煤礦供電系統(tǒng)現(xiàn)存問(wèn)題分析與解決對(duì)策研究

許 鵬

（大同煤礦集團(tuán)王村煤業(yè)公司，山西大同 037003）

0 前言

近年來(lái)，隨著煤礦開(kāi)采機(jī)械化水平的提高，礦井所用到的機(jī)電設(shè)備越來(lái)越多，這些設(shè)備中有保障煤礦安全生產(chǎn)的設(shè)備，也有直接進(jìn)行采煤作業(yè)的設(shè)備，而基于煤礦開(kāi)采環(huán)境較惡劣，礦井內(nèi)存在大量的易燃易爆氣體，若礦井電能供應(yīng)不安全、不可靠，存在漏電現(xiàn)象或經(jīng)常斷電，必然會(huì)嚴(yán)重影響到煤礦開(kāi)采的安全性和高效性，且易引發(fā)重大安全事故，這就對(duì)煤礦供電系統(tǒng)電能供應(yīng)的連續(xù)性、可靠性提出了更高要求。對(duì)此，基于供電系統(tǒng)現(xiàn)狀，分析供電系統(tǒng)現(xiàn)存問(wèn)題，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行解決，也顯得越來(lái)越重要。

1 供電系統(tǒng)現(xiàn)狀

同煤集團(tuán)王村煤礦供電系統(tǒng)電源引自喬村35 kV變電站，喬村變電站兩回路電源線路引自四老溝110 kV變電站，安裝有兩臺(tái)變壓器，變壓器的型號(hào)為：SF9-16000/35/10 kV，分列式運(yùn)行，分別給地面、井下供電。

地面供電：西風(fēng)井通風(fēng)機(jī)2回路；主井配電室2回路；副井提升機(jī)2回路；副井空壓機(jī)房2回路。井下供電：罐底硐室2回路；東盤(pán)區(qū)第一變電所2回路；東盤(pán)區(qū)第二變電所2回路，東盤(pán)區(qū)的兩個(gè)變電所的高壓開(kāi)關(guān)分別給掘進(jìn)隊(duì)、綜采隊(duì)供電。

2 礦井供電系統(tǒng)現(xiàn)存問(wèn)題

2.1 諧波污染嚴(yán)重，過(guò)電壓?jiǎn)栴}較明顯

隨著煤礦開(kāi)采的機(jī)械化、現(xiàn)代化發(fā)展，近年來(lái)各礦井使用的變頻器以及大功率開(kāi)關(guān)組件不斷增多，這些新型大功率器件的大量應(yīng)用，易產(chǎn)生大量諧波，造成嚴(yán)重的諧波污染，易使電網(wǎng)電壓波形發(fā)生較大畸變。由于應(yīng)用的是中性點(diǎn)沒(méi)有接地的供電系統(tǒng)，因此在供電系統(tǒng)供電作業(yè)中，可大致忽略與母線相連的電磁式電壓互感器的中性點(diǎn)電壓發(fā)生的偏移現(xiàn)象，但當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，可能會(huì)造成導(dǎo)線回路與回路間潛存的雜散電容彼此影響，產(chǎn)生諧振回路引發(fā)諧振過(guò)電壓，該種過(guò)電壓也就是通常所說(shuō)的鐵磁諧振過(guò)電壓，它會(huì)嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)的正常供電[1]。

2.2 供電電源布設(shè)不合理

因礦井生產(chǎn)環(huán)境較惡劣，有很多保障礦井安全生產(chǎn)的重要設(shè)備都嚴(yán)禁斷電，如通風(fēng)設(shè)備、立井提升設(shè)備、排水設(shè)備等，它們都為一類負(fù)荷，要求其電能供應(yīng)必須連續(xù)、可靠，一旦發(fā)生斷電現(xiàn)象，可能會(huì)引發(fā)重大安全事故。對(duì)于該類用電設(shè)備，必須嚴(yán)格依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，采用雙回路供電系統(tǒng)供電，這樣在某一回路出現(xiàn)故障，不能正常供電時(shí)，另一備用回路便可擔(dān)當(dāng)起連續(xù)供電重任，給礦井繼續(xù)提供穩(wěn)定連續(xù)可靠的電能。但就礦井供電現(xiàn)狀而言，很多礦井為壓縮供電成本，降低供電開(kāi)支，只應(yīng)用了單回路輸電線路來(lái)給礦井提供電能，或也有部分礦井即使布置了兩條供電線路來(lái)為礦井供電，也只是在某一變電站直接引出兩條供電線路來(lái)給礦井供電，這樣當(dāng)該變電站發(fā)生故障后，就會(huì)發(fā)生兩條供電線路一起斷電的現(xiàn)象，根本無(wú)法有效保障礦井電能供應(yīng)的連續(xù)性、可靠性。這種礦井供電電源布設(shè)的不科學(xué)、不合理，會(huì)給礦井安全生產(chǎn)埋下重大安全隱患[2]。

2.3 實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化水平偏低

因考慮到檢測(cè)成本與檢測(cè)技術(shù)水平等因素，當(dāng)前很多礦井都沒(méi)有給供電系統(tǒng)裝設(shè)自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。而近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)煤礦安全生產(chǎn)水平要求的不斷提高，很多礦井都在努力改進(jìn)完善礦井供電檢測(cè)系統(tǒng)，但也有很多礦井只是做做表面工程，只是選用一些成本低，自動(dòng)化水平不高的檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，根本不能把礦井供電系統(tǒng)實(shí)際工作情況，全面準(zhǔn)確及時(shí)地反饋至礦井地面控制中心。長(zhǎng)此以往，眾多安全隱患無(wú)法及時(shí)排除，難免會(huì)引發(fā)礦井供電事故，易給礦井造成重大損失。

2.4 礦井供電線路過(guò)長(zhǎng)

隨著礦井開(kāi)采年限的增加，礦井開(kāi)采深度不斷加深，開(kāi)采規(guī)模逐步增大，回采巷道走向長(zhǎng)度及掘進(jìn)巷道走向長(zhǎng)度會(huì)越來(lái)越大，同時(shí)所用開(kāi)采設(shè)備的功率也在不斷增大，礦井應(yīng)布設(shè)的輸電線路也是越來(lái)越長(zhǎng)，之前應(yīng)用的很多輸電線路開(kāi)始逐年老化，供電能力也在逐年下降，長(zhǎng)期運(yùn)行易出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)熱現(xiàn)象，造成礦井溫度升高，易引發(fā)礦井發(fā)生火災(zāi)或出現(xiàn)瓦斯爆炸事故。究其原因電纜截面過(guò)小，采用非正常方式啟動(dòng)電機(jī)以及應(yīng)用老舊的饋電設(shè)備等，都易給礦井低壓長(zhǎng)距離供電埋下重大安全隱患[3]。

2.5 供電負(fù)荷過(guò)大

當(dāng)前很多礦井原設(shè)計(jì)供電容量比現(xiàn)供電系統(tǒng)負(fù)荷容量小很多，這樣會(huì)造成主變壓器長(zhǎng)期處于低效工作狀態(tài)，這樣不僅會(huì)影響電能質(zhì)量，而且還易使電纜出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)熱現(xiàn)象，變壓器過(guò)熱現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)加速供電線路絕緣層老化速度，可能引發(fā)瓦斯爆炸事故，對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。

3 優(yōu)化礦井供電系統(tǒng)

（1）可裝備兩臺(tái)升壓隔離裝置，讓一臺(tái)處于運(yùn)行態(tài)，另一臺(tái)帶電備用，可讓地面變電所借助升壓隔離裝置來(lái)給礦井工作面上的采煤設(shè)備、照明設(shè)備進(jìn)行供電，而通過(guò)礦井變電所饋電盤(pán)柜來(lái)給一些重要設(shè)備如通風(fēng)設(shè)備、排水設(shè)備以及瓦斯抽采設(shè)備等提供連續(xù)可靠的電能。

（2）裝設(shè)低壓漏電保護(hù)器饋電開(kāi)關(guān)，逐步改進(jìn)完善礦井供電系統(tǒng)漏電保護(hù)系統(tǒng)，以有效進(jìn)行漏電保護(hù)作業(yè)[4]。

（3）在礦井內(nèi)布設(shè)接地網(wǎng)、接地級(jí)、接地扁鋼還有等電位連接體，逐步強(qiáng)化礦井保護(hù)接地系統(tǒng)。

（4）可在電動(dòng)機(jī)控制箱內(nèi)裝設(shè)繼電保護(hù)裝置，同時(shí)借助低壓磁力啟動(dòng)器或采用真空啟動(dòng)器來(lái)對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)與低壓電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效控制，以最大限度地防止出現(xiàn)漏電現(xiàn)象、過(guò)流現(xiàn)象以及短路現(xiàn)象等。

4 解決礦井供電系統(tǒng)現(xiàn)存問(wèn)題的對(duì)策

4.1 借助電力設(shè)備來(lái)整治諧波，努力消除諧振

在實(shí)際生產(chǎn)中，要想把礦井諧波全部消除較難，但借助科學(xué)的消波措施可以有效消除大量諧波。當(dāng)前人們應(yīng)用最多的消波措施主要是給整流變壓器供電母線裝設(shè)過(guò)濾諧波的濾波器，這樣可有效消除供電線路中存在的大量諧波，可很好地遏制電流波動(dòng)現(xiàn)象，大力吸收電網(wǎng)中含有的諧波，且可在某種程度上對(duì)電網(wǎng)實(shí)施必要的無(wú)功補(bǔ)償。當(dāng)前消除諧波的方法也有兩種：借助消諧器來(lái)讓電壓互感器的中性點(diǎn)接地；借助消弧線圈來(lái)讓系統(tǒng)中性點(diǎn)與自動(dòng)調(diào)諧補(bǔ)償裝置接地。這兩種消諧波方法各有特點(diǎn)，對(duì)于第一種消諧波方法而言，所用部件較少，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。而對(duì)于后一種消諧波方法而言，需用到的器件較多，實(shí)際結(jié)構(gòu)也相對(duì)較復(fù)雜，但具有更好的消波效果[5]。

4.2 科學(xué)、合理地布設(shè)供電電源

電能可以說(shuō)是保障礦井正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)能源，煤礦企業(yè)要想獲得正常生產(chǎn)，必須有高可靠性以及高安全性的電能作保障。對(duì)此，在煤礦初建階段，就應(yīng)科學(xué)、合理地優(yōu)化供電電源，以確保后期電能供應(yīng)能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠、連續(xù)；同時(shí)在布設(shè)輸電線路時(shí)，應(yīng)布置為雙回路供電，且應(yīng)根據(jù)礦井實(shí)際情況，可從多個(gè)供電網(wǎng)或不同的變電所來(lái)引進(jìn)電能，爭(zhēng)取做到電源布置科學(xué)、合理。

4.3 串聯(lián)補(bǔ)償電容，讓相鄰兩電氣間的供電線路盡量變短

在實(shí)際生產(chǎn)中，隨著供電線路長(zhǎng)度的加長(zhǎng)，其壓降也會(huì)逐步增大，為保障采用長(zhǎng)距離輸電線路供電的設(shè)備仍能正常啟動(dòng)，應(yīng)想方設(shè)法地減小輸電線路電壓降，來(lái)讓系統(tǒng)短路容量變大進(jìn)而增大短路電流。但要想使電路壓降變小，只能借助壓縮輸電線路的實(shí)際有效長(zhǎng)度，但井下布設(shè)的輸電線路長(zhǎng)度通常是無(wú)法縮減的，對(duì)此，只能借助給線路加裝補(bǔ)償裝置來(lái)讓電氣與電氣間輸電線路的長(zhǎng)度盡量縮短，進(jìn)而來(lái)使線路的電壓降變小。當(dāng)前串聯(lián)補(bǔ)償電容是人們應(yīng)用較多的補(bǔ)償裝置，它可使供電系統(tǒng)的電能供應(yīng)更穩(wěn)定，同時(shí)改善供電質(zhì)量，讓電氣接受端的輸電線路的電壓盡量升高，進(jìn)而更好地解決礦井供電線路過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。

4.4 完善繼電保護(hù)系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)礦井供電系統(tǒng)繼電保護(hù)時(shí)，可引入選擇性斷電控制技術(shù)以及分級(jí)閉鎖保護(hù)技術(shù)來(lái)為礦井供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行保駕護(hù)航，以提供連續(xù)安全可靠穩(wěn)定的電能，進(jìn)而確保礦井機(jī)電設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還能更好地防治人為安全事故，進(jìn)一步提高礦井供電系統(tǒng)防火防爆水平[6]。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著一些大功率，高性能機(jī)電設(shè)備被廣泛應(yīng)用于礦井中，煤礦生產(chǎn)效能不斷提高，與此同時(shí)礦井供電系統(tǒng)所承擔(dān)的供電任務(wù)也會(huì)越來(lái)越重。為確保礦井電能供應(yīng)的長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定可靠，必須基于礦井供電系統(tǒng)現(xiàn)狀，找出其中存在的問(wèn)題，并采用一系列行之有效的方法進(jìn)行應(yīng)對(duì)，只有這樣才能有效改善礦井供電質(zhì)量，進(jìn)一步提升礦井供電水平。