淺談煤礦應急電源的類型及現場應用

溫亮

摘 要：文章介紹了煤礦應急電源的建設現狀，結合作者工作經驗介紹了四中煤礦應急電源配置類型，分別為：雙電源外引入第三電源做應急電源、自備電廠做應急電源、靜態儲能做應急電源、車載柴油發電機組做應急電源，并給出了應急電源的試用范圍。

關鍵詞：煤礦；應急電源；雙電源；靜態儲能；車載柴油發電機組

中圖分類號：TD61 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0147-03

引言

電力是煤礦生產的主要能源，是煤礦礦井的動力源，采掘、掘進離不開電，通風、排水離不開電，提升、運輸離不開電。電是礦井的命脈，它不僅直接關系生產，而且與礦工的生命安全也息息相連。

全礦井突然停電會使主要通風機停轉，井下無風造成瓦斯積聚，一旦送電，可能引起積聚的瓦斯爆炸。

一旦停電，水泵不能排水，時間長了，可能造成淹井事故。

升降人員的立井提升系統是井下作業人員在遇到安全威脅或井下災害時的安全出口之一，沒有了電，出現災害后井下人員就少了一條逃生通道。

有封閉火區的礦井，全礦停電后，可能出現一氧化碳和瓦斯外泄，造成中毒或窒息事故。

對有抽放瓦斯設備的礦井，一旦停電，會使抽放瓦斯的設備停止運轉，井下瓦斯大量涌出，造成井下瓦斯積聚、超限，在一定條件下引發瓦斯、煤塵爆炸事故。

國家電力監管委員會下發的《關于加強重要電力用戶供電電源及自備應急電源配置監督管理的意見》的通知中規定，特級重要電力用戶具備三路電源供電條件，與此同時特級、一級、二級等重要電力用戶還應配置自備應急電源，保證配置容量標準應達到保安負荷的120%，并加強安全使用。綜上所述，為煤礦建設應急電源是十分有必要的。

1 煤礦應急電源的建設現狀

2016版《煤礦安全規程》第四百三十六條中關于礦井電源的規定為，礦井應當有兩回路電源線路。當任一回路發生故障停止供電時，另一回路應當擔負礦井全部用電負荷。《煤礦安全規程》沒有對有兩回路電源線路煤礦的保安電源進行規定。

修訂后并于2016年3月份執行的新版《煤礦工業礦井設計規范》中雖提及了礦井應急電源，但未明確配置標準，未做強制性要求。

介于煤炭行業的規程、規范并沒有對煤礦應急電源提出明確要求，各級煤炭企業出于節約成本的角度，大多沒有配置應急電源。許多煤礦的管理者還未認識到沒有配置應急電源有隱患，出了事故責任很大，片面的認為供電公司提供的雙回電源是有保障的，如果供電公司的供電出現問題給煤礦造成重大事故，供電公司是要承擔責任的，殊不知各級供電公司在同煤炭用戶簽訂的標準供用電合同范本中，已要求用戶自備應急電源，電網停電后由用戶自行承擔停電帶來的損失等免責條款。綜合考慮，有必要為煤礦已有的供電系統增設應急電源。

2 國家對重要電力用戶電源及自備應急電源的要求

2.1 重要電力用戶的界定

重要電力用戶是指在國家或者一個地區（城市）的社會、政治、經濟生活中占有重要地位，對其中斷供電將可能造成人身傷亡、較大環境污染、較大政治影響、較大經濟損失、社會公共秩序嚴重混亂的用電單位或對供電可靠性有特殊要求的用電場所。

依據《重要電力用戶供電電源及自備應急電源配置技術規范》中的規定，井工煤礦被劃分為A類重要電力用戶，在工業類重要電力用戶中排序第一。

2.2 重要電力用戶供電電源配置原則

重要電力用戶的供電電源一般包括主供電電源和備用電源。重要電力用戶的供電電源應依據其對供電可靠性的需求、負荷特性、用電設備特性、用電容量、對供電安全的要求、供電距離、當地公共電網現狀、發展規劃及所在行業的特定要求等因素，通過技術、經濟比較后確定。

重要電力用戶電源應采用多電源、雙電源或雙回路供電。當任何一路或一路以上電源發生故障時，至少仍有一路電源應能對保安負荷持續供電。特級重要電力用戶宜采用雙電源或多路電源供電；一級重要電力用戶宜采用雙電源供電；二級重要電力用戶宜采用雙回路供電。

3 煤礦應急電源配置類型

神華集團作為國家規模最大、現代化程度最高的煤炭企業和世界上最大的煤炭經銷商，較早的考慮了為煤礦配置應急電源的問題，下面就將神華集團內實現的各種煤礦應急電源配置類型介紹如下：

3.1 雙電源外引入第三電源做應急電源

雙電源外的第三電源也可稱之為三回路電源，煤礦任意兩回路電源出現故障后，煤礦仍可以帶起礦井的保安負荷。神華集團錦界煤礦的供電系統即為三回路電源。錦界煤礦投產時供電系統設計為雙電源供電，后期考慮到地方供電公司的電網薄弱，一旦出現兩電源線路故障后將造成錦界煤礦淹井事故，損失巨大，后期增設了1#、2#聯絡線，最終使為錦界煤礦服務的1個110kV站、3個35kV變電站均實現了三回路電源，供電系統示意圖見圖1。

錦界煤礦3回路電源為保障礦井安全提供了有力的保障，2011年4月1日至3日，因地方供電網絡諧波嚴重超標，致使錦界煤礦35kVII站雙電源電纜線路先后被擊穿5次（一回電源3次，二回電源2次），因屬于雙回電源均為直埋電纜，在尋找及處理第4、5次電纜擊穿點并恢復運行期間錦界煤礦35kVII站雙電源同時停電達到12小時，正是由于存在并啟動了1#聯絡線才避免了水淹沒綜采工作面的事故；2014年4月23日8時50分，地方III站因小煤窯產生的塌陷（塌陷情況見圖2）全站失壓，造成錦界煤礦110kV站雙回路電源全站停電一個星期，正是由于2#聯絡線才避免了錦界煤礦的淹井事故。

雙電源外的第三電源這種方式固然最可靠，但是也存在建設費用高，因征地問題帶來的建設周期長等問題，規劃時需要進行綜合考慮。

3.2 自備電廠做應急電源

煤電一體化的聯營項目可以考慮這種方式，煤礦產煤用于電廠發電，電廠廠用電向煤礦提供生產或應急電源，考慮到電廠存在檢修期，可從地方供電公司引應急電源。

《煤炭工業礦井設計規范》GB 50215-2015的12.2.1中明確指出，“礦井供電電源宜取自地區公共電力網的變電所、礦區變電所；有條件時可從煤電聯營的發電廠或礦區（礦山）自備發電廠獲取電源”，這說明煤礦直接從發電廠引電源是符合規定的。

神華集團國神公司三道溝煤礦供電系統采取了這種模式，供電系統示意圖見圖3。

自備電廠做應急電源是煤礦最理想的供電模式，用電安全有保障又經濟，以三道溝煤礦為例，如全部使用電廠的電，每年可以節約電費1500萬元，這種供電方式存在的問題為，損害了地方供電公司的利益，建設時阻力較大。

《關于加強和規范燃煤自備電廠監督管理的指導意見》于2015年11月30日由國家發改委、國家能源局正式公布，該意見由國家發展改革委、國家能源局和中央編辦、工業和信息化部、財政部、環境保護部、水利部、國資委、法制辦等部門制定，經報請國務院同意，并經經濟體制改革工作部際聯席會議（電力專題）審議通過。

意見中明確要求要做好電網接入。電網企業應對符合規定的自備電廠無歧視開放電網，做好系統接入服務。并網自備電廠應按要求配置必要的繼電保護與安全自動裝置以及調度自動化、通信和電量計量等設備，切實做好并網安全等相關工作。鼓勵有條件并網的自備電廠按自愿原則并網運行。

各有關煤炭企業應該借助《關于加強和規范燃煤自備電廠監督管理的指導意見》中的規定，從電廠直接向煤礦引電源，在提高供電可靠性的同時還可節約用電成本。

3.3 靜態儲能做應急電源

近年來，分布式發電，電網輔助智能服務以及電動汽車的應用，大大促進了儲能技術的發展，尤其在用戶側，為智能配電網的發展提出了新思路。

2015年，神華集團烏海公司平溝煤礦即試驗了煤礦保安負荷的靜態儲能應急電源項目，在煤礦配套的35kV變電站內，儲能應急電源選取了兩種模式，鉛酸電池儲能組（額定容量為2.4MWH）及對應的變流器系統、鋰電池儲能組（額定容量為1MWH）及對應的變流器系統，每種模式儲能應急電源均可帶926kW（平溝煤礦主扇、局扇的總負荷）負荷1小時。

上圖給出了此系統的主要結構框圖，應急電源的電氣設備分為兩大部分，分別連接到煤礦配電網6kV的兩段母線上。在控制系統中，底層的控制設備統一歸系統的總體監測與控制系統協調，并且保證與現有煤礦配電網的監測調度系統的數據共享與信息同步，以實現在線模式下對電網數據的在線分析與動態預測，在應急電源模式下對配電網提供主扇負荷的手動重構與局扇負荷的自動重構，保證重要負荷的電力供應。

烏海公司平溝煤礦靜態儲能應急電源于2015年底正式投運，可以帶主扇、局扇等應急負荷一個小時以上，并據理論測算通過儲能系統的削峰功能、有功與無功雙重補償功能、電能智能監控的節能功能，可節省電費支出180萬元/年。

隨著，電池技術的進一步成熟，成本的下降靜態儲能應急電源有可能在煤礦行業進一步得到推廣應用，從目前來看，該方式不適用于大、中型煤礦。

3.4 車載柴油發電機組做應急電源

車載柴油發電機組（見圖4）主要組成：牽引車頭及掛車，柴油發電機組承載箱體，柴油發電機組本體、控制屏、開關柜、燃油箱、進、排風系統及降噪消音裝置、排煙裝置、機械支撐、倒車監控裝置、車內交直流明燈具、消防設備、電纜收放裝置、高、低壓電纜和接頭、防雷及接地裝置、備品備件、專用工具、使用手冊等。

隨著，發電機組技術的革新，大型發電機組小型化并進行車載成為可能，目前，國內最大的10kV車載發電機組已經可以做到2400kW。通過理論計算，2臺2400kW的車載柴油發電機組并列使用可以滿足1200kW電動機直接啟動要求，保證正常運行后，并且具備3960kW阻性負載容量空間，下一級最大直接啟動容量仍可達到900kW。可以滿足中、小型礦井的應急電源要求。

3.5 四種應急電源優缺點及適用范圍

雙電源外引入第三電源做應急電源，優點為：供電可靠性較高；缺點為：征地困難，建設成本較高。建議在高瓦斯、有較大水害的礦井供電系統中采用。

自備電廠做應急電源，優點為：供電可靠性較高，可大量節約購電成本。缺點為：損害了地方供電公司的利益，實現有一定的阻力。建議在條件許可的情況下，煤礦均可采用該種供電方式，并將電廠的電源作為主供電源。在條件許可的情況下，煤礦宜采用該種供電方式。

靜態儲能做應急電源，優點為：建設周期短；缺點為：儲能系統容量有限，建設成本較高。建議可在小型煤礦中使用。

車載柴油發電機組做應急電源，優點為：應急電源可移動使用；缺點為：容量有限。建議：在煤礦較集中的區域可配置為搶險電源。

4 結束語

煤礦企業作為重要電力用戶，有必要考慮配置應急電源。配置何種應急電源，可結合區域電網的可靠性、有無出線間隔、有無發電廠等外部條件，并兼顧考慮煤礦自身的瓦斯、水等災害的厲害程度，進行選擇。

參考文獻：

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