性，敷設電纜需要留有相當長度的余量。根據式3-1計算出工作面所要敷設的電纜長度為約1500m。其中1.16為工程系數。

支架數×支架寬度×架內預留量×架間預留量×1.16=電纜長度 （式3-1）

順槽電纜敷設長度約為1000m。

在改造前順槽照明電路使用一臺照明綜保供電，工作面使用兩臺照明綜保分別給機尾段和機頭段照明電路供電。根據式3-2可計算出供電電纜的阻值。

（式3-2）

銅在20℃時的電阻率為0.0175Ω·mm2/m，可知三相電路中2.5mm2的電纜每100m的電阻為7?，所以1000m電纜的電阻為70?，1500m電纜的電阻為10.5K?。

所用的照明燈工作在額定功率下的電流約為0.6A，在理想狀態下可以根據此電流計算出電纜功率損耗。但是在實際使用中由于使用三相交流電為兩相照明燈供電，三相電壓極有可能不平衡，會導致線路中電流增大，而且多盞照明燈串聯在一起也會造成相當大的壓降，進一步增大了線路中的電流。根據實際測量在改造前線路中的電流約為0.8A。根據以上數據可以計算出100m電纜的壓降及功率損耗，即式3-3，式3-4.

（式3-3）

（式3-4）

可知在實際使用過程中過長的電纜對電壓損耗十分嚴重，會導致尾端電壓不足，照明燈不亮的情況出現。另外在實際使用過程中照明燈工作在非額定電壓下，照明燈不能全功率運行，照度無法得到保障，而且長時間下去不僅照明燈的使用壽命會大大縮短，增加維護成本，還會生產活動造成不可預測的影響，黑暗的工作環境會對人員的心理狀態造成消極影響，而且在照明不利的環境下工作極易發生安全事故，對人員和設備來說是一種極大的隱患，所以必須對照明系統進行改造。

4 改造方案

根據改造前照明電路的缺點對其進行改造有以下幾個方向：1、縮短電纜長度，降低電纜壓降。2、降低照明燈功率，使其在減去壓降以后也能工作在額定電壓。然而對照明供電系統改造也有以下幾點限制因素：1、電纜敷設長度無法縮短。順槽電纜需要沿著生產設備的動力電纜敷設，如果過短會難于整齊美觀的走線，而且會給生產造成極大的不便。工作面電纜受到支架數量的限制，固定為1500m。2、照明燈功率不能改變。整個綜采工作面約有320盞照明燈，如果全部更換為小功率照明燈一方面是成本太高，另一方面是照度無法達到要求，容易出現安全生產事故。兩點限制因素中第二點是難以改變的，只能通過其他方法縮短照明供電線路。

本次改造選擇的方法是增加一臺照明綜保將照明電路重新分配，并定制兩盞低功率照明燈用在照明供電線路的尾端。增加一臺照明綜保放置于距離負載較近的順槽中，配合原有的三臺照明綜保將供電線路盡可能平均分為四段，這樣一來就可以大大減少供電線路中的電壓損耗，使電路尾端電壓也能保持在較高的等級，使得輸電效率得到提升。

四臺照明綜保中兩臺給順槽中的照明負載供電，兩臺給工作面的照明負載供電，布置合理的話可將照明電路平分為625m的四段電路，電纜壓降最多可減少為改造前的62.5%。由于現實原因壓降無法避免，在電路尾端電壓等級還是不能達到現有照明燈的額定電壓，所以本次改造還定制了一些低功率照明燈，用于安裝在尾端。雖然兩種型號的照明燈都工作在額定功率下時照明效果無法與70W照明燈比較，但是70W的照明燈工作在此種非額定電壓下的照明效果遠遠比不上工作在額定電壓下的小功率照明燈。

經過均衡照明負載使得工作面的電氣設備得到了充分的利用，照明供電系統的穩定性得到了明顯提升，照明效果得到了明顯的改善，節約了可觀的維護成本，也減少了故障對生產活動的影響。改造后的照明供電線路為設備的正常運行提供了有利條件，可以顯著延長設備的是用壽命，不必頻繁更換設備，浪費大量的人力物力。照明強度的提升不僅使工作人員的心理狀態得到了改善，提高了人員的工作效率，還為生產檢修活動提供了便利?，F代化綜采工作面的形象也因此得到了良好的改觀。