“矿山供电”课程体系内容改革探索

摘要：针对现有的“矿山供电”课程体系内容和实际煤炭安全规程及煤炭供电标准相脱节的状况，提出对现有的“矿山供电”课程进行教学内容改革的必要性，并结合当前井下最先进的综连采技术对现有教材内容进行改革，为培养适应现代化发展的、高质量、高技术、适应实际煤矿供电系统的专业技术人才奠定基础。

关键词：矿山供电；课程体系；教学改革

作者简介：高妍（1969-），女，山西太原人，太原理工大学电气与动力工程学院，讲师；

张红娟（1974-），女，山西新绛人，太原理工大学电气与动力工程学院，副教授。

基金项目：本文系太原理工大学2012年度教育教学改革项目“‘矿山供电’教学内容改革及提高供电设计工程实践能力研究”的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0057-02

“矿山供电”是高等院校地下采煤、煤矿机电、矿井建设、矿井通风、矿山机械等专业学生的必修课程，是为矿山培养煤矿采煤、矿井建设等与矿山供电技术相结合的专门性高级专业技术人才所开设的一门重要的专业基础课程。“矿山供电”系统教学内容复杂、知识面广、知识点多、系统性强，再加上实践环节课时短，要想让学生很好地掌握所学理论知识，快速设计出供电系统，并能用于实际生产，对“矿山供电”课程教学内容提出了更高的要求。

一、“矿山供电”课程体系现状

现有的“矿山供电”课程体系内容上与现行标准严重脱节，主要表现在：

第一，现有的矿山供电教材和书籍中的设备、型号落后，大多数已被淘汰，有些内容与现在颁布的《煤炭安全规程》不相符。

第二，教科书中的电气符号采用的还是1996年的图元标准，与现有的电气符合标准不符。

第三，传统的教材中都是通过查表的方法来整定参数，对于《煤炭安全规程》和现有煤矿新增的3300kV供电系统的参数整定，采用查表的方法已不能实现。

第四，现代煤矿供电系统中大量使用了多组合开关、负荷中心、变频器及软启动、功率因数提高等装置，而现有教材缺少这部分内容的介绍。

为了解决上述“矿山供电”教学内容和实际煤炭安全规程不符且与煤炭供电标准脱节的问题，非常有必要对现有的“矿山供电”课程体系教学内容进行改革。

二、“矿山供电”课程体系内容改革

针对现有教材存在的问题，结合最新的煤炭安全规程要求，从以下几方面对“矿山供电”课程体系进行改革和研究。

1.增设矿用隔爆型负荷控制中心内容

随着我国煤矿向一矿一井一面的高产高效集约化生产方向发展，矿井综采连采工作面机电设备装机功率和隔爆移动变电站容量日益增大，传统的由高压负荷开关箱、隔爆干式变压器和低压馈电开关组成的容量为315、500、630kVA的低容量隔爆型移动变电站已不能满足要求，目前大容量移动变电站已超过3000kVA，高压侧电压为10kV、6kV，低压侧电压有3300、1140、660、127V等不同等级，要求电气控制开关设备容量大且具有完善的控制、保护及监测功能，由此推动了由高压配电装置、干式变压器、组合开关构成的负荷控制中心的大量使用。为此在教学内容中需增设多电压等级的矿用隔爆型负荷控制中心的内容。具体包括负荷控制中心的系统组成、结构、功能实现、电气控制原理，以及现有的设备型号、参数、工作原理、连接等内容。

2.增设矿用隔爆兼本质安全型多组合开关内容

矿用隔爆兼本质安全型多组合开关是一种组合电器，主要用于控制煤矿井下综采工作面上搬迁频繁的采煤掘进、运输等成套设备。多组合开关内部装有8台甚至更多驱动器，各驱动装置采用模块化设计及方便的插接技术，每台驱动器的微处理器都由可编程逻辑控制器控制，具备多种完善的保护功能，其工作状态及外部控制电路状态可显示在液晶屏上，并通过本安键盘实现监视选择、故障查询等人机对话功能，多组合开关内设可逆隔离开关、带负荷可闭锁主隔离开关、辅助电源等，其外部控制部分简单，操作方便，多组合开关采用智能先导装置控制驱动器，其程序与智能先导控制转发器的程序相兼容，既可根据电机保护参数进行各种保护设定、选择操作方式，又可对各种运行程序进行控制、监测后被脱扣及运行状态等。多组合开关具有结构简单、占地面积小、生产效率高、节能降耗、供电可靠、安装及维护方便等特点，利用它可以加快工作面的推进速度，降低采煤成本，适应煤矿自动化系统发展的需要。为此教学内容改革中需增设多组合开关的教学内容，包括多组合开关的结构、组成、功能、电气控制原理、综合保护的实现，以及设备型号、连接、控制、应用等。

3.增设矿用隔爆本质安全型变频器及软启动器内容

矿用隔爆兼本质安全型变频器以逆变功率桥臂为核心器件，内置PID控制功能，采用单片机及转矩矢量控制技术，通过改变频率和电压来控制交流电动机转速，对胶带运输机等设备进行调速控制，并提供就地控制和远程控制两种控制模式，三种运行方式：变频运行、变频启动工频运行、工频运行。且在变频运行的方式下，可实现电机的正反转。可调节动力负载并装有综保装置，综合保护器除对电动机提供必要的短路保护、缺相保护、过流保护、漏电保护外，还提供了过压保护、三相电流不平衡保护、掉电保护等，适用于含有瓦斯（甲烷）和粉煤尘爆炸危险的矿井中，用于井下频繁起动的皮带运输、风机、水泵、刮板机等设备，具有技术先进、结构紧凑、输出转矩高、调速范围广、起动平稳、噪音低、工作安全可靠、功能丰富、使用灵活方便、抗干扰能力强、使用寿命长、可自动节能运行等特点，是煤矿井下三相电动机首选的速度控制装置。

矿井综采工作面大多采用鼠笼型电动机，其启动电流是额定电流的4～7倍左右，电机启动时会对井下运输设备造成很强的机械与电气冲击，缩短设备的使用寿命。为了减小启动电流，实现设备的平稳启动，煤矿井下大多采用隔爆兼本质安全型软起动器实现交流电机的软启动。矿用隔爆兼本质安全型软起动器采用先进的微处理器和电力电子控制技术及全数字速度控制，在降低电动机定子电压的同时，调节电动机的工作频率，使电动机的启动电流低于额定工作电流的4倍，对电网的冲击减小，启动速度更加平稳可靠，最大限度地降低了起动时的冲击力，减少了设备的损耗。软启动器既可对需要缓慢启动的电机进行软启动、单机启动、多机顺序启动，又可在停机时对电机改变转向或切断电源，还可对电机实现过载、失压欠压、断相、主回路漏电闭锁等综合保护，并具有分断20倍短路电流的能力，因此在煤矿井下得到广泛应用。

针对教材中这两方面内容的短缺，需要进行相关教学内容改革，主要内容包括：设备的型号、系统组成、功能实现、控制方式及控制原理、保护实现、性能分析、矿用变频器应用与检测、矿用软启动器应用与检测、变频器与软启动器的调试与维护以及变频器的谐波产生、测量、治理及其标准等。

4.增设矿用隔爆型无功功率自动补偿装置内容

煤矿井下电网功率因数严重偏低（0.5～0.65左右），使得发电、变电设备的容量不能充分利用，输电线路和矿山配电线路的功率损耗和电压损失增大。因此电力部门要求煤矿采取措施，使地面总变、配电所6～10kV母线上的功率因数应提高到0.95以上。目前煤矿企业多采用在6～10kV母线上并联移相电容器组进行集中补偿的方法来提高功率因数，但这种方法只能实现有级调节，而无法根据负荷无功功率的需求变化实现连续平滑的自动调节，而且在井下恶劣的环境下电容器容易损坏。

矿用隔爆型无功功率自动补偿装置由隔爆电力电容器箱和隔爆电气控制箱组成，可根据电网功率因数的变化自动决定并执行投入或切除相应容量电力电容器组。隔爆电力电容器箱具有良好的防爆、抗潮和防故障性能，更能适应井下环境，电气控制箱能完成功率因数检测与整定、通道分检、分组投切等功能，并装有相关仪表和投切显示装置，采用自动手动两种投切方式。自动补偿器与变电配电室集中补偿相比，具有投资少、动作灵敏、补偿效果好、配置及操作方便、体积小、维护简便、节电效果显著等优点。补偿器与感性负载相并联，对三相异步电动机进行无功功率补偿，从而将配电系统的功率因数提高到0.95以上，降低变压器损耗，提高变压器带负载能力，降低线路损耗和电压降，减少输电线电流及线路截面积，在改善电动机运行条件的同时还能达到节约电能的目的，因此在煤矿井下得到大力推广应用。为此，教学内容改革中需增设矿用隔爆型无功功率自动补偿装置内容，主要包括：矿用隔爆型无功功率自动补偿装置的型号规格、结构特点、系统组成、功能、工作原理、电气原理图、性能、参数说明、保护实现、使用等。

5.更新设备型号

针对现有教材中设备型号落后10年，大多数已经淘汰和禁止使用的情况，对原教材中高压配电开关、低压配电开关、电力变压器、移动变电站、电缆等电气设备型号进行更新。查阅和调研煤矿井下供电系统所用设备的型号、厂家，参照2010年最新颁布的《煤炭安全规程》，进行一一更改。另外还需增补矿用隔爆型负荷控制中心、矿用隔爆兼本质安全型多组合开关、矿用隔爆本质安全型变频器及软启动器、矿用隔爆型无功功率自动补偿装置等设备的型号和相关资料。

6.供电系统图元标准化

针对原教材中供电系统电气图元画法采用96图元标准、较为落后的问题，对图元进行改革。根据最新2010年“煤矿制图标准化”的要求及标准，重新对整个教材所用的图元进行修订，以满足学生快速适应煤矿发展的需要。

7.增设3300V供电系统内容

近年来，由于煤矿工作面的大型化，大功率电机以其强劲的动力大大提高了工作面的产量。同时，对工作面的供电系统设计提出了更高的要求。常规1140V煤矿综采设备电流大、压降大，影响了生产设备的生产能力，通过采用3300V高压供电系统提高了供电质量，同时也提高了生产效率，因而在煤矿井下得到了大力推广。而现有教材内容缺乏这部分内容，特别是3300V系统、参数值整定，原来的查表法已不再能满足3300V系统的要求。为此，需要增设3300V供电系统设计、参数的计算、设备的选型、电缆的计算和选型、短路电流整定、动热稳定校验，综采工作面供电系统升压技术、综采工作面3300V高压远距离供电技术等。

8.在原有内容上增设最新设备

在教材原有的高压配电装置、干式变压器、移动变电站、低压馈电开关、磁力启动器、照明保护等相关内容上增设对最新型设备的介绍。

三、结束语

“矿山供电”课程体系内容的改革，一方面要注重煤矿供电基础理论知识，另一方面还要与最先进的综连采设备技术紧密结合，拓宽知识面，适应当前煤矿井下供电系统设计的人才需求，此外还要加强实践环节，注重专业技能训练，提高学生的动手能力和实际设计能力，培养熟悉煤矿供电系统、综合素质好、适应21世纪我国煤炭行业发展需要、具有国际竞争能力的采矿、电气高级复合型人才。

参考文献：

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[5]牛津玉，李春荣.调频调压软启动器在综采刮板输送机上的应用[J].中国煤炭，2005，31（9）：35-36.