露天煤礦供電系統安全性可靠性分析

韓玉林

摘 要：在露天煤礦的生產過程當中，煤礦的供電系統乃是煤礦生產當中至關重要的構成部分，也是露天煤礦實現安全性能生產的先決因素。然而，如果想要提高煤礦的供電系統安全性與可靠性，則是一項具有持續性與艱巨性的長期任務。并且在煤礦生產的過程當中，這也是一項非常錯綜復雜的龐大的系統工程。如果想要做好露天煤礦系統安全性以及可靠性的相關研究，必須采取極為有效的策略與手段，這對于增強露天煤礦的安全性能以及生產效率來說，都起到了不可估量的重要作用。該文的研究宗旨便是通過分析當前煤礦供電系統現狀的一些所存弊端，且總結出一些相關的優化策略，希望從而能夠有效的提高露天煤礦供電系統的安全性能與可靠性能，為我國露天煤礦的高效運行提供一份堅實可靠的保障。

關鍵詞：露天煤礦 供電系統 可靠性 安全性

中圖分類號：TD612 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0213-02

煤礦企業一直都是我國非常重要的能源企業，故此，確保其生產的安全性能與可靠性能對煤礦企業來說具有著至關重要的意義。但是，隨著近年來煤礦企業工作任務的逐年遞增，對于供電的需求量也日漸增大，可當前國內的諸多露天煤礦的供電系統方面的安全性能與可靠性能方面還存在著頗多問題，例如說：供電設備過于陳舊老化、供電設備超過使用期限沒有及時更換、供電系統的自身構造不夠科學合理、許多大中型供電設備的系統都存在著或多或少的故障等，這些因素都在很大程度上制約了露天煤礦供電系統其安全性與可靠性的發揮。故此，如果想要確保露天煤礦可以按照預計順利生產，那么將這些安全隱患徹底解決便成為了煤礦企業的當務之急。該文便針對露天煤礦供電設備系統的現狀進行了分析、闡述，并根據現狀中的所存問題進行了簡要的分析，且提出了相關的優化措施，希望能為煤礦企業的安全性能與可靠性能提供一份有效的保障。

1 增強露天煤礦供電系統安全性、可靠性的意義闡述

第一，增強煤礦供電系統的安全性、可靠性可以非常有效地避免事故以及故障的發生，這對于保證工作人員以及人民的生命財產安全來說，具有著至關重要的意義；第二，增強煤礦供電設備系統的安全性、可靠性能夠降低供電設備的維修費用，且降低供電設備的維修周期，促使煤礦生產可以更為順利的進行，這從很大的程度上提升了煤礦生產的經濟效益。故此，無論是從安全性的角度出發，還是從經濟性的角度出發，增強露天煤礦供電系統的安全性與可靠性對于煤礦企業來說，都是能夠保證安全生產最為可靠的有效途徑，也是當前露天煤礦生產的先決條件。

2 露天煤礦對于供電系統安全性、可靠性根本要求闡述

供電系統的安全性與可靠性乃是露天煤礦其生產設備的基本動力保障，故此，供電系統的安全性能與可靠性能實惠直接影響到生產設備的工作效率與露天煤礦的經濟收益。除此之外，供電單位其管理水平的優劣與技術水平的高低也會由此反映出來。故此，保證露天煤礦供電設備系統的安全性能與可靠性能，是至關重要的事情。

根據國際國家標準中《電能質量供電電壓允許偏差》以及《礦山電力設計規范》中的制定標準，露天煤礦的采礦現場其架空供電的線路按要求不應當少于兩個回路。兩個回路的供電線路，其每個回路的供電能力不應當小于全部電力負荷的70%。當使用三個回路的供電線路時，每個回路的供電能力不應當小于全部電力負荷的50%。而采礦場內部的供電線路，也應當使用沿著采礦場邊緣所進行架設的環形或者半環形的干線式、固定式、放射式的供電線路。高壓電力網所配備的電壓，應當使用6 kV或者10 kV。如果是35 kV或以上的供電電壓其偏移程度不應當超過額定電壓的±5%。而10 kV或者以下的三相供電電壓所允許偏差的數值為額定電壓的±7%。

3 露天煤礦供電設備系統現狀中所存的問題分析

3.1 煤礦供電系統中電氣設備的問題

當前，國內諸多煤礦還都存在著一些普遍問題，例如說：瓦斯抽取系統的功率不足、通風設備老化，造成安全性能降低、井下電氣設備的安全系數與可靠系數都非常低。部分的煤礦開采區其變電所自建設以來，只要當初的電氣設備還能夠使用，基本上都不曾進行更換，安全性能與可靠性能非常落后。除此之外，這些電氣設備中的大部分設備都并不符合煤礦相關安全規程條例中的規定，其變電設備超過期限仍然“在崗服役”的情況早已數見不鮮，故障問題與事故問題頻頻發生；電氣設備的防爆性能也沒有達到相應標準，缺乏技術性的控制；其井下依然存在著非阻燃電纜等，這些情況的存在都導致供電系統的可靠性大大降低。

3.2 煤礦供電系統構造及運行模式有待規范化

由于當前部分礦井所采取的供電方式乃是電廠光電，所以一旦礦井所供電的電廠發生故障問題，便會直接影響到露天煤礦的供電系統，從而造成礦區供電系統安全性能的降低，從而觸發安全事故。除此之外，大部分礦井也都存在著供電系統其電路接線復雜的情況，母線接線大多也不符合相關規定的要求，這些因素都在極大程度上對供電系統的安全性能與可靠性能帶來了負面的影響。

3.3 露天煤礦供電系統的故障問題以及影響因素

（1）高壓線路以及電纜連接器的故障問題。一般來說，該問題主要是由以下幾個方面的原因導致的：其一，由于露天煤礦的生產環境，造成高壓鎧裝電纜的鋼絲層以及鋼帶非常容易生銹、腐蝕，甚至可能發生損壞；其二，由于高壓屏蔽，電纜連接器的密封不夠嚴密，便導致內部進水以及受潮，從而便引起了電纜或者連接器的絕緣性能下降，導致高壓斷電；其三，高壓電纜因為被擠壓變形、扎破或者劃傷等情況，都會導致高壓斷電事故的發生。

（2）電氣設備開關柜的故障問題。造成電氣設備開關柜產生故障的原因如下：其一，檢查維修以及維護都不到位，這便造成開關柜出現了斷相或者誤動作的現象；其二，開關柜繼電保護系統裝置其動作不夠靈敏；其三，因人為原因造成開關損壞，從而引發故障發生。endprint

（3）變壓器的故障問題。由于露天煤礦的產量逐年提高，各種電力設備都處于了滿負荷運行的狀態，這便造成變壓器的容量根本無法滿足其供電負荷，非常容易出現超負荷運轉的情況。故此，變壓器便會出現絕緣老化或機器過熱的現象，在變壓器保護裝置失靈的情況下很容易造成變壓器故障。

（4）工作人員違規操作的問題。露天煤礦當前所使用的防爆型電器其安全性能與可靠性能皆嚴重不足，并且接線腔內沒有閉鎖功能，這便增加了工作人員違規操作的可能性。

3.4 露天煤礦用電設備的供電距離問題

當前，我國露天煤礦的生產作業其供電的電源方式大多是從移動變電站的主干線，通過開關柜而后按照設備的電力負荷經過分線箱，通過支線是可以供給一個鉆機以及一個電鏟的動力電源。但是隨著其露天煤礦生產規模的不斷擴大，用電設備的裝機容量也隨之不斷增加。當前露天煤礦的容量所使用的用電設備乃是產自太原重型機械廠所生產的挖掘機，型號為：WK-55，其裝機容量已經達到3000 kVA。在挖掘機進行作業的過程中是，工作電流是非常巨大的，很容易造成電網電壓的剝奪，這便阻礙了設備本身以及輔助設備轉機的正常生產運作。科學合理的控制該項設備的供電距離以及供電的電纜使用規格才是提高此設備工作效率的基本保證。

4 提升露天煤礦供電系統的安全性與可靠性的具體應用措施

4.1 及時更換電氣設備，從而提高供電系統的安全可靠性能

依照煤礦其安全規程的相關規定中對于現有的不夠符合標準要求的電氣設備進行及時的更換以及改造，其具體的實施措施如下：其一，保證高低壓開關微機的智能控制、免維護與真空化，保護裝置應當齊全且完好；其二，煤礦的變壓器在選擇上應當滿足國家標準1094～2007中的有關標準，選用干式的變壓器，而露天煤礦的大型機電設備在選擇上應當滿足國家標準1094～2007的有關標準，選用干式的變壓器，煤礦中的大中型機電設備的選取上應當盡量以高效節能的大中型機電設備為主；其三，露天煤礦區的變電所應當配備遠程的監控系統，且要具備“四遙”的功能。“四遙”功能指的是：遙控、遙測、遙信、遙視，從而實現電網監控的自動智能化。

4.2 露天煤礦的電網構造設計以及運行方式應當科學合理

（1）電網結構的設計問題改善措施。科學合理的電網結構乃是為煤礦供電系統提高安全運行、穩定運行的有效保障。當前，為了確保煤礦供電系統的安全性以及可靠性的對比有效途徑乃是雙回路設計與雙電源設計。因為當前礦井中的電氣設備比較多，這便造成了用電負荷過于巨大，所以礦井便必須具有雙回路設計的獨立電源線路。當其中的某一回路出現了問題與故障時，其中一條回路需要能夠承擔煤礦井內的所有符合，而兩條回路不能做同時運行，但其中的一條回路在運行的過程中時，另一條回路也必須帶電備用。除此之外，雙回路與雙電源也必須來自于不同的變壓器以及不同的母線，并且確保各個不同的電源以及回路的獨立性質。

露天煤礦電網的運行模式。在電網結構完全建立之后，一定要對其運行的方式做出非常科學合理的安排，并需要本著經濟適用、安全可靠的原則進行。第一，為了避免因系統發生故障而影響了回路電源的正常運作，從而導致事故的范圍增大，故此必須對雙回路采用分列運行的方式；而環網供電則應當采用開環的運行方式；第二，應當加強對于電網運行模式的調度管理制度，應當始終對于變電所之內的母線所聯絡開關的分合閘的狀態進行調度的監控與調整；第三，各種大中型的機械設備應當進行網絡分流的管理，如此便能夠有效減少不必要的消耗，也可以保證能源的有效節約，從而實現企業經濟運行的模式；第四，環網供電的最大負荷量應當利于繼電保護系統的設置，而且需要滿足該保護裝置的整體需要。

4.3 對坑下無人值守的移動變電站加強微機保護和監測系統的應用

黑岱溝露天開采方式。礦區內18臺移動變電站負責采掘場的供電，移動變電站15臺為加拿大培頓庫克公司的，3臺為加拿大UEE公司的，其技術在國際上處于領先地位，并且配置了先進的綜合保護裝置和移動變電站集中監控系統。

移動變電站綜合保護裝置有西門子、通用電氣和SEL等幾家，裝置的通信接口有RS232和RS485等，各自的通信規約也有所不同，因此在集中監控系統中，要兼容各個廠家的通信接口和通信規約。

礦調度和供電工區以及礦主管部門對所有的移動變電站的運行數據實行集中采集并實現集中控制，同時運行人員有權對運行參數、方式進行修改。

15臺為加拿大培頓庫克公司生產的移動變電站能夠實現：一臺變壓器油位、溫度、壓力越限報警，中性點接地報警信號上傳，進線及配出柜的電壓、電流、有功及接地故障告警信號的顯示，開關的分合閘狀態顯示。3臺UEE生產的移動變電站應實現：35 kV側的保護故障的告警顯示，變壓器各種保護的監控，進線及配出柜的保護裝置信號的顯示，以及開關的分合閘狀態。

監控主機具有主處理器及服務器的功能，是移動變電站集中監控系統的主要人機界面，用于圖形及報表顯示、事件記錄及報警狀態顯示和查詢，設備狀態和參數的查詢，操作指導，操作控制命令的解釋和下達等，實現所有移動變電站的運行監視。采用雙機配置原則，兩臺互為熱備用工作方式，當一臺主機故障時，另一臺主機能執行全部功能，實現無擾動切換。

監控主機設在供電隊，調度室設監控分機，數據存儲期在1年以上。

分站與主機之站為無線聯絡，投標方應充分考慮露天礦的地形，天氣因素，保證信號穩定傳輸，且符合無線通訊網絡的有關規定。

移動站各點采集具有獨立的采集功能，一個采集點的故障不得影響其他信息傳輸。

4.4 在礦區變電所采用SVC無功補償裝置提高功率因數和電壓質量

無功補償裝置，在供電系統中起到提高電網的功率因數的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。所以無功補償裝置在電力供電系統中處在一個不可缺少的的非常重要裝置。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少網絡的損耗，使電網質量提高。反之，如選擇或使用不當，可能造成供電系統電壓波動，諧波增大等諸多因素。

黑岱溝變電站安裝的靜止無功補償器（SVC）補償容量達13000 kVar。SVC是一種的并聯無功發生或者吸收裝置，可以調整其輸出為容性或感性電流從而達到控制電力系統特定參數（通常是母線電壓）的目的。它包括TCR、TSR、TSC以及它們之間或與機械投切式無功補償設備（MSC/MSR）構成的某種組合體，它屬于基本晶閘管控制/投切型FACTS控制器。

5 結語

綜上所述，露天煤礦的能源生產條件以其坑下的作業環境是比較復雜的，所以在煤礦供電設備系統中的安全隱患也有很多，故此，提高供電設備系統的安全性與可靠性一直都是露天煤礦供電管理人員刻不容緩的義務與責任。然而，加強煤礦供電設備的監督管理工作，還需要煤礦各級供電專業的技術人員與煤礦供電專業的管理人員共同協商，總結有效經驗，而后創新出有效的管理策略與措施，縮短供電線路之間的距離并科學合理的分配供電負荷，從而有效的保證煤礦供電設備的檢查、維修、維護的質量。如此一來，煤礦生產設備的故障停機時間便會有效縮短，露天煤礦的生產效率便會得到可靠的保障，其安全隱患也會縮小許多，這對促進煤礦企業的可持續發展來說，起到了不可忽略的重要意義。endprint