淺談煤礦應急電源的類型及現(xiàn)場應用

溫亮

摘 要：文章介紹了煤礦應急電源的建設現(xiàn)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(tài)儲能做應急電源、車載柴油發(fā)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(tài)儲能；車載柴油發(fā)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(tǒng)是井下作業(yè)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(xiàn)災害后井下人員就少了一條逃生通道。

有封閉火區(qū)的礦井，全礦停電后，可能出現(xiàn)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(fā)瓦斯、煤塵爆炸事故。

國家電力監(jiān)管委員會下發(fā)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(jiān)督管理的意見》的通知中規(guī)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(xiàn)狀

2016版《煤礦安全規(guī)程》第四百三十六條中關于礦井電源的規(guī)定為，礦井應當有兩回路電源線路。當任一回路發(fā)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(guī)程》沒有對有兩回路電源線路煤礦的保安電源進行規(guī)定。

修訂后并于2016年3月份執(zhí)行的新版《煤礦工業(yè)礦井設計規(guī)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(yè)的規(guī)程、規(guī)范并沒有對煤礦應急電源提出明確要求，各級煤炭企業(yè)出于節(jié)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(xiàn)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(tǒng)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(qū)（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(huán)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(jù)《重要電力用戶供電電源及自備應急電源配置技術規(guī)范》中的規(guī)定，井工煤礦被劃分為A類重要電力用戶，在工業(yè)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(jù)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?shù)毓搽娋W現(xiàn)狀、發(fā)展規(guī)劃及所在行業(yè)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(fā)生故障時，至少仍有一路電源應能對保安負荷持續(xù)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(guī)模最大、現(xiàn)代化程度最高的煤炭企業(yè)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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)即為三回路電源。錦界煤礦投產時供電系統(tǒng)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(xiàn)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(lián)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(xiàn)了三回路電源，供電系統(tǒng)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(lián)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(lián)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(guī)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(lián)營項目可以考慮這種方式，煤礦產煤用于電廠發(fā)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(yè)礦井設計規(guī)范》GB 50215-2015的12.2.1中明確指出，“礦井供電電源宜取自地區(qū)公共電力網的變電所、礦區(qū)變電所；有條件時可從煤電聯(lián)營的發(fā)電廠或礦區(qū)（礦山）自備發(fā)電廠獲取電源”，這說明煤礦直接從發(fā)電廠引電源是符合規(guī)定的。

神華集團國神公司三道溝煤礦供電系統(tǒng)采取了這種模式，供電系統(tǒng)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(jié)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(guī)范燃煤自備電廠監(jiān)督管理的指導意見》于2015年11月30日由國家發(fā)改委、國家能源局正式公布，該意見由國家發(fā)展改革委、國家能源局和中央編辦、工業(yè)和信息化部、財政部、環(huán)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(lián)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(yè)應對符合規(guī)定的自備電廠無歧視開放電網，做好系統(tǒng)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(yè)應該借助《關于加強和規(guī)范燃煤自備電廠監(jiān)督管理的指導意見》中的規(guī)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(jié)約用電成本。

3.3 靜態(tài)儲能做應急電源

近年來，分布式發(fā)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(fā)展，尤其在用戶側，為智能配電網的發(fā)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(tài)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(tǒng)、鋰電池儲能組（額定容量為1MWH）及對應的變流器系統(tǒng)，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(tǒng)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(tǒng)中，底層的控制設備統(tǒng)一歸系統(tǒng)的總體監(jiān)測與控制系統(tǒng)協(xié)調，并且保證與現(xiàn)有煤礦配電網的監(jiān)測調度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與信息同步，以實現(xiàn)在線模式下對電網數(shù)據(jù)的在線分析與動態(tài)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(tài)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(jù)理論測算通過儲能系統(tǒng)的削峰功能、有功與無功雙重補償功能、電能智能監(jiān)控的節(jié)能功能，可節(jié)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(tài)儲能應急電源有可能在煤礦行業(yè)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(fā)電機組做應急電源

車載柴油發(fā)電機組（見圖4）主要組成：牽引車頭及掛車，柴油發(fā)電機組承載箱體，柴油發(fā)電機組本體、控制屏、開關柜、燃油箱、進、排風系統(tǒng)及降噪消音裝置、排煙裝置、機械支撐、倒車監(jiān)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(fā)電機組技術的革新，大型發(fā)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(fā)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(fā)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(yōu)缺點及適用范圍

雙電源外引入第三電源做應急電源，優(yōu)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(tǒng)中采用。

自備電廠做應急電源，優(yōu)點為：供電可靠性較高，可大量節(jié)約購電成本。缺點為：損害了地方供電公司的利益，實現(xiàn)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(tài)儲能做應急電源，優(yōu)點為：建設周期短；缺點為：儲能系統(tǒng)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(fā)電機組做應急電源，優(yōu)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(qū)域可配置為搶險電源。

4 結束語

煤礦企業(yè)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(qū)域電網的可靠性、有無出線間隔、有無發(fā)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。

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