礦井不間斷供電技術的研究與應用

【摘要】本文主要介紹了山東華聚能源東灘電廠供電技術現狀及電網特點，以及在因故脫離地方電網的情況下，保障礦井保安負荷不間斷供電技術研究和應用，闡述了該供電系統的詳細配置與功能特點。

【關鍵詞】不間斷；供電；應用

【中圖分類號】TD611 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0303-01

1、東灘礦區供電系統現狀及特點

東灘煤礦：35kV變電站，三臺主變，正常二臺運行，一臺備用。6kV負荷，正常約13-15MW。35kV母線為全橋，分兩段，分別經東灘Ⅰ線（運行）和Ⅱ線（熱備用）同羅廠變電站連接。

東灘電廠：三臺機組，最大出力約42MW。兩臺主變經升壓后接35kV母線。兩條電廠聯絡電纜（電廠Ⅰ/Ⅱ線）并列引出分別接到東灘變電站的35kV分段母線上。

西關地區：東鐵線由東灘變電站35kV出線，同東鐵變和西關變連接，線路負荷約15MW，除供鐵東礦用電外，還向礦區機關所在地和商業、居民供電。

電網特點一：在正常情況下，東灘礦是由羅廠和東灘電廠雙電源供電，供電的可靠性較高。但在電氣連接上，東灘Ⅰ線（Ⅱ線）和電廠Ⅰ/Ⅱ線的電壓都為35kV，電壓等級偏低，屬連接較弱的供電網絡，故障率也較高。在上述35kV回路的任一點發生短路故障時，故障切除后較易引起電廠與羅廠之間功率和電壓的波動，造成礦井停電，這是東灘礦區電網接線上的一個特點。

電網特點二：正常運行時，東灘電廠機組出力接近滿發，大約30MW～40MW，除能滿足礦區的全部用電需求外（東灘變和東鐵線負荷合計約30MW），還有少部分通過東灘線送羅廠。只有在電廠檢修時，可能有1或2臺機組運行，這時才由羅廠承擔部分電力來滿足礦區的電力需求。這體現了礦區坑口電廠自發自用，就近供給的特點。因此，在緊急情況下，如何充分利用東灘電廠來解決礦區Ⅰ類負荷不停電的問題成為首要考慮的一個問題。

2、事故情況和原因分析

1）事故情況

分析研究及實際運行表明，如果在東灘礦區的重要出線上（如東灘線、東鐵線或電廠線等）發生短路故障時，經常會導致東灘礦，東灘電廠及西關地區停電。

若故障引起東灘Ⅰ線（或東灘Ⅱ線）跳閘，則系統解列，東灘發電廠將孤網運行。由于東灘礦有很多大動力負荷間斷性工作，沖擊電流大，容易將孤網運行的發電機的周波和電壓拉低，甚至無法恢復到正常穩定運行，最終不得不停機。

若電廠Ⅰ/Ⅱ線中的一回發生短路故障，該回線縱差保護會動作將其切除，而另一回線仍繼續工作。若故障切除不及時，振蕩（功率及電壓波動）將會演變為失步，這時就不得不盡快將系統解列。

若故障導致電廠發電機組全停（電廠Ⅰ/Ⅱ線同時跳閘），負荷將全部由羅廠電網承擔，這可能會引起東灘Ⅰ線（或東灘Ⅱ線）過負荷報警，甚至于過流跳閘。

若東鐵線故障跳閘，除會引起西關地區停電外，還會引起羅廠和東灘電廠之間功率和電壓波動，過剩功率對羅廠電源的沖擊，甚至引起東灘線過負荷。

2）原因分析

分析研究表明，發生的停電事故與以下原因有關。

（1）發生振蕩問題。如果因短路故障引起羅廠與東灘電廠之間發生異步振蕩，即失步，必須盡快將它們解列，否則有可能因過電流保護動作，兩端電源都跳閘，使供電中斷，東灘礦全停；失步不及時切除甚至會引起設備的損壞。

（2）保護的配合問題。由于羅廠電網35KV線路的長度大都在幾公里、十幾公里，采用簡單保護的話，級間配合很困難，容易造成越級跳閘。如東鐵線故障，經常引起東灘線越級跳閘。同理，若電廠線發生故障，同樣會引起東灘線跳閘。

（3）沒有實施切負荷、切機等技術措施。當線路故障跳閘或系統解列后，這時只有東灘電廠或羅廠之一給礦區供電，必須根據電力供需平衡情況，盡快采取措施，如切負荷，或壓出力、或切機等，才能維持解列后對礦區供電的穩定。

3、礦井不間斷供電系統的構成

1）裝置配置

東灘變電站配置：

a）電源快速切換裝置1臺

b）穩定控制裝置（主機1臺、從機5臺）

1#從機接入東灘Ⅰ、Ⅱ回三相電壓、三相電流，東鐵線三相電壓、三相電流，35kV母線三相電壓、三相電流，電廠雙回線三相電壓、三相電流。

2#～5#機組接入礦井6kV允許切除負荷線，其中一臺從機可控制13回負荷線的跳閘輸出，共可控制52回負荷線的跳閘輸出。

東灘電廠配置：

a）穩控控制裝置（主機1臺、從機1臺）

電廠穩控裝置從機接入3臺機組三相電壓、三相電流。

b）DEH系統（2#汽輪發電機組1套，共1套）

2）系統功能

（1）在東灘變電站羅廠Ⅰ回失電后，通過快切裝置實現工作電源快速向羅廠Ⅱ回切換。

（2）當羅廠Ⅱ回無法切換成功時，礦井負荷完全由東灘電廠供電，穩控裝置根據羅廠Ⅰ回下網負荷及東灘電廠機組備用出力等運行工況，采取切除礦井6kV負荷措施，使得電廠與礦井負荷平衡，保障礦區重要負荷不間斷供電。

（3）在機組發電裕量滿足需求情況下，DEH的主要任務是根據電網頻率的變化，調整機組的出力，使之與用戶負荷變化相適應，實現功率與負荷平衡；同時維持電網頻率穩定。

（4）監視事故后的恢復工作和事故分析。

3）自動切負荷控制

東灘礦井各6kV可切負荷線路接入穩控裝置，裝置采集各負荷線潮流及運行工況。裝置中為每條負荷線路設置切除優先級，當發生故障需切除負荷時，裝置根據事故前東灘Ⅰ、Ⅱ線運行工況及東灘電廠機組運行工況，計算系統需切負荷量，按照各負荷線的優先級次序，依次切除足夠負荷。

該項目的實施構成了對廠站和相關重要聯絡線進行動態監視和控制的礦井不間斷供電控制系統，實現了對東灘礦的快速切負荷控制等保電措施，并同礦井繼電保護和自動裝置協調工作，在事故后充分和有效地發揮東灘電廠或羅廠電源的互備作用，實現對礦井風機等保安負荷的不間斷供電。

供電安全方面，保證了東灘礦區Ⅰ類重要負荷不間斷供電，維護了人身安全和設備安全，也減少無計劃停電，同時也有利于供電系統的迅速恢復，降低了停電給生產管理、生產秩序帶來的混亂和損失。東灘電廠在孤網運行狀態下，DEH系統快速平衡功率與負荷，維持電網頻率穩定，防止網頻波動造成停機，引起全電網停電，避免事故擴大。

該項目的成功應用對加強礦區安全供電尤其礦井重要負荷的不間斷供電和安全用電具有重要意義，對于大型企業自備發電機與電網并列運行等系統具有深遠的推廣應用價值。