煤礦井下分區供電關鍵技術研究及應用

劉明東

（山西焦煤西山煤電集團 安全培訓中心，山西 太原 030053）

1 井下分壓供電可行性分析

采用帶分抽頭隔離變壓器方式對電網分區時，當供電線路過長時，隔離變壓器可對供電線路的電壓進行調節，可對電網中的諧波起到隔離作用，大大提高煤礦電網的電能質量。本文針對影響供電系統運行可靠性的因素進行全面分析研究后，研發了煤礦分區獨立供電技術，解決了煤礦井下供電的主要問題。研究項目包括主要創新技術三項。

1）分區供電的可行性研究。煤礦井下用電設備的增多及電纜線路的無規劃延伸，使得井下供電系統過于薄弱，供電可靠性低；常規供電改造雖能改善供電現狀，但實施周期長，項目影響面大。因此，研究引入直覺模糊算法與PSASP仿真技術，針對常規技術改造和分區供電方案，從安全性、經濟性、適應性、協調性進行對比分析，驗證了分區供電技術的優越性。

2）隔離變壓器提高接地選線準確性。現場調研發現，很多煤礦的漏電保護裝置不能滿足其供電系統中性點接地方式的需要，應該對其改造。通過隔離變壓器使整個煤礦電網地面和井下電網獨立開來，并結合煤礦的實際情況，可以很好解決漏電保護選擇性問題，實現漏電保護故障的快速識別與處理。其本質是：將煤礦供電系統地面和井下分別獨立的部分，改變原來統一的中性點接地方式，使地面和井下的中性點接地方式發生改變，以滿足井下漏電保護功能的需要，從而改善整個煤礦供電系統的可靠性。

3）基于零序回路的電容電流技術。變壓器和架空線(電纜)是配電網零序網絡中的主要元件。變壓器的零序等值電路與外電路的聯接，取決于零序電流的流通路徑；因而與變壓器三相繞組連接形式及中性點是否接地有關。架空線的零序電抗與平行線的回路數以及有無架空地線和地線的導電性能有關。采用分區供電后，改變原有6 kV中性點不接地配電網絡的零序網絡拓撲結構，將整個零序網絡分層分區，達到治理電容電流的目的。

2 工程實施

1）數據收集：a.收集馬蘭礦供電系統的基本數據和發生接地故障的歷史數據，制定電容電流治理方案。b.測量馬蘭礦110 kV變電站6 kV線路的電容電流，初步了解電容電流分布情況。c.對測量的電容電流進行整理分析，研究馬蘭礦分區供電的可行性進行。

2）治理方案：a.確定分區供電電容電流治理方案，并對需要研究的內容進行交流探討。b.對隔離變壓器選型、安裝、保護等問題給出建議，并對所需隔離變壓器參數、保護配置等進行深入的技術性研究，給出具體技術方案。

3）運行分析：a.測量分區治理后的電容電流，包括地面6 kV系統和井下中央變電所。對比治理前后的電容電流分布情況，說明其有效性和可推廣性。b.隔離變壓器試運行階段，做好運行記錄。c.對整個項目的創新性技術進行研究，包括：分區供電可行性研究；隔離變壓器提高接地選線準確性研究；基于零序回路的電容電流技術研究。

3 應用情況

2011年7月西山馬蘭煤礦6 kV電網隔離變壓器投入運行，電容電流治理效果明顯，整個電網的4個區域的電容電流都小于20 A，符合國家規定。更重要的是：提高了單相接地保護的可靠性、靈敏性、選擇性，地面接地不影響井下供電系統，反之亦然；減小了單相接地故障的影響面，縮短了故障處理的時間，避免了漏電事故擴大化，提高了供電可靠性。

1）現場實際測量數據。隔離變壓器投運前的數據，如表1、表2所示。隔離變壓器投運后的數據，如表3-表6所示。對比隔離變壓器投運前后電容電流可知：隔離變壓器分區后，電容電流得到有效治理，各區域的電容電流符合國家煤礦安全規定。

表1 電網參數

表2 電容電流測試結果

表3 地面110 kV變電站電網參數表

表4 地面110 kV變電站測試結果表

表5 井下中央變電所電網參數表

表6 井下中央變電所測試結果表

2）應用效果分析。采用分區供電方式治理煤礦電網單相接地電容電流，避免了消弧線圈對井下選擇性接地（漏電）保護裝置的影響。隔離變壓器替代限流電抗器，使供電系統運行方式能有更大的靈活性，能夠減少漏電故障的影響面，縮短漏電故障處理的時間，提高供電系統的安全可靠性。馬蘭礦主要體現為：a.隔離變壓器分區改造，解決了煤礦電網短路電流和電容電流超標的問題。b.提高井下選擇性接地（漏電）保護裝置的動作可靠性、靈敏性、選擇性。c.采用帶分抽頭隔離變壓器方式對電網分區時，當供電線路過長時，隔離變壓器可對供電線路的電壓調節，可對電網中的諧波起到隔離作用，大大提高煤礦電網的電能質量。d.地面接地不影響井下供電系統，反之亦然；減小了單相接地故障的影響面，提高了供電可靠性。

4 結束語

經對馬蘭礦隔離變壓器分區改造前后電容電流的測量對比，證實了分區改造對供電系統電容電流治理的有效性和實用性，具有很好推廣價值。分區供電是可使每個分區的電容電流處于允許值以下，既解決了煤礦電網電容電流過大的問題，又提高了選擇性接地（漏電）保護裝置動作的可靠性、靈敏性、準確性，保證了煤礦供電的安全可靠性。采用帶分抽頭隔離變壓器方式分區時，當供電線路過長時，隔離變壓器可對供電線路的電壓調節，可對電網中的諧波起到隔離作用，大大提高煤礦電網的電能質量。

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