煤礦供電系統(tǒng)現存問題分析與解決對策研究

許 鵬

（大同煤礦集團王村煤業(yè)公司，山西大同 037003）

0 前言

近年來，隨著煤礦開采機械化水平的提高，礦井所用到的機電設備越來越多，這些設備中有保障煤礦安全生產的設備，也有直接進行采煤作業(yè)的設備，而基于煤礦開采環(huán)境較惡劣，礦井內存在大量的易燃易爆氣體，若礦井電能供應不安全、不可靠，存在漏電現象或經常斷電，必然會嚴重影響到煤礦開采的安全性和高效性，且易引發(fā)重大安全事故，這就對煤礦供電系統(tǒng)電能供應的連續(xù)性、可靠性提出了更高要求。對此，基于供電系統(tǒng)現狀，分析供電系統(tǒng)現存問題，并采取相應措施進行解決，也顯得越來越重要。

1 供電系統(tǒng)現狀

同煤集團王村煤礦供電系統(tǒng)電源引自喬村35 kV變電站，喬村變電站兩回路電源線路引自四老溝110 kV變電站，安裝有兩臺變壓器，變壓器的型號為：SF9-16000/35/10 kV，分列式運行，分別給地面、井下供電。

地面供電：西風井通風機2回路；主井配電室2回路；副井提升機2回路；副井空壓機房2回路。井下供電：罐底硐室2回路；東盤區(qū)第一變電所2回路；東盤區(qū)第二變電所2回路，東盤區(qū)的兩個變電所的高壓開關分別給掘進隊、綜采隊供電。

2 礦井供電系統(tǒng)現存問題

2.1 諧波污染嚴重，過電壓問題較明顯

隨著煤礦開采的機械化、現代化發(fā)展，近年來各礦井使用的變頻器以及大功率開關組件不斷增多，這些新型大功率器件的大量應用，易產生大量諧波，造成嚴重的諧波污染，易使電網電壓波形發(fā)生較大畸變。由于應用的是中性點沒有接地的供電系統(tǒng)，因此在供電系統(tǒng)供電作業(yè)中，可大致忽略與母線相連的電磁式電壓互感器的中性點電壓發(fā)生的偏移現象，但當供電系統(tǒng)出現故障后，可能會造成導線回路與回路間潛存的雜散電容彼此影響，產生諧振回路引發(fā)諧振過電壓，該種過電壓也就是通常所說的鐵磁諧振過電壓，它會嚴重影響供電系統(tǒng)的正常供電[1]。

2.2 供電電源布設不合理

因礦井生產環(huán)境較惡劣，有很多保障礦井安全生產的重要設備都嚴禁斷電，如通風設備、立井提升設備、排水設備等，它們都為一類負荷，要求其電能供應必須連續(xù)、可靠，一旦發(fā)生斷電現象，可能會引發(fā)重大安全事故。對于該類用電設備，必須嚴格依據《煤礦安全規(guī)程》中的相關規(guī)定，采用雙回路供電系統(tǒng)供電，這樣在某一回路出現故障，不能正常供電時，另一備用回路便可擔當起連續(xù)供電重任，給礦井繼續(xù)提供穩(wěn)定連續(xù)可靠的電能。但就礦井供電現狀而言，很多礦井為壓縮供電成本，降低供電開支，只應用了單回路輸電線路來給礦井提供電能，或也有部分礦井即使布置了兩條供電線路來為礦井供電，也只是在某一變電站直接引出兩條供電線路來給礦井供電，這樣當該變電站發(fā)生故障后，就會發(fā)生兩條供電線路一起斷電的現象，根本無法有效保障礦井電能供應的連續(xù)性、可靠性。這種礦井供電電源布設的不科學、不合理，會給礦井安全生產埋下重大安全隱患[2]。

2.3 實時檢測系統(tǒng)自動化水平偏低

因考慮到檢測成本與檢測技術水平等因素，當前很多礦井都沒有給供電系統(tǒng)裝設自動化實時監(jiān)控系統(tǒng)。而近年來，隨著國家對煤礦安全生產水平要求的不斷提高，很多礦井都在努力改進完善礦井供電檢測系統(tǒng)，但也有很多礦井只是做做表面工程，只是選用一些成本低，自動化水平不高的檢測監(jiān)控系統(tǒng)，根本不能把礦井供電系統(tǒng)實際工作情況，全面準確及時地反饋至礦井地面控制中心。長此以往，眾多安全隱患無法及時排除，難免會引發(fā)礦井供電事故，易給礦井造成重大損失。

2.4 礦井供電線路過長

隨著礦井開采年限的增加，礦井開采深度不斷加深，開采規(guī)模逐步增大，回采巷道走向長度及掘進巷道走向長度會越來越大，同時所用開采設備的功率也在不斷增大，礦井應布設的輸電線路也是越來越長，之前應用的很多輸電線路開始逐年老化，供電能力也在逐年下降，長期運行易出現嚴重發(fā)熱現象，造成礦井溫度升高，易引發(fā)礦井發(fā)生火災或出現瓦斯爆炸事故。究其原因電纜截面過小，采用非正常方式啟動電機以及應用老舊的饋電設備等，都易給礦井低壓長距離供電埋下重大安全隱患[3]。

2.5 供電負荷過大

當前很多礦井原設計供電容量比現供電系統(tǒng)負荷容量小很多，這樣會造成主變壓器長期處于低效工作狀態(tài)，這樣不僅會影響電能質量，而且還易使電纜出現嚴重發(fā)熱現象，變壓器過熱現象，同時還會加速供電線路絕緣層老化速度，可能引發(fā)瓦斯爆炸事故，對礦井安全生產造成嚴重威脅。

3 優(yōu)化礦井供電系統(tǒng)

（1）可裝備兩臺升壓隔離裝置，讓一臺處于運行態(tài)，另一臺帶電備用，可讓地面變電所借助升壓隔離裝置來給礦井工作面上的采煤設備、照明設備進行供電，而通過礦井變電所饋電盤柜來給一些重要設備如通風設備、排水設備以及瓦斯抽采設備等提供連續(xù)可靠的電能。

（2）裝設低壓漏電保護器饋電開關，逐步改進完善礦井供電系統(tǒng)漏電保護系統(tǒng)，以有效進行漏電保護作業(yè)[4]。

（3）在礦井內布設接地網、接地級、接地扁鋼還有等電位連接體，逐步強化礦井保護接地系統(tǒng)。

（4）可在電動機控制箱內裝設繼電保護裝置，同時借助低壓磁力啟動器或采用真空啟動器來對高壓電動機與低壓電動機進行有效控制，以最大限度地防止出現漏電現象、過流現象以及短路現象等。

4 解決礦井供電系統(tǒng)現存問題的對策

4.1 借助電力設備來整治諧波，努力消除諧振

在實際生產中，要想把礦井諧波全部消除較難，但借助科學的消波措施可以有效消除大量諧波。當前人們應用最多的消波措施主要是給整流變壓器供電母線裝設過濾諧波的濾波器，這樣可有效消除供電線路中存在的大量諧波，可很好地遏制電流波動現象，大力吸收電網中含有的諧波，且可在某種程度上對電網實施必要的無功補償。當前消除諧波的方法也有兩種：借助消諧器來讓電壓互感器的中性點接地；借助消弧線圈來讓系統(tǒng)中性點與自動調諧補償裝置接地。這兩種消諧波方法各有特點，對于第一種消諧波方法而言，所用部件較少，結構較簡單。而對于后一種消諧波方法而言，需用到的器件較多，實際結構也相對較復雜，但具有更好的消波效果[5]。

4.2 科學、合理地布設供電電源

電能可以說是保障礦井正常生產的基礎能源，煤礦企業(yè)要想獲得正常生產，必須有高可靠性以及高安全性的電能作保障。對此，在煤礦初建階段，就應科學、合理地優(yōu)化供電電源，以確保后期電能供應能實現長期、穩(wěn)定、可靠、連續(xù)；同時在布設輸電線路時，應布置為雙回路供電，且應根據礦井實際情況，可從多個供電網或不同的變電所來引進電能，爭取做到電源布置科學、合理。

4.3 串聯補償電容，讓相鄰兩電氣間的供電線路盡量變短

在實際生產中，隨著供電線路長度的加長，其壓降也會逐步增大，為保障采用長距離輸電線路供電的設備仍能正常啟動，應想方設法地減小輸電線路電壓降，來讓系統(tǒng)短路容量變大進而增大短路電流。但要想使電路壓降變小，只能借助壓縮輸電線路的實際有效長度，但井下布設的輸電線路長度通常是無法縮減的，對此，只能借助給線路加裝補償裝置來讓電氣與電氣間輸電線路的長度盡量縮短，進而來使線路的電壓降變小。當前串聯補償電容是人們應用較多的補償裝置，它可使供電系統(tǒng)的電能供應更穩(wěn)定，同時改善供電質量，讓電氣接受端的輸電線路的電壓盡量升高，進而更好地解決礦井供電線路過長的問題。

4.4 完善繼電保護系統(tǒng)

在設計礦井供電系統(tǒng)繼電保護時，可引入選擇性斷電控制技術以及分級閉鎖保護技術來為礦井供電系統(tǒng)的安全可靠運行保駕護航，以提供連續(xù)安全可靠穩(wěn)定的電能，進而確保礦井機電設備連續(xù)穩(wěn)定運行，同時還能更好地防治人為安全事故，進一步提高礦井供電系統(tǒng)防火防爆水平[6]。

5 結束語

總之，隨著一些大功率，高性能機電設備被廣泛應用于礦井中，煤礦生產效能不斷提高，與此同時礦井供電系統(tǒng)所承擔的供電任務也會越來越重。為確保礦井電能供應的長期連續(xù)穩(wěn)定可靠，必須基于礦井供電系統(tǒng)現狀，找出其中存在的問題，并采用一系列行之有效的方法進行應對，只有這樣才能有效改善礦井供電質量，進一步提升礦井供電水平。