中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：春節(jié)假期之后，煤炭市場(chǎng)迎來(lái)節(jié)后“開(kāi)門(mén)紅”。要保障煤炭產(chǎn)能有序恢復(fù)，穩(wěn)定可靠的供電不能少？特別是近年煤礦核心采掘裝備已基本實(shí)現(xiàn)電能驅(qū)動(dòng)，服務(wù)器、傳感器、網(wǎng)絡(luò)基站等智能化設(shè)備運(yùn)行更離不開(kāi)電力供應(yīng)。
但事實(shí)是，部分礦山供電設(shè)備老化、效率低。供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理、缺乏智能化管理和監(jiān)測(cè)手段也給礦山生產(chǎn)帶來(lái)難題。同時(shí)，智能化帶來(lái)的海量小功率設(shè)備也正影響著礦山用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)。
礦山如何用好電？供電系統(tǒng)要可靠穩(wěn)定，更要精細(xì)智能。礦山智能供電正從“示范試點(diǎn)”邁向規(guī)模化實(shí)用，精準(zhǔn)電力需求預(yù)測(cè)與負(fù)荷分配讓礦山用電底氣更足。未來(lái)，多元供能的微電網(wǎng)也有望與智能供電形成互補(bǔ)，持續(xù)改善礦山用能。
●電是礦山生產(chǎn)核心
近年來(lái)，大型煤炭企業(yè)原煤生產(chǎn)綜合能耗下降、電耗上升成為趨勢(shì)。電氣化、自動(dòng)化和智能化水平提升，讓越來(lái)越多的煤礦實(shí)現(xiàn)了節(jié)能提效“兩手抓”，也讓煤炭開(kāi)采越來(lái)越依賴電力裝備和電力運(yùn)輸系統(tǒng)。
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）機(jī)械與電氣工程學(xué)院副院長(zhǎng)盧其威在接受《中國(guó)能源報(bào)》記者采訪時(shí)指出，以年產(chǎn)500萬(wàn)噸的礦井為例，年用電量約為1.5億—2億千瓦時(shí)。而千萬(wàn)噸級(jí)的大型礦井，年用電量最多可達(dá)5億千瓦時(shí)?！安还苁蔷蜻M(jìn)機(jī)、采煤機(jī)，還是刮板輸送機(jī)，這些主力開(kāi)采設(shè)備都是100%靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，永磁同步電機(jī)搭配變頻調(diào)速，既高效又能精準(zhǔn)控制。此外，液壓支架也是電液聯(lián)動(dòng)，靠電能驅(qū)動(dòng)電液閥組，把電能轉(zhuǎn)換成液壓能，實(shí)現(xiàn)支護(hù)?？梢哉f(shuō)，整個(gè)開(kāi)采裝備體系的核心動(dòng)力就是電能。”
而在露天煤礦，環(huán)保和能耗壓力也正帶動(dòng)電鏟和電動(dòng)礦卡推廣，逐漸取代油鏟、柴油礦卡。此外，5G網(wǎng)絡(luò)基站、無(wú)人駕駛服務(wù)器、災(zāi)害預(yù)警雷達(dá)運(yùn)行也離不開(kāi)電力支持。
與工商業(yè)場(chǎng)景相比，煤礦生產(chǎn)供電更復(fù)雜，井下變電所多級(jí)級(jí)聯(lián)，而且變電所之間電纜較短，一旦短路，極易產(chǎn)生越級(jí)跳閘事故。這不僅會(huì)擴(kuò)大故障范圍，還會(huì)嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定性和設(shè)備安全性。同時(shí)，井下環(huán)境潮濕多塵、設(shè)備經(jīng)常移動(dòng)，也易產(chǎn)生接地故障。而煤礦生產(chǎn)非常依賴連續(xù)可靠供電，無(wú)計(jì)劃停電不僅會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)停滯、造成經(jīng)濟(jì)損失，還可能造成通風(fēng)和排水系統(tǒng)癱瘓，引發(fā)瓦斯積聚、排水不暢等安全隱患。
盧其威表示，以前國(guó)內(nèi)因無(wú)計(jì)劃停電導(dǎo)致瓦斯積聚，誘發(fā)多起瓦斯爆炸事故，因此對(duì)煤礦電氣設(shè)備提出更高要求。
●智能化帶來(lái)變數(shù)
電氣設(shè)備如何該如何滿足井下生產(chǎn)需求？關(guān)鍵設(shè)備的專(zhuān)用變壓器、專(zhuān)用線路、專(zhuān)用開(kāi)關(guān)等必不可少。作為沖擊性負(fù)荷，采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)功率大，要具備電壓波動(dòng)耐受性。井下設(shè)備也要有防爆、防水、防塵等設(shè)計(jì)，提升環(huán)境適應(yīng)水平。但近年來(lái)，礦山供電最大的變數(shù)已不是電氣設(shè)備，而在于礦山生產(chǎn)從“人控”到“數(shù)控”的轉(zhuǎn)變。
截至2025年底，我國(guó)已建成智能化煤礦1066處，智能化產(chǎn)能占比超過(guò)65%。智能設(shè)備功率雖不大，但卻改變著煤礦的用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)。“傳統(tǒng)煤礦主要是大功率電機(jī)耗電，而智能化以后，除了采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)這些主力設(shè)備，供電系統(tǒng)還要帶動(dòng)大量傳感器、攝像頭、5G基站等設(shè)備，呈現(xiàn)‘大功率主設(shè)備+海量小功率終端’的特點(diǎn)。智能設(shè)備的引入，不僅會(huì)提升礦山用電量，也會(huì)造成供電負(fù)荷更復(fù)雜、諧波更多、波動(dòng)性更強(qiáng)等問(wèn)題?！北R其威說(shuō)。
而相比傳統(tǒng)礦山設(shè)備，智能設(shè)備也更“脆弱”。電壓不穩(wěn)、網(wǎng)絡(luò)不通，智能系統(tǒng)就可能停擺，供電的容錯(cuò)空間被壓得非常小。智能系統(tǒng)不穩(wěn)，可能直接造成控制、定位和監(jiān)控系統(tǒng)癱瘓，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)、數(shù)據(jù)丟失、安全閉鎖等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重威脅井下安全。因此，智能礦山對(duì)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性、純凈度要求，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)礦井。
當(dāng)前，我國(guó)許多煤礦的供電設(shè)備已服役多年，很多已嚴(yán)重老化。有業(yè)內(nèi)人士指出，這些老舊設(shè)備不僅效率低下，而且故障頻發(fā)，給煤礦供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。還有部分煤礦存在著供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理、缺乏智能化管理和監(jiān)測(cè)手段的問(wèn)題。
●智慧供電邁向規(guī)模化
供電中斷影響大，礦山供配電系統(tǒng)的集中式架構(gòu)是重要原因?！半u蛋都在一個(gè)籃子里”導(dǎo)致系統(tǒng)缺乏靈活性和響應(yīng)速度，導(dǎo)致在面對(duì)突發(fā)故障時(shí)，恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)且容易影響礦山生產(chǎn)。破解這一難題，需要分布式供電系統(tǒng)，減少單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)容錯(cuò)能力。
但礦山的電力需求受生產(chǎn)工藝、設(shè)備運(yùn)行狀況和外部環(huán)境等多方面因素的影響，需求波動(dòng)大。供電系統(tǒng)要“化整為零”，離不開(kāi)精準(zhǔn)電力需求預(yù)測(cè)與負(fù)荷分配。通過(guò)調(diào)度平臺(tái)，確保在高負(fù)荷時(shí)段，優(yōu)先保障關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的用電，而在低負(fù)荷時(shí)段，避免能源浪費(fèi)和過(guò)度負(fù)載，確保電力供應(yīng)在不同負(fù)荷下的均衡和高效。
國(guó)家能源局綜合司近日發(fā)布的《關(guān)于開(kāi)展煤礦智能化技術(shù)升級(jí)應(yīng)用試點(diǎn)工作的通知》，77個(gè)項(xiàng)目被確定為煤礦智能化技術(shù)升級(jí)應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目，全礦井智能供電管控系統(tǒng)榜上有名。
在一些智能化煤礦，地面監(jiān)控中心對(duì)地面、井下供電系統(tǒng)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警、事故預(yù)防。設(shè)備之間共享故障信息，分布式網(wǎng)絡(luò)算法可自動(dòng)識(shí)別故障點(diǎn)。
當(dāng)前，我國(guó)大型礦業(yè)集團(tuán)的千萬(wàn)噸級(jí)智能化礦井，也基本實(shí)現(xiàn)了井下變電所無(wú)人值守、供電系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)和故障自愈。智能供電正從“示范試點(diǎn)”邁向規(guī)?；瘧?yīng)用。
未來(lái)，源頭節(jié)電、系統(tǒng)供電、多元用能同步推進(jìn)也將進(jìn)一步改善礦山用電。盧其威表示，通過(guò)搭建融合光伏、儲(chǔ)能、應(yīng)急電源等多元供能方式的微電網(wǎng)，礦區(qū)有望現(xiàn)電力自發(fā)自用、峰谷調(diào)節(jié)，有效降低對(duì)主電網(wǎng)的依賴。微電網(wǎng)還可與井下智能供電形成互補(bǔ)，是推動(dòng)綠色礦山、智能礦山高質(zhì)量發(fā)展的必然方向。
