為解決煤礦采掘工作面距離延長，用電設備數量增加、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量問題，通過采用電壓補償與阻抗壓降自適應算法，基于場內試驗及現場實測等方式，建立電網綜合調節遠距離補償模型，在不采用并聯電纜、移動變壓器等傳統措施條件下，解決長距離供電電能質量問題，實現掘進工作面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“學術園地”欄目

作者簡介：張元吉，高級工程師，主要從事電力電子開發的相關工作。E-mail：zhangyuanji@fengguang.com

作者單位：作者單位：新風光電子科技股份有限公司

引用格式：張元吉，魏繼云，高棟，等.煤礦井下采掘工作面遠距離供電方案優化與應用[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的推進，煤礦逐步向深部開采，采煤設備功率等級增大，工作面供電距離不斷延長，對井下供電系統提出了更高要求。

在煤炭開采過程中，增加采掘設備與供電設備距離，會出現井下電網和電氣設備功率因數降低、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量問題。導致大型設備啟動困難甚至頻繁燒毀、運行期間頻繁跳閘，降低開采設備絕緣性能，易引發用電安全事故，嚴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，給煤礦企業帶來較大經濟損失。

因此，為降低煤礦企業的經濟損失、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生、降低線路和感性設備的功率損耗，達到節約能源、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種傳統治理方案，并提出了應用電網綜合調節裝置的高效治理方案。

煤礦井下長距離供電傳統治理方案

1.1 電纜并聯和增加電纜線徑方案

采取多根電纜并聯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，敷設難度較高，電纜并聯和增加電纜線徑方案如圖1所示。

圖1 電纜并聯和增加電纜線徑方案

1.2 提高移變輸出電壓

調節移變抽頭，提高供電首端電源電壓，以彌補線路損失。弊端是設備停機或空載運行時末端電壓偏高，對電纜和設備絕緣耐壓造成一定威脅，甚至損壞設備，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 負荷端增加防爆SVG進行無功補償

在工作面配置礦用防爆SVG，并且接于負荷設備側，進行無功補償，提高末端網壓，穩定設備運行，節能降耗。此方案需要將SVG靠近負荷設備，現場具備相應條件可同步移動防爆SVG與負荷，不具備相應條件，可放置在離負荷較近硐室，弊端是需多次移動防爆SVG，增加施工成本，防爆SVG無功補償方案如圖4所示。

圖4 防爆SVG無功補償方案

煤礦井下長距離供電優化治理方案

針對上述4種傳統治理方案的不足之處，創新提出1種采用電網綜合調節裝置補償方案，在線路中間增加電網綜合調節裝置，提升線路電壓，保證末端設備的工作電源電壓需求，增加電網綜合調節裝置補償方案如圖5所示。

圖5 增加電網綜合調節裝置補償方案

增加電網綜合調節裝置補償方案具備以下3方面優勢。

（1）穩定供電電網末端電壓值

電壓綜合調節裝置可實現井下供電系統無功補償，提高供電系統功率因數，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，采取補償方案來提升供電系統電壓，補償因系統有功電流造成的線纜壓降損耗，解決長距離末端電動機端電壓低的問題，穩定供電電網末端電壓值。

（2）解決長距離末端電壓低

電壓綜合調節裝置可放置于線路中間位置，將電網電壓提升至某設定數值，后經長距離線路造成壓降后，仍保證負荷端電壓滿足需求，保證負荷正常工作。

（3）避免負荷端電壓波動大

裝置具備自動距離補償功能，可根據電網電壓、線路電流等參數，自動計算補償電壓值，確保在不同供電距離、不同負載率的情況下，負荷端電壓保持在一定電壓范圍內變化，避免因電壓波動大，導致無法正常工作。

電網綜合調節裝置補償方案現場應用

電網綜合調節裝置已在內蒙古鄂托克前旗長城五號礦業有限公司（簡稱長城五礦）井下掘進工作面成功投運。長城五礦掘進面存在長距離供電壓降問題，以前的解決方案是每掘進一段距離就移動移變，此方案需投入大量人力物力成本、影響生產進度，亟需改進措施。

詳細分析工作面的用電情況，掘進工作面系統工作電壓為1140V，掘進機功率518kW，其中油泵電機功率200kW，截割電機功率318kW，移變容量為1MW，電纜線徑為120mm，設計總掘進距離為2.8km。

計算掘進機啟動情況見表1。

表1 長城五礦掘進工作面供電線路數據

通過上述計算可知，當掘進機距離移變1.4km時，掘進機啟動和正常運行時，會出現壓降過大設備停機情況，需在距離移變1.4km處增加電網綜合調節裝置，電網綜合調節裝置安裝位置如圖6所示。

圖6 電網綜合調節裝置安裝位置

裝置輸出電壓目標值設定為1300V，經過電網綜合調節裝置后，線路輸出電壓維持在約1300V，電網綜合調節裝置到掘進機的距離可延長至1.4km。

增加電網綜合調節裝置后，掘進工作面距離達到2.8km，掘進機工作正常，成功解決了長距離供電壓降問題。減少了移變移動次數，設備運行穩定，得到客戶一致好評，現場運行照片如圖7所示。

圖7 長城五礦井下電網綜合調節裝置

總結

（1）分析了井下用電設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生的巨大沖擊電流，導致設備啟動困難。采用電網綜合調節治理裝置，有效補償長距離供電線路壓降，并在實際應用中驗證了方案的有效性。

（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）重點探討了技術方案的可行性和有效性，引入新型設備所帶來的經濟成本及投資回報率還需全面分析。長距離供電系統方案應綜合考慮技術、經濟、安全等多方面因素，為煤礦企業提供更加科學合理的決策依據。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

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《智能礦山》

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