煤礦供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行分析

【摘 要】文章結(jié)合煤礦供電系統(tǒng)特征，分析了目前我國(guó)煤礦供電系統(tǒng)的常見(jiàn)問(wèn)題以及問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并對(duì)供電系統(tǒng)靜態(tài)安全進(jìn)行了分析，提出了詳細(xì)的計(jì)算方式。

【關(guān)鍵詞】煤礦；供電系統(tǒng)；計(jì)算分析

1.煤礦供電系統(tǒng)特性分析

1.1分段單母線接線方式 采用分段單母線接線方式的煤礦電網(wǎng)，其進(jìn)線電源側(cè)電壓等級(jí)為35～110kV，主變電站具有兩回及以上電源線路或裝有兩臺(tái)及以上變壓器。以某分段單母線結(jié)線方式的煤礦電網(wǎng)為例，其主接線圖如圖1所示。分段單母線接線的優(yōu)點(diǎn)有：接線簡(jiǎn)單清晰、設(shè)備較少、操作方便、占地少、便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置，當(dāng)一段母線發(fā)生故障，可保證正常母線不間斷供電，不致使重要負(fù)荷停電；缺點(diǎn)有：當(dāng)一段母線或母線隔離開(kāi)關(guān)發(fā)生永久性故障或檢修時(shí)，則連接在該段母線上的回路在檢修期間停電。

1.2雙母線結(jié)線方式 采用雙母線接線方式的煤礦，其進(jìn)線電源側(cè)電壓等級(jí)為35～110kV，110kV線路為6回及以上時(shí)，或35～63kV線路為8回及以上時(shí)，或6～10kV線路為12回及以上。雙母線接線方式的優(yōu)點(diǎn)有：供電可靠性高、運(yùn)行靈活；缺點(diǎn)有：使用設(shè)備多、投資大、接線復(fù)雜、操作安全性較差。

1.3含有自備電廠的煤礦電網(wǎng)結(jié)線方式 含有自備電廠的煤礦，其進(jìn)線電源側(cè)電壓等級(jí)為35～110kV。煤礦有自備電廠的主要優(yōu)點(diǎn)是可以保證礦用負(fù)荷的用電充裕性，能夠在上級(jí)電網(wǎng)故障斷電時(shí)確保礦井供電的連續(xù)可靠性。缺點(diǎn)是自備電廠多為6～12MW的小型發(fā)電機(jī)組，機(jī)組本身運(yùn)行不穩(wěn)定，故障頻率較高，一旦出現(xiàn)機(jī)爐故障，在沖擊系統(tǒng)電網(wǎng)的同時(shí)，會(huì)波及礦區(qū)電網(wǎng)，引起電網(wǎng)的擾動(dòng)或振蕩，威脅煤礦安全生產(chǎn)。

2.供電系統(tǒng)的常見(jiàn)問(wèn)題分析

2.1煤礦電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)存在薄弱環(huán)節(jié) 目前大部分煤礦的電網(wǎng)均來(lái)自上級(jí)的電源進(jìn)線，雖設(shè)為兩條或多條，但是普遍存在只能使用一條進(jìn)線的情況，無(wú)自備電廠的煤礦一旦發(fā)生接入電源的母線側(cè)短路故障，保護(hù)跳閘后將會(huì)導(dǎo)致全礦失電，危害到礦井的安全生產(chǎn)。

2.2繼電保護(hù)配合實(shí)現(xiàn)困難 礦井供電系統(tǒng)是單輻射式供電結(jié)構(gòu)，井下各采區(qū)變電所距離地面變電所電源較遠(yuǎn)，線路經(jīng)由井下中央變電所連至采區(qū)經(jīng)過(guò)的開(kāi)關(guān)級(jí)數(shù)多，上下級(jí)定值配合上需要較長(zhǎng)的時(shí)限，而上級(jí)變電站或區(qū)域電網(wǎng)對(duì)電源保護(hù)的時(shí)限和定值已經(jīng)限定，且給定值很小無(wú)法更改，煤礦變電所開(kāi)關(guān)整定時(shí)只能縮小定值，縮短保護(hù)時(shí)限，造成上下級(jí)保護(hù)無(wú)法配合，因此一旦井下出現(xiàn)三相短路，必然是所有速斷保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，繼電保護(hù)沒(méi)有選擇性，導(dǎo)致越級(jí)跳閘擴(kuò)大停電故障范圍。

越級(jí)跳閘在很多煤礦都是頻發(fā)事故，井下線路發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)開(kāi)關(guān)越級(jí)到井下中央變電所，甚至有的越級(jí)到地面變電所，造成事故范圍擴(kuò)大，造成煤礦電網(wǎng)越級(jí)跳閘的主要原因有幾點(diǎn)：短線路造成各級(jí)開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)定值無(wú)法區(qū)分，短路電流過(guò)大造成各級(jí)開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)定值無(wú)法區(qū)分，失壓保護(hù)延時(shí)難以整定導(dǎo)致成片跳閘。

2.3井下采區(qū)工作面電壓偏低 隨著煤礦生產(chǎn)能力的逐步提高，各大中型煤礦不斷對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行改造擴(kuò)建，許多煤礦建設(shè)較早，建設(shè)初期沒(méi)有大容量擴(kuò)建的整體規(guī)劃，擴(kuò)容改造后，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，存在不少安全隱患，例如電纜超載，井下線路電壓偏低。新型的礦井井下綜采工作面的電氣設(shè)備具有大功率、大容量的特點(diǎn)，由于下井電纜較長(zhǎng)造成線路壓降大，工作面的電壓低，時(shí)常造成工作面設(shè)備不能正常啟動(dòng)，并且工作面大容量設(shè)備啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊比較大。

2.4單相接地電容電流過(guò)大 煤礦供電系統(tǒng)中單相接地短路是發(fā)生最頻繁的故障，電容電流過(guò)大，則對(duì)煤礦電網(wǎng)的危害很大，主要體現(xiàn)在：易造成二次故障，致使故障擴(kuò)大，且產(chǎn)生單相電弧接地過(guò)電壓。易使接地網(wǎng)電壓升高，產(chǎn)生交流雜散電流，接地電弧引起瓦斯煤塵爆炸。

如果礦井供電系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行單相接地電流測(cè)試和采取限制措施，隨著電網(wǎng)容量增大，供電距離不斷增加，一旦系統(tǒng)發(fā)生單相接地，就會(huì)引起嚴(yán)重的事故。

3.煤礦供電系統(tǒng)靜態(tài)安全分析內(nèi)容

3.1潮流計(jì)算與分析 潮流計(jì)算是根據(jù)給定電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和各部分元件的運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)。通過(guò)潮流計(jì)算對(duì)規(guī)劃中的電力系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)可以分析出現(xiàn)有的規(guī)劃方案能否滿足各種運(yùn)行方式的要求，對(duì)運(yùn)行中的電力系統(tǒng)，通過(guò)潮流計(jì)算可以分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)的影響，預(yù)測(cè)負(fù)荷變化對(duì)系統(tǒng)的沖擊，從全網(wǎng)母線的電壓是否在允許的范圍以內(nèi)，線路、變壓器等元件是否會(huì)出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象，以及若出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷時(shí)應(yīng)事先采取哪些預(yù)防措施等。

3.2短路計(jì)算與分析 短路計(jì)算是求出某種故障時(shí)流過(guò)短路點(diǎn)的短路電流，母線電壓以及其分布的計(jì)算。短路的形式有單相接地短路、兩相接地短路、兩相相間短路和三相短路幾種，其中單相接地短路在礦井電網(wǎng)中壓常發(fā)生，而三相短路發(fā)生的幾率最小，卻危害最大，因此通常以三相短路電流作為電網(wǎng)短路電流的校驗(yàn)參考值，將短路危害降低到最小程度。

3.3煤礦電網(wǎng)N－1計(jì)算 根據(jù)電網(wǎng)穩(wěn)定導(dǎo)則的相關(guān)內(nèi)容，N－l原則是在電網(wǎng)正常運(yùn)行方式下考察任意一電力元件發(fā)生故障或斷開(kāi)后，電網(wǎng)能否滿足其電壓和頻率能夠在允許范圍內(nèi)，以及其它元件不過(guò)負(fù)荷的同時(shí)保持穩(wěn)定運(yùn)行且正常供電，N－1校驗(yàn)通常在統(tǒng)計(jì)全年最大負(fù)荷的條件下進(jìn)行。實(shí)踐表明，在電網(wǎng)N－1校驗(yàn)的基礎(chǔ)上可以預(yù)測(cè)電網(wǎng)的供電質(zhì)量，還可以對(duì)供電經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行優(yōu)化，提高系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)及檢修狀態(tài)下的抗干擾能力。煤礦電網(wǎng)雙回路供電線路多為一用一備，滿足N－1校驗(yàn)的條件，線路N－1安全分析計(jì)算時(shí)考慮將雙回供電線的任意一回?cái)嚅_(kāi)，檢驗(yàn)另一回線路是否過(guò)載。

3.4煤礦電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行可行性分析 目前，大中型煤礦大都擁有自備電廠或煤矸石發(fā)電廠，裝機(jī)容量可達(dá)到20MW左右，完全可以承受煤礦保安負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)煤礦電網(wǎng)孤網(wǎng)時(shí)，自備電廠發(fā)電機(jī)便低頻保護(hù)動(dòng)作，以確保發(fā)電機(jī)的安全。通過(guò)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證煤礦電網(wǎng)在脫離了上級(jí)電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)是否能夠帶動(dòng)保安負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，給煤礦電網(wǎng)工作人員提供重要參考，解決了上級(jí)電網(wǎng)斷電時(shí)的安全隱患問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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