提高礦井高壓電網安全運行的可靠性研究

安益智，閆英俊，劉寶濤

(1.河南省煤層氣開發(fā)利用有限公司地煤公司，河南鄭州450000;2.河南安林煤業(yè)有限公司，河南安陽455000)

1 引言

電能是煤礦生產的主要源動力，隨著原煤產量的不斷增加，機械化程度不斷提高，電動機負荷增多，設備利用率高，單機容量也逐漸增加，井下供電系統(tǒng)級數多，距離長、負荷大，線路電壓損失超標，井下變電站母線電壓過低，造成井底負荷無法正常運行，甚至無法啟動。特別是工作面運輸機需要在重載下起動，出現了工作時設備不能正常運轉，起動時困難的情況。

同時，井下高壓電網，因受經濟、技術等各種因素的限制，大都是由多段短電纜(100～1200m/段)所組成的逐級控制干線式縱向網絡，傳統(tǒng)的短路保護方法，因各段短路電流幅值相差較小，時限設定受上級供電部門繼電保護時限與《煤礦安全規(guī)程》的約束，故不能構成有效的縱向選擇性短路保護系統(tǒng)，發(fā)生短路故障常導致越級跳閘是不可避免的，有的礦井甚至越過多級引起地面6～10kV下井電纜開關跳閘，造成井下大面積長時停電，嚴重時造成井下瓦斯急劇增加，給礦井生產和人員安全造成嚴重威脅，這是井下供電長期存在的電氣安全隱患技術難題。

因此開展煤礦井下6kV供電系統(tǒng)安全運行的可靠性研究具有重要意義。

2 井下高壓電網供電系統(tǒng)存在的問題

某礦是一座特大型現代化礦井，原設計能力為年產90萬噸，經過多次擴建，實際生產能力已達800萬噸。

該礦供電系統(tǒng)為35kV系統(tǒng)，35kV系統(tǒng)四個變電所組成，四個變電所的高壓系統(tǒng)主結線方式均為全橋式結線，四個35kV母線可以并列運行或分列運行。該礦井下供電系統(tǒng)主要由19個變電所組成。入井電壓為6kV，下井電纜共有12個回路，分別向井下6個中央變電所及總變電所供電。

2.1 供電系統(tǒng)方面

井下供電系統(tǒng)中有幾處屬高壓電纜在無開關控制的條件下引出的，這種供電方式將會出現以下問題:使得分支點上部開關的過流保護整定困難、復雜;造成故障時停電范圍擴大;增加電纜線路的故障概率，高壓電纜的無開關分支聯(lián)接，部分需采用高壓三通電纜接線盒，工藝復雜，質量難以保證，日久易發(fā)生故障。據事故統(tǒng)計，電纜線路故障約有70%是發(fā)生在接線盒內，故此舉人為地增加了線路中的接線盒數量，也就是增加了電纜線路的故障概率。

同時井下供電系統(tǒng)以縱向干線式逐段控制保護的方式為主，再加上井下高壓全部由阻抗較小的電纜所組成，各段線路首末兩端短路電流的差距較小，這就使得以速斷為主體的井下過流保護系統(tǒng)難以實行有效的縱向選擇性保護，縱向級數越多，保護的設置與整定越困難，發(fā)生短路時引起越級跳閘的概率就越高。

2.2 設備老化問題

(1)該礦井下部分主要干線上的高壓鎧裝電纜投運多年，多次受潮，絕緣老化，電纜鋼帶鎧裝生銹，局部脫落，存在重大的突發(fā)性安全隱患。

(2)使用的BGP6－6型高壓隔爆開關，運行時間較長，機件磨損，元器件老化嚴重，保護機箱型號多且為普通的繼電器保護，運行性能不穩(wěn)定，配件組織困難，影響整個6kV供電系統(tǒng)的運行可靠性。

(3)井下部分移動變電站投運多年，運行性能不穩(wěn)定，尤其是早年生產的315，500kVA小容量高損耗移動變電站，多數已接近或達到其設計使用的年限(一般為20年)，絕緣老化嚴重，故障率高。

2.3 保護設置問題

過流保護的設置與整定，必須在全局的條件下通盤考慮，做到在縱向上各級、各段線路均有較合理的配合，否則，就可能在發(fā)生過流或短路故障時引起越級跳閘。

3 提高井下高壓安全運行的具體措施

3.1 優(yōu)化地面35kV變電所的運行方式與保護設置

針對該礦的三個35kV變電所的最佳運行方式為全分列運行，即35kV電源線路、主變壓器、6kV母線均為分列運行的方案。

3.2 設置備用電源自動投入裝置(BZT)

設置備用電源自動投入裝置可提高礦井35kV變電所的供電可靠性，主要用于當一條35kV電源線路使用，一條帶電備用，或一臺主變壓器使用，一臺備用的情況下，防止因運行線路或變壓器故障時引起全礦停電。

3.3 改進井下高壓隔爆開關的欠電壓保護裝置

有必要對井下高壓隔爆開關中的欠電壓保護裝置進行技術改造，使其動作帶有2～3s的延時，并設置在井下大量的高壓線路開關上。這樣，當出現上述情況的停電并短時恢復時，可顯著減少全面恢復供電的時間。

3.4 構建合理的電網結構

綜合考慮全礦的生產負荷以及相互影響，適當減小井下供電線路級數，將干線級數控制在三級以內，將會對供電可靠性有一定的促進作用。

3.5 加強對影響電網可靠性的災害防治

3.5.1 做好電網對地電容電流治理工作

《煤礦安全規(guī)程》2010年版第457條規(guī)定:礦井高壓電網，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20A。地面變電所和井下中央變電所的高壓饋電線上必須裝設有選擇性的單相接地保護裝置;供移動變電站的高壓饋電線上必須裝設有選擇性動作于跳閘的單相接地保護裝置。

因此，必須對井下高壓電網對地電容電流進行詳細的測定，根據測定情況，制定相應的治理方案。

3.5.2 定期檢測礦井電網諧波

“諧波污染”已經成為運行設備和電網的危害因素，很有必要對供電網絡進行諧波治理，消除諧波對其他設備所產生的干擾。

3.5.3 提高供電系統(tǒng)抗雷擊能力

據統(tǒng)計，我國雷擊事故造成高壓輸電線路跳閘總跳閘次數的40%～70%，雷電已成為嚴重影響電網安全運行的重要因素。因此，需對供電網絡防雷可靠性進行評估，得到其薄弱環(huán)節(jié)，提出改進方案，設計先進可行的防雷保護措施，解決煤礦供電系統(tǒng)存在的雷擊大面積停電的事故隱患以及克服雷擊造成重要負荷供電中斷等問題。

3.5.4 建立井下大容量電動機起動的預約調度制

大容量電動機在實施起動前，必須向地面35kV變電所值班室提出預約申請，待值班人員根據供電網絡的負荷情況批準起動的時間后再起動。

有了這一制度，可基本杜絕同時起動多臺大容量電動機的現象。

4 結論

井下6kV供電系統(tǒng)存在的主要問題有:高壓電網縱向級數太多;多處供電線路分支處無開關控制;相當一部分電纜、高爆開關、變壓器等使用日久等。這些問題造成供電系統(tǒng)事故多發(fā)，越級跳閘現象普遍，而且上級短暫停電也會造成全礦大面積長時斷電，使供電可靠性降低，威脅礦井生產安全并嚴重制約正常規(guī)?；╇?。

要解決上述存在的問題，關鍵是要充分認識到供電安全、可靠的必要性和重要性，本文提出的提高煤礦井下高壓電網供電可靠性的具體措施具有參考價值，對提高煤礦安全運行具有一定的幫助。

［1］國家煤礦安全監(jiān)督局.煤礦安全規(guī)程［Z］.2010.

［2］鄒有明.煤礦井下高壓過流保護的設置與整定［J］.煤礦機電，1993(3):10－12.

［3］王崇林，鄒有明主編.供電技術［M］.煤炭工業(yè)出版社，1997.

［4］金兆民.煤礦6kV電網消弧線圈補償對高壓選擇性接地保護裝置的影響［J］.煤炭科學技術，1997，25(2):1 －6.

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