礦山供電系統(tǒng)優(yōu)化及技術(shù)改造分析

1 礦山供電系統(tǒng)的基本特征

1.1 可靠性高

供電可靠性是指供電系統(tǒng)持續(xù)供電的能力和不間斷供電的可靠程度?？煽啃愿呒匆蟮V山供電系統(tǒng)要具有較強的持續(xù)供電的能力，在供電設(shè)備設(shè)施、供電線路故障和用電設(shè)備故障等情況下，要通過相應的保障措施，保證供電系統(tǒng)能夠不間斷供電。在礦山供電系統(tǒng)中通常對一級負荷采取雙電源供電系統(tǒng)，以保證對礦山一級負荷設(shè)備設(shè)施實現(xiàn)不間斷供電；對重要設(shè)備采取雙回路獨立的供電電源線路、規(guī)避分接負荷等措施，實現(xiàn)重要設(shè)備和供電系統(tǒng)的安全運行；對其他電器設(shè)備則要通過完善的安全保護措施，減少對生產(chǎn)的影響，保證礦山供電系統(tǒng)的高可靠性。提高供電系統(tǒng)的可靠性，不僅可以提升供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，減少因供電系統(tǒng)故障造成的生產(chǎn)影響，保證礦山的生產(chǎn)效率，同時也可以減少供電系統(tǒng)維護、維修成本，降低檢維修工作人員的勞動強度，大幅度地提高礦山的生產(chǎn)效率[1]。

1.2 具有安全保障

安全保障即要求礦山供電系統(tǒng)必須要具有較高的安全性，由于礦山本身環(huán)境的獨特性、復雜性以及惡劣的自然條件影響，供電系統(tǒng)是否能安全運行將直接影響礦山的生產(chǎn)工作，為保證礦山供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行，保障電器設(shè)備設(shè)施安全持續(xù)運轉(zhuǎn)，對供電系統(tǒng)采取防爆、防觸電以及防漏電等安全保護措施改造，提高供電系統(tǒng)的安全性，同時還可以通過采用先進的科學技術(shù)手段，對供電系統(tǒng)的各項參數(shù)進行動態(tài)監(jiān)測，實時監(jiān)測供電線路與電器設(shè)備的運行情況，對供電系統(tǒng)實施動態(tài)實時管理，提高供電系統(tǒng)整體的安全性，保障礦山電器設(shè)備和操作人員具有更高的安全性。

1.3 技術(shù)合理

技術(shù)合理就是利用現(xiàn)代化先進技術(shù)，進一步保證礦山供電系統(tǒng)運行的技術(shù)合理性，在礦山供電系統(tǒng)建設(shè)和改造過程中，要針對電力系統(tǒng)中的負荷分布情況，合理設(shè)置供電線路的布局，減少線路損耗。礦山電力設(shè)備保護設(shè)施的參數(shù)整定必須定期由專業(yè)人員進行，當供電系統(tǒng)中當電力負荷發(fā)生較大變化的時候，要及時對相應的保護設(shè)施重新進行整定和調(diào)整，供電系統(tǒng)在設(shè)計和安裝設(shè)備保護設(shè)施的時候，要采取選擇性停電控制技術(shù)以及分級保護技術(shù)，最大限度的保護礦山供電設(shè)備運行的穩(wěn)定性與連續(xù)性。通過設(shè)置合理的電器保護措施，實現(xiàn)對電氣設(shè)施和供電電纜的保護，同時要通過現(xiàn)代技術(shù)手段，對電網(wǎng)的電壓偏移量、頻率差以及功率因數(shù)等電力參數(shù)進行科學、合理化的管控[2]，加強供電系統(tǒng)的技術(shù)管理，使礦山供電系統(tǒng)趨于合理。

1.4 經(jīng)濟效益高

經(jīng)濟效益是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的核心，企業(yè)經(jīng)營最終目標是要實現(xiàn)利益最大化，而礦山供電系統(tǒng)電力消耗成本在企業(yè)的總成本中占有較高比例，供電系統(tǒng)建設(shè)和技術(shù)改造的合理性直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。在礦山供電系統(tǒng)的建設(shè)和技術(shù)改造時，要以滿足生產(chǎn)需要和可持續(xù)發(fā)展為根本目標，以減少投資和減少改造量為原則，保證供電系統(tǒng)的技術(shù)先進性，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的簡單化。在保證現(xiàn)有的電氣設(shè)備以及供電線路安全運行前提下，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)先進、經(jīng)濟效益合理、可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的要求，同時要通過使用高技術(shù)含量、高穩(wěn)定性設(shè)備減少供電系統(tǒng)維護消耗，降低系統(tǒng)維護成本，提高礦山供電系統(tǒng)的運行效率，使企業(yè)的經(jīng)濟效益穩(wěn)步提升。

2 礦山供電系統(tǒng)存在的問題

2.1 供電系統(tǒng)負荷不平衡

礦山供電系統(tǒng)在實際運行過程中，時常會受供電系統(tǒng)負荷不平衡因素的制約。首先礦山供電系統(tǒng)一般使用三相四線制輸送電力，三相生產(chǎn)用電設(shè)備與單相負載混合使用，實際工作中由于電氣技術(shù)人員疏忽加上大功率單相設(shè)備的增容及使用時間的不同時性影響，致使單相負載過大，形成了三相負載的不平衡；其次礦山生產(chǎn)電氣設(shè)備運行環(huán)境惡劣，電氣設(shè)備使用現(xiàn)場灰塵大、露天使用易導致電氣設(shè)施短路損壞，致使電氣設(shè)備故障運行，導致供電系統(tǒng)三相負載不平衡；三是由于礦山供電電纜的搭設(shè)的過程中時常會出現(xiàn)擠、壓、砸、割等物理性的電纜損害，容易造成漏電事故，導致供電系統(tǒng)三相電流不平衡。受以上幾項因素影響，礦山供電系統(tǒng)負荷不平衡問題非常突出，三相負荷的不平衡將大幅度降低供電系統(tǒng)運行效率，對礦山生產(chǎn)工作造成不良影響。

2.2 用電設(shè)備與供電系統(tǒng)不匹配

目前礦山生產(chǎn)機械化應用與技術(shù)升級速度加快給礦山供電系統(tǒng)提出了更高要求，設(shè)備更新后與原有供電系統(tǒng)不能夠完全匹配，如供電系統(tǒng)未及時進行改造將無法滿足新設(shè)備安全運行的要求。其次是礦山供電系統(tǒng)技術(shù)改造后，使用了大量的電力電子裝置以及一些非線性的電力電子器件，雖然在一定程度上滿足了礦山對電氣設(shè)備功能的需求，但對電網(wǎng)中無功危害與諧波污染方面也越發(fā)嚴重，造成礦山電力系統(tǒng)供電質(zhì)量下降、功率因數(shù)降低、諧波含量過高等問題。同時,因礦山生產(chǎn)實際工作需要供電系統(tǒng)中經(jīng)常會臨時性接線，改變了供電系統(tǒng)運行的平衡狀態(tài)，加速供電系統(tǒng)中內(nèi)部元件以及開關(guān)設(shè)備的老化程度，以上因素都直接影響到礦山供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

礦山現(xiàn)有電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)不匹配的問題，一方面使得礦山供電系統(tǒng)電力設(shè)施存在超負荷的問題，降低供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至造成供電系統(tǒng)大范圍的故障；另一方面新型電力設(shè)備設(shè)施技術(shù)升級影響礦山供電質(zhì)量，影響其他電器的設(shè)施的正常運行，供電系統(tǒng)穩(wěn)定性與安全性受到制約，直接影響礦山生產(chǎn)工作的安全高效運行。

2.3 諧波污染嚴重

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備被應用到了礦山供電系統(tǒng)中。但是將性能高、功率大的變頻器、調(diào)速器等電子設(shè)備應用到礦山供電系統(tǒng)中，會對供電系統(tǒng)產(chǎn)生大量的諧波污染，嚴重影響供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

諧波會使供電系統(tǒng)中的產(chǎn)生附加的損耗，降低供電系統(tǒng)的運行效率，大量三次諧波電流會導致電動機發(fā)熱、機械振動力加大、產(chǎn)生較大噪音，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短以致?lián)p壞。諧波還會導致電器保護裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失，諧波還會對其他電子設(shè)備造成干擾產(chǎn)生失真的情況，致使一些精密電子儀器工作異常，對礦山電氣設(shè)備的功能產(chǎn)生一定程度的破壞。同時諧波還能造成電網(wǎng)中的感性負載同電容器產(chǎn)生一定程度的諧振現(xiàn)象，當高次諧波干擾嚴重時，電網(wǎng)中的感性負載設(shè)備的感抗數(shù)值和補償電容器的容抗數(shù)值都會成倍提高，使諧波電流進一步放大，諧波電流的增加將造成電器設(shè)備、電容器絕緣介質(zhì)的進一步損壞，加速供電系統(tǒng)中相關(guān)電器設(shè)備的絕緣老化速度。

3 礦山供電系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化及改造方法

3.1 穩(wěn)定供電系統(tǒng)負荷

為提高礦山供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，供電系統(tǒng)的負荷平衡是關(guān)鍵。電力系統(tǒng)在運行過程中大負荷的用電設(shè)備接入或從電網(wǎng)切除前要先同相應管理部門溝通并采取必要的防護措施，減少負荷波動對供電系統(tǒng)的影響，臨時性接線或單相負載接線要在技術(shù)人員指導下接入電網(wǎng)，減少人為造成的負載不平衡問題。供電系統(tǒng)中采用三相四線制輸送電力時，應使用3芯或4芯的電纜或使用低壓集束導線供電，將三相四線制導線束延伸到每一個設(shè)備，減少地域分布影響，將分散的單相負荷重組為比較對稱的三相負載，進一步平衡三相負載，減少中性線電流，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的負荷平衡。

針對礦山電力設(shè)備運行環(huán)境惡劣的問題，可以在電力線纜的架設(shè)過程中加強對電纜的保護，以減少周邊環(huán)境對電纜安全使用造成的影響，同時對重要用電設(shè)備要采取單一電線路供電，減少其他設(shè)備故障和線路故障對重要設(shè)備的影響；其次針對供電電纜運行中時常出現(xiàn)的擠、壓、砸、割等的物理損害，可在易損壞的電纜設(shè)備的配電箱上加裝上防漏電保護裝置，減少漏電事故對供電系統(tǒng)負荷平衡造成的影響。同時在礦山新增設(shè)備的供電系統(tǒng)設(shè)計時，要選擇使用電壓低、技術(shù)先進的設(shè)備，從根源上降低三相負荷不平衡對礦山供電系統(tǒng)運行所造成的影響[3]。

3.2 優(yōu)化供電系統(tǒng)，完善設(shè)備型號

為解決供電系統(tǒng)與用電設(shè)備不匹配的問題，不僅要完善設(shè)備型號匹配，還要分析礦山的實際運行情況以及新技術(shù)發(fā)展趨勢，對供電系統(tǒng)實施進一步技術(shù)改造升級：

一是在新項目設(shè)備更新時，首先要根據(jù)現(xiàn)有供電系統(tǒng)所能承載的負荷情況選擇新的電器設(shè)備，減少因為用電設(shè)備更新所造成的電網(wǎng)不匹配問題。

二是確因生產(chǎn)需要更新大型用電設(shè)備與電網(wǎng)不能匹配時，要對整個電網(wǎng)供電設(shè)施進行配套的改造升級，保證新設(shè)備在供電系統(tǒng)中安全合理使用。

三是要對一些非線性的電力電子器件的設(shè)備安裝配套的諧波濾除設(shè)施，要采取就地補償?shù)脑瓌t，補償設(shè)施要盡量同設(shè)備同時切換，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時要對礦山供電功率因數(shù)低的電力設(shè)備進行及時更換，逐步推廣防爆型無功率補償技術(shù)產(chǎn)品的使用，提升大型設(shè)備的功率因數(shù)，積極對供電線路進行優(yōu)化升級，全面提升線路的輸送電能力[4]，使供電系統(tǒng)最大限度的發(fā)揮應有的效能。

四是礦山電器設(shè)備要逐步采取計算機技術(shù)、微電腦技術(shù)實施科學化管理，進一步促進礦山供電系統(tǒng)技術(shù)管理升級，要及時對現(xiàn)有的電力設(shè)備進行檢修、故障排查，對不符合使用標準的設(shè)備進行更新，逐步采用現(xiàn)代化的先進設(shè)備更新老舊設(shè)備，要對老舊落后的供電保護裝置實施改造，依據(jù)礦山實際需求更換新型保護裝置，利用先進的設(shè)備保證供電系統(tǒng)的可靠性與靈敏性，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.3 實施抗諧波污染的技術(shù)改造

諧波污染對供電系統(tǒng)具有非常嚴重的危害，目前抑制諧波的方法主要是增加諧波補償設(shè)施。對于礦山供電系統(tǒng)中相對固定的設(shè)備或負荷比較穩(wěn)定的線路可采用無源濾波器進行補償，無源濾波器是應用最廣、成本最低、技術(shù)最為成熟的濾波方式之一，是利用電感、電力電容和電阻并聯(lián)于系統(tǒng)中組成的濾波電路，對三次諧波電流或某一頻率的諧波起到濾除的作用，大功率電器設(shè)備的補償濾波裝置應盡可能靠近電氣設(shè)備進行安裝，以抑制諧波對其他電器造成的影響，小功率的電器設(shè)備可采取集中補償形式，以降低補償設(shè)備的資金投入。

對于礦山供電系統(tǒng)中負荷變化較大或經(jīng)常性接入臨時負載的線路可采用有源濾波器進行補償，有源濾波器可以動態(tài)濾除供電線路中的諧波，通過實時監(jiān)測并向電網(wǎng)中注入一組和諧波電流大小相等方向相反的電流實現(xiàn)對諧波的動態(tài)濾除，同時還可以實現(xiàn)諧波、無功以及負序電流的動態(tài)補償。由于有源濾波器的成本較高，實際應用中可采取混合型有源濾波器，將無源濾波器和有源濾波器組合起來，無源濾波器用來完成無功功率補償和補償部分諧波，有源濾波器部分則主要用來改善無源濾波器的特性，動態(tài)濾除剩余諧波分量，混合型有源電力濾波器具有無源濾波器成本低、容量大的優(yōu)點，同時具備有源濾波器補償效果好、安全可靠的優(yōu)點，并且消除了無源濾波器效果差、易諧振的缺點，并解決了有源濾波器因成本高而難以應用到實際工業(yè)生產(chǎn)中去的問題，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補，進一步改善了供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量[5]。

4 結(jié)語

以上對礦山供電系統(tǒng)存在的問題和優(yōu)化措施，以及技術(shù)升級改造方法進行了淺顯的研究與分析，著重對供電系統(tǒng)的負荷平衡、供電系統(tǒng)與用電設(shè)備的優(yōu)化匹配以及電網(wǎng)中的諧波抑制等方面進行了闡述。實踐證明通過上述的優(yōu)化和改造，礦山供電系統(tǒng)整體的運行效率、穩(wěn)定性和安全性得到了有效提高。相信隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化智能電氣技術(shù)的不斷推廣，礦山供電系統(tǒng)和用電設(shè)備的技術(shù)水平將會逐步提高，既可以進一步滿足礦山的生產(chǎn)運行的需求，保證礦山開采工作順利進行，也可以為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益，從而使礦山生產(chǎn)為我國現(xiàn)代化經(jīng)濟建設(shè)做出更大的貢獻。