淺談煤礦分區供電的意義

付海恩 冀中能源股份有限公司

一、煤礦對供電的一些基本要求

供電可靠性要高，所謂供電可靠，就是要求供電時不能間斷。一旦礦井發生供電中斷，極有可能會給礦井、職工人身及財產的安全帶來嚴重威脅。我們現行的《煤礦安全規程》規定：礦井應有兩回路來自不同變電所的電源線路，當任一回路發生故障停止供電時，另一回路應能擔負礦井全部負荷。這就說明了供電可靠的重要性。

供電安全性要好，井下供電容易導致觸電或由電火花引起的瓦斯、煤塵爆炸等事故，所以，必須采取一系列技術措施，制定嚴格的規章管理制度，保證礦井的安全供電。

供電質量良好，對于煤礦供電，不但要求電能數量滿足生產需要，而且要求供電電能質量良好：即頻率波動范圍、電壓波動范圍、諧波參數滿足要求。

供電經濟性要好，煤礦供電設備大多屬于大功率用電設備，耗電量很大，如果沒有采取合理的“避峰就谷”措施，或者是整體供電系統的設計不合理，電器設備安裝、使用等存在不當情況，就會造成功率因數降低，線路損耗增大，使生產成本上升。因此，保證煤礦供電的經濟性意義重大。

二、現階段煤礦供電中的一些問題

1.個別礦井供電系統電容電流存在過大的現象，更甚者有的礦井電網電容電流已經超出《煤礦安全規程》的要求；在煤礦的供電系統中，電容電流直接可以反映接地電流的大小，煤礦供電系統越來越復雜，接地發生的可能性就越來越大，而當電容電流達到一定程度，就會產生電弧，對煤礦的安全生產造成極大的威脅。2.系統諧波污染加重的問題；隨著經濟的發展，電力電子技術在最近幾年獲得較快的發展，一些開關器件被廣泛應用于煤礦生產生活中，但其存在功率較大、無功消耗較大的特點，如變頻器、無功補償裝置、可控硅等，這些設備在幫助生產的同時，制造出很多諧波，使電網電壓波形發生畸變，注入3次、5次、7次、11次諧波超標。3.選擇性接地（漏電）保護裝置的動作可靠性、靈敏性和準確性不足的問題。

三、煤礦進行合理分區供電的意義

（一）煤礦供電系統中性點運行方式

礦井中性點接地方式是電力系統中一個涉及范圍大，且必須重視加以研究分析的問題，中性點運行方式是指電力系統中以星形接線的發電機和變壓器，其中性點不同的接地方式，有直接接地，不接地，或者經阻抗接地方式。

簡單來說中性點接地方式有兩大類:一類是中性點直接接地或經過低阻抗接地，稱為大接地電流系統；另一類是中性點不接地，經過消弧線圈或高阻抗接地，稱為小接地電流系統。其中采用最廣泛的是中性點接地、中性點經過消弧線圈接地和中性點直接接地等三種方式。煤礦井下供電系統必須采用中性點不接地運行方式。

（二）煤礦選擇中性點不接地系統的優缺點

煤礦選擇中性點不接地系統運行方式，優點是，中性點不接地系統可以提高煤礦供電的可靠性，當發生單相接地故障時，由于不夠成回路，所以流過故障點的是由對地電容形成的容性電流，數值很小，可以有效限制單相接地電流，當人體觸電時，同樣通過人體的電流也很小，不易對生命造成危害；再就是不會出現單相短路，不會產生很大的電弧，這樣就不容易引起瓦斯和煤塵爆炸或人員傷亡。整個系統可以維持運行一段時間，在絕緣還沒破壞前，最好要及時消除故障，不能在這種狀態下長時間運行，一般不超過1－2小時。

缺點：當供電系統發生某一項接地時，另外兩相對地電壓升高為對應的線電壓，極容易造成絕緣薄弱環節被擊穿。同時，單相接地電弧可進一步燒壞相間絕緣。所有這些都有可能造成相間短路，引起電氣事故。

三、加裝隔離變壓器進行分區供電的意義

煤礦特殊的工作環境，單項接地發生的概率比較高。礦井電氣設備采用中性點不接地的運行方式十分必要，但是，如何規避該運行方式的缺點，更加有效提高煤礦供電的可靠性擺在我們面前，正確合理的采用分區供電，通過隔離變壓器，將復雜的供電系統，區分開來，是一個不錯的選擇。

（一）隔離變壓器原理

隔離變壓器可以給用電設備提供較為“純凈”的電源電壓，它的原理與普通干式變壓器相同，其輸入繞組與輸出繞組在電氣上彼此隔離，同樣利用電磁感應原理。隔離變壓器的輸出端跟輸入端是完全隔離的，這樣就有效的對變壓器的輸入端（電網供給的電源電壓）起到了一個良好的過濾作用。

各個分區的供電系統互不影響，反之亦然，減小了單相接地故障的影響面，提高了供電可靠性，方便了故障排查。從接地選線與井下接地保護角度看，也將大幅提高選線準確率，進一步提高供電可靠性。

（二）隔離變壓器作用

1.隔離電壓分區供電。隔離變壓器的原副邊繞線圈各自的電流相互隔離不構成電氣回路，輸入繞組與輸出繞組電氣隔離，變壓器將大系統從根本上分隔為多個接地小系統。2.隔離單相接地故障。隔離變壓器可以有效隔離單相接地故障，任何一側發生單相接地故障，電容電流只會在本側構成回流，不會引起另一側零序電壓變化，不會引起另一側單相對地電壓升高。3.抑制干擾。隔離變壓器采用三相雙繞組結構，對于發現放電、閃電、電機啟動、電網切換等其它電網引起的干擾都有抑制作用，可以有效去除奇數次諧波干擾、三次諧波。4.降低短路電流。隔離變壓器增加系統阻抗，能有效抑制系統短路電流，使保護裝置等容易配合。

四、分區供電也帶來一些問題

（一）分區供電會增加網損

加上隔離變后，整個電網的網損略有增加。

（二）分區供電會增加消弧線圈的數量

各分區電容電流不再通過一套消弧線圈治理，各個分區需要根據測試電容電流實際情況單獨治理，在加裝隔離變后，需要加裝消弧線圈進行綜合治理。

綜上所述，煤礦選擇正確、適當的分區供電方式，可以解決一部分礦井供電系統中凸顯的問題，但是，分區供電也不可能解決供電系統中出現的所有問題，讓我們一起去研究、去實踐，探索出一條逐步提升煤礦供電系統安全可靠性的道路。