煤矿井下长距离供电难？这里有你想要的高效治理方案→
为解决煤矿采掘工作面距离延长，用电设备数量增加、功率增大带来的线路末端电压低、电压波动和波形畸变等系列的长距离供电电能质量问题，通过采用电压补偿与阻抗压降自适应算法，基于场内试验及现场实测等方式，建立电网综合调节远距离补偿模型，在不采用并联电缆、移动变压器等传统措施条件下，解决长距离供电电能质量问题，实现掘进工作面3000m长距离供电、采煤工作面5000m长距离供电。
文章来源：《智能矿山》2025年第3期“学术园地”栏目
作者简介：张元吉，高级工程师，主要从事电力电子开发的相关工作。E-mail：zhangyuanji@fengguang.com
作者单位：作者单位：新风光电子科技股份有限公司
引用格式：张元吉，魏继云，高栋，等.煤矿井下采掘工作面远距离供电方案优化与应用[J].智能矿山，2025，6(3)：80-83.
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随着我国矿山智能化建设的推进，煤矿逐步向深部开采，采煤设备功率等级增大，工作面供电距离不断延长，对井下供电系统提出了更高要求。
在煤炭开采过程中，增加采掘设备与供电设备距离，会出现井下电网和电气设备功率因数降低、线路末端电压低、电压波动、电流波形畸变等系列长距离供电电能质量问题。导致大型设备启动困难甚至频繁烧毁、运行期间频繁跳闸，降低开采设备绝缘性能，易引发用电安全事故，严重影响煤矿开采的安全和效率；同时，长距离电力传输使得矿井送配电线损增大，给煤矿企业带来较大经济损失。
因此，为降低煤矿企业的经济损失、提高煤矿井下用电安全性、减少煤矿井下用电安全事故的产生、降低线路和感性设备的功率损耗，达到节约能源、降低消耗的目的，本文针对煤矿井下长距离供电问题，分析4种传统治理方案，并提出了应用电网综合调节装置的高效治理方案。
煤矿井下长距离供电传统治理方案
1.1 电缆并联和增加电缆线径方案
采取多根电缆并联或更换较大线径电缆。减少同等传输长度电缆的等效阻抗，减少电缆压降，弊端是增加电缆成本投入，敷设难度较高，电缆并联和增加电缆线径方案如图1所示。
图1 电缆并联和增加电缆线径方案
1.2 提高移变输出电压
调节移变抽头，提高供电首端电源电压，以弥补线路损失。弊端是设备停机或空载运行时末端电压偏高，对电缆和设备绝缘耐压造成一定威胁，甚至损坏设备，提高移变输出电压方案如图2所示。
图2 提高移变输出电压方案
1.3 移动变压器位置后移
移动变压器位置后移，减小设备与供电电源间供电电缆长度，减小电缆压降，弊端是频繁移动变电设备带来较大不便，增加施工成本，移动变压器后移方案如图3所示。
图3 移动变压器后移方案
1.4 负荷端增加防爆SVG进行无功补偿
在工作面配置矿用防爆SVG，并且接于负荷设备侧，进行无功补偿，提高末端网压，稳定设备运行，节能降耗。此方案需要将SVG靠近负荷设备，现场具备相应条件可同步移动防爆SVG与负荷，不具备相应条件，可放置在离负荷较近硐室，弊端是需多次移动防爆SVG，增加施工成本，防爆SVG无功补偿方案如图4所示。
图4 防爆SVG无功补偿方案
煤矿井下长距离供电优化治理方案
针对上述4种传统治理方案的不足之处，创新提出1种采用电网综合调节装置补偿方案，在线路中间增加电网综合调节装置，提升线路电压，保证末端设备的工作电源电压需求，增加电网综合调节装置补偿方案如图5所示。
图5 增加电网综合调节装置补偿方案
增加电网综合调节装置补偿方案具备以下3方面优势。
（1）稳定供电电网末端电压值
电压综合调节装置可实现井下供电系统无功补偿，提高供电系统功率因数，减少无功损耗造成的线缆压降损耗，针对有功电流造成的线缆损耗问题，采取补偿方案来提升供电系统电压，补偿因系统有功电流造成的线缆压降损耗，解决长距离末端电动机端电压低的问题，稳定供电电网末端电压值。
（2）解决长距离末端电压低
电压综合调节装置可放置于线路中间位置，将电网电压提升至某设定数值，后经长距离线路造成压降后，仍保证负荷端电压满足需求，保证负荷正常工作。
（3）避免负荷端电压波动大
装置具备自动距离补偿功能，可根据电网电压、线路电流等参数，自动计算补偿电压值，确保在不同供电距离、不同负载率的情况下，负荷端电压保持在一定电压范围内变化，避免因电压波动大，导致无法正常工作。
电网综合调节装置补偿方案现场应用
电网综合调节装置已在内蒙古鄂托克前旗长城五号矿业有限公司（简称长城五矿）井下掘进工作面成功投运。长城五矿掘进面存在长距离供电压降问题，以前的解决方案是每掘进一段距离就移动移变，此方案需投入大量人力物力成本、影响生产进度，亟需改进措施。
详细分析工作面的用电情况，掘进工作面系统工作电压为1140V，掘进机功率518kW，其中油泵电机功率200kW，截割电机功率318kW，移变容量为1MW，电缆线径为120mm，设计总掘进距离为2.8km。
计算掘进机启动情况见表1。
表1 长城五矿掘进工作面供电线路数据
通过上述计算可知，当掘进机距离移变1.4km时，掘进机启动和正常运行时，会出现压降过大设备停机情况，需在距离移变1.4km处增加电网综合调节装置，电网综合调节装置安装位置如图6所示。
图6 电网综合调节装置安装位置
装置输出电压目标值设定为1300V，经过电网综合调节装置后，线路输出电压维持在约1300V，电网综合调节装置到掘进机的距离可延长至1.4km。
增加电网综合调节装置后，掘进工作面距离达到2.8km，掘进机工作正常，成功解决了长距离供电压降问题。减少了移变移动次数，设备运行稳定，得到客户一致好评，现场运行照片如图7所示。
图7 长城五矿井下电网综合调节装置
总结
（1）分析了井下用电设备功率增大和工作距离延长，对长距离供电压降问题的影响，尤其是直接启动时产生的巨大冲击电流，导致设备启动困难。采用电网综合调节治理装置，有效补偿长距离供电线路压降，并在实际应用中验证了方案的有效性。
（2）煤矿井下长距离供电解决方案研究多集中于传统治理方案的探讨，如增加线缆线径、抬高首端电压、移动供电设备本体等，该方案在一定程度上可缓解但并未根本解决问题，同时带来较大的成本投入和效率降低。
（3）重点探讨了技术方案的可行性和有效性，引入新型设备所带来的经济成本及投资回报率还需全面分析。长距离供电系统方案应综合考虑技术、经济、安全等多方面因素，为煤矿企业提供更加科学合理的决策依据。
END
编辑丨李莎
审核丨赵瑞
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