煤礦井下供用電系統(tǒng)存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

彭紅玲，杜秋睿

(1.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037;2.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司檢修分公司，重慶 400039)

1 引言

本文旨在緊密結(jié)合煤礦井下供電安全實(shí)踐，對(duì)我國(guó)煤礦井下供電安全現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查研究，對(duì)主要制約因素進(jìn)行系統(tǒng)性分析，研究提出提升我國(guó)煤礦井下供電安全的措施及對(duì)策建議，為提升煤礦井下供電安全保障水平，促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

2 煤礦井下供用系統(tǒng)存在的問(wèn)題

經(jīng)實(shí)地考察和調(diào)研煤礦供用系統(tǒng)在現(xiàn)階段主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:

(1)繼電保護(hù)難以整定、單相接地故障選線技術(shù)不成熟、失壓保護(hù)無(wú)延時(shí)功能、失壓線圈低壓跌落等原因引起的“越級(jí)跳閘”現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。造成線路開(kāi)關(guān)越級(jí)跳閘的原因共3個(gè):一是短路故障，流過(guò)上下級(jí)開(kāi)關(guān)的短路電流均能達(dá)到整定值，且上級(jí)開(kāi)關(guān)延時(shí)時(shí)限不夠，無(wú)法區(qū)分故障區(qū)域，造成縱向上級(jí)開(kāi)關(guān)跳閘，擴(kuò)大了停電范圍;二是對(duì)于小電流接地系統(tǒng)而言，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，僅僅依靠開(kāi)關(guān)本地采集的零序電壓和零序電流無(wú)法正確選線，造成橫向、縱向均可能發(fā)生誤跳閘，造成大面積停電;三是失壓線圈和失壓保護(hù)引起的誤跳閘。當(dāng)某條線路在距離母線附近處發(fā)生相間短路故障時(shí)，母線線電壓會(huì)瞬間跌落20% ～40%，其他高壓配電裝置中的PT電壓相應(yīng)降低;當(dāng)電壓低于額定電壓的70% ～65%時(shí)，而且持續(xù)時(shí)間超過(guò)80ms時(shí)，這些配電裝置的失壓線圈均會(huì)失去磁力而釋放，從而導(dǎo)致斷路器跳閘，造成大面積停電;另外，高壓配電裝置設(shè)有欠壓保護(hù)，當(dāng)檢測(cè)到的電壓低于動(dòng)作整定值時(shí)，欠壓保護(hù)動(dòng)作，發(fā)出跳閘指令，斷路器跳閘。簡(jiǎn)單地說(shuō)，因一條線路短路而引起的其他線路的開(kāi)關(guān)跳閘，造成橫向無(wú)選擇性停電。煤礦設(shè)備繼電保護(hù)的常見(jiàn)類型包括短路、過(guò)流、漏電等，并采用分級(jí)(三級(jí)或兩級(jí))整定的保護(hù)策略。當(dāng)井下供電線路出現(xiàn)級(jí)數(shù)較多、線路相對(duì)較短等情況，或者不同類型的控制設(shè)備需要分級(jí)整定，配合工作時(shí)，保護(hù)整定值很難計(jì)算，偶爾會(huì)出現(xiàn)選擇性保護(hù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)、越級(jí)跳閘等事故。

(2)井下供電系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)水平較低。目前不少煤礦尚未安裝供電監(jiān)控系統(tǒng)，電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)水平較低，無(wú)法實(shí)時(shí)掌握井下供電系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行工況數(shù)據(jù)信息，對(duì)所發(fā)生的故障情況無(wú)法及時(shí)做出整改和補(bǔ)救決策，從而造成事故進(jìn)一步擴(kuò)大，大大降低了煤礦供電安全性能。

(3)無(wú)功補(bǔ)償在電容投入的過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生較大的涌流，瞬間會(huì)降低電網(wǎng)電壓，過(guò)多的投入電容會(huì)使電網(wǎng)電壓升高，影響其他用電器的使用壽命;

(4)功能組合設(shè)備、新技術(shù)設(shè)備的引入對(duì)煤礦供電系統(tǒng)的影響。煤礦電氣控制設(shè)備朝著大型化、智能化、功能綜合化方向發(fā)展，一些功能組合設(shè)備(如動(dòng)力中心、移動(dòng)變電站式變頻器、組合式饋電開(kāi)關(guān)等)應(yīng)用到煤礦供電系統(tǒng)中，這些設(shè)備的電氣保護(hù)是否完備，電氣性能參數(shù)是否合理，能否造成不安全隱患、確保供電安全等方面亟待進(jìn)一步探索、研究。高壓變頻、動(dòng)態(tài)濾波補(bǔ)償、變壓器有載調(diào)壓等新技術(shù)引起了煤礦供電系統(tǒng)裝備一次新的技術(shù)革命，但這些技術(shù)進(jìn)步是否存在未知的安全隱患還需在工業(yè)性試運(yùn)行，甚至需要更長(zhǎng)的使用周期內(nèi)跟蹤、改進(jìn)。

(5)電網(wǎng)電能質(zhì)量差，諧波污染較為嚴(yán)重。隨著變頻、整流、軟起動(dòng)、功率補(bǔ)償設(shè)備在井下大量使用，非線性電力電子器件在煤礦井下供電系統(tǒng)中的比例在逐年增加，從而導(dǎo)致諧波含量高，電網(wǎng)電壓波形畸變嚴(yán)重等問(wèn)題，致使井下電氣設(shè)備的控制、保護(hù)電路出現(xiàn)了“誤動(dòng)”、“拒動(dòng)”，降低了供電系統(tǒng)的可靠性。

3 煤礦井下供用電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)

應(yīng)用礦井供電安全的新技術(shù)、新設(shè)備，高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備必須具備數(shù)字處理功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能，逐步實(shí)現(xiàn)以“遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙動(dòng)、遙視”為特征的全礦井供電系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化;在保證正確處理礦井供電系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的快速性、可靠性、靈敏性、選擇性的關(guān)系的前提下，有條件的礦井應(yīng)建立本質(zhì)安全供電系統(tǒng);大力開(kāi)展基于WAMS的網(wǎng)絡(luò)型短路保護(hù)和漏電保護(hù)技術(shù)，從根本上解決礦井供電系統(tǒng)的故障越級(jí)跳閘問(wèn)題，進(jìn)一步提高供電的可靠性，杜絕因大面積停電造成的瓦斯積聚現(xiàn)象。因此在未來(lái)的幾年內(nèi)，地面智能化變電站逐步發(fā)展到井下，井下的供用電設(shè)備發(fā)生革命性的變化。

3.2 電動(dòng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

由于目前井下電動(dòng)機(jī)燒毀比較嚴(yán)重，電動(dòng)機(jī)燒毀的原因大部分因?yàn)闇囟冗^(guò)高造成繞組及端子損壞，因此未來(lái)幾年電動(dòng)機(jī)要加裝溫度傳感器及溫度報(bào)警裝置。

3.3 無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)

為了保證井下供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，提高電網(wǎng)功率因數(shù)，減少系統(tǒng)里的無(wú)功消耗，減少消耗電網(wǎng)輸送無(wú)功功率的同時(shí)，也減少線路損耗和電壓降。既然變壓器的負(fù)荷減小了，線路損耗也也小了。不管是高壓無(wú)功功率補(bǔ)償還低壓無(wú)功功率補(bǔ)償，對(duì)電網(wǎng)所起的作用都是一樣的。無(wú)功補(bǔ)償裝置是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)，并且可能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化綜合補(bǔ)償系統(tǒng)。

4 結(jié)論

通過(guò)本次分析研究，以及對(duì)煤礦供用系統(tǒng)存在的問(wèn)題以及發(fā)展趨勢(shì)的了解，其結(jié)論如下:

未來(lái)煤礦幾年將出現(xiàn)以下新裝備;①基于WAMS的網(wǎng)絡(luò)型繼電保護(hù)系統(tǒng);②基于WAMS的網(wǎng)絡(luò)型無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng);③具備數(shù)字處理功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能的高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備;④大功率高電壓變頻調(diào)速裝置。

未來(lái)幾年煤礦井下電壓等級(jí)的變化，10kV高壓母線下井的趨勢(shì)變化不會(huì)很明顯，用電設(shè)備的電壓等級(jí)更趨向于3.3kV或6.6kV。

［1］陳國(guó)強(qiáng)，提高煤礦供電系統(tǒng)可靠性的措施與對(duì)策［J］.能源技術(shù)與管理，2007(9).

［2］李繼濤，郭林海.煤礦井下供電設(shè)備安全現(xiàn)狀及對(duì)策［J］.山東煤炭科技，2008，(4).

［3］王兆安，楊君，劉進(jìn)軍.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

［4］新型TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的研究［D］.清華大學(xué).

［5］煤礦安全生產(chǎn)基本條件規(guī)定［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2003.