淺談煤礦供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘 要】本文簡(jiǎn)述了煤礦企業(yè)對(duì)電力系統(tǒng)的要求、供電系統(tǒng)的分類、供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)及供電方案的確定及設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】供電系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；分類；諧波；電容電流

能源是社會(huì)生產(chǎn)力的重要基礎(chǔ)，我國(guó)支柱型能源之一的煤炭，他的生產(chǎn)具有十分重要的意義。煤礦供電系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的重要組成部分。是現(xiàn)代礦山企業(yè)的動(dòng)力，因此，礦區(qū)總體供電必須緊密結(jié)合所在電力系統(tǒng)和電站的具體情況，全面的分析有關(guān)因素，合理的確定礦區(qū)供電系統(tǒng)。

1.礦區(qū)電力系統(tǒng)的基本要求

1.1首先應(yīng)保證供電的安全、可靠

供電的可靠性是指供電系統(tǒng)不間斷供電的可能程度。比如說(shuō)當(dāng)電氣設(shè)備檢修或是故障時(shí)，應(yīng)要求保證對(duì)一級(jí)負(fù)荷及全部（或大部）二級(jí)負(fù)荷的供電。礦山如果斷電，不僅影響產(chǎn)量，而且有可能造成人身事故和設(shè)備損壞，嚴(yán)重可能會(huì)造成礦井的破壞。因此為了保證礦井供電可靠性的要求，《煤礦安全規(guī)程》第四百四十一條明確規(guī)定，礦井應(yīng)有兩回供電線路。當(dāng)任一回路發(fā)生故障停止供電時(shí)，另一回路應(yīng)能擔(dān)負(fù)礦井全部負(fù)荷。年產(chǎn)60000t以下（不含60000t）的礦井采用單回路供電時(shí)，必須有備用電源。礦井的兩回電源線路上都不得分接任何負(fù)荷。

安全是指不發(fā)生人身觸電和因電氣設(shè)備故障而引起的爆炸、火災(zāi)等重大事故，由于煤礦井下環(huán)境條件的特殊性，生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，在采掘過(guò)程中容易產(chǎn)生有爆炸危險(xiǎn)的瓦斯（甲烷）和煤塵，并且由于電氣設(shè)備經(jīng)常處于溫度濕度較高的狀態(tài)下，設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生凝露現(xiàn)象比較普遍，霉菌現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在煤礦瓦斯、煤塵爆炸事故中，電火花引起的事故約占50%；在煤礦發(fā)生的觸電事故中，煤礦井下觸電死亡人數(shù)約占64%。因此，井下電氣設(shè)備，必須符合《煤礦安全規(guī)程》第四百四十四條的規(guī)定及制定相應(yīng)的管理規(guī)程，從而確保供電的安全性。

1.2接線系統(tǒng)在運(yùn)行中應(yīng)具有一定的靈活性

調(diào)度時(shí)，可以靈活的投入和切除發(fā)電機(jī)、變壓器和線路，滿足所有運(yùn)行方式下的調(diào)度要求。

檢修時(shí)不影響電力網(wǎng)的運(yùn)行和滿足用戶的供電要求。

擴(kuò)建時(shí)，不影響連續(xù)供電，或停電時(shí)間在用戶允許的范圍內(nèi)。

2.供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)及供電方案的確定

供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先需要的資料是整個(gè)礦區(qū)各戶電負(fù)荷的大小，以及每個(gè)用戶在礦井當(dāng)中的重要性。供電負(fù)荷分三類，一類負(fù)荷、二類負(fù)荷和三類負(fù)荷。煤礦中的通風(fēng)、排水、升降人員、抽放瓦斯、醫(yī)院等也都屬于一類負(fù)荷，又稱保安負(fù)荷。因此是煤礦中最重要的用戶，要求供電絕對(duì)可靠。為此，對(duì)這類用戶的供電，必須設(shè)有備用電源和備用供電線路。礦井用電負(fù)荷的估算有很多種，無(wú)論選用哪種算法，計(jì)算過(guò)程中應(yīng)注意幾個(gè)問(wèn)題：某些設(shè)備應(yīng)盡量選用合理的需用系數(shù)、選用合理的重合系數(shù)及合理的工作制度。這樣在設(shè)計(jì)過(guò)程中才會(huì)避免不必要的浪費(fèi)和積壓。其次，根據(jù)各類負(fù)荷的分布，應(yīng)確定礦井主變電所的合理位置。同時(shí)變電所的選址時(shí)應(yīng)注意節(jié)約用地、進(jìn)出線的方便、變電所的地址應(yīng)有適宜的地址條件、交通方便及周?chē)h(huán)境要清潔。

3.供電系統(tǒng)的分類

電力系統(tǒng)的接線方式對(duì)于保證安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)地向用戶供電具有重要的作用，無(wú)備用接線的網(wǎng)絡(luò)中包括：放射式、干線式和鏈?zhǔn)?，有備用界限的網(wǎng)絡(luò)中包括放射式、干線式和鏈?zhǔn)?，兩端供電網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于礦區(qū)內(nèi)的用電負(fù)荷的電壓等級(jí)不同，和實(shí)際情況的需要，因此單一的供電方式不能滿足供電需要，實(shí)際供配電系統(tǒng)是集中供電方式相結(jié)合。在可研設(shè)計(jì)階段會(huì)根據(jù)礦上實(shí)際的情況選擇幾種供電方式，進(jìn)行全面的綜合比較，從而確定最佳供電方案。

4.設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮的問(wèn)題

（1）隨著煤炭、電力行業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，煤炭的產(chǎn)量也隨之增加。設(shè)計(jì)完成幾年后，原來(lái)認(rèn)為很先進(jìn)的設(shè)備已經(jīng)變?yōu)槁浜笤O(shè)備，因此礦區(qū)會(huì)選用功率較大的采煤機(jī)組及運(yùn)輸設(shè)備，同時(shí)相應(yīng)的問(wèn)題也會(huì)隨之產(chǎn)生，井下負(fù)荷容量如果大于供電系統(tǒng)原設(shè)計(jì)容量，礦井主變電所的供電能力將不能滿足供電要求，主變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行在低效運(yùn)行工況條件下，降低了供電系統(tǒng)供電可靠性和供電質(zhì)量水平，同時(shí)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行在過(guò)負(fù)荷條件下，很容易導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)過(guò)熱，甚至引發(fā)電力系統(tǒng)供電中斷。

（2）諧波的危害十分嚴(yán)重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。諧波對(duì)于配電系統(tǒng)的影響，表現(xiàn)在對(duì)線路上所配置的保護(hù)及測(cè)量設(shè)備的影響。因這些設(shè)備一般采用電磁式繼電器、感應(yīng)繼電器元件，容易接受諧波干擾而誤動(dòng)和拒動(dòng)，系統(tǒng)中存在的不明原因的誤動(dòng)和拒動(dòng)，與諧波不無(wú)關(guān)系。所以諧波超標(biāo)，會(huì)嚴(yán)重威脅配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，諧波會(huì)通過(guò)靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)以及傳導(dǎo)等多種方式禍合進(jìn)通訊系統(tǒng)，影響它們的正常運(yùn)行。對(duì)于人體，諧波會(huì)刺激人體細(xì)胞，使正常的細(xì)胞膜電位發(fā)生快速波動(dòng)或可逆的翻轉(zhuǎn)，當(dāng)這種波動(dòng)或翻轉(zhuǎn)頻率接近諧波頻率時(shí)，會(huì)影響人體大腦與心臟。

（3）電網(wǎng)隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，井下供電范圍逐漸擴(kuò)大，造成系統(tǒng)單相接地電容電流較大。根據(jù)對(duì)部分礦井的實(shí)測(cè)和調(diào)查，礦井6kV電網(wǎng)的接地電容電流在幾安至幾十安之間變化。由于電容電流而引起的電纜放炮現(xiàn)象較多，特別是雷雨季節(jié)，這種現(xiàn)象則更為突出，有的礦務(wù)局電纜放炮多達(dá)百次，每次事故停電面積均較大，即使在同一個(gè)礦井，正常的電容電流也不是固定不變的，它隨著電力系統(tǒng)的改變，采區(qū)和工作面的移動(dòng)等諸多因素的影響而變化，當(dāng)大量電纜和設(shè)備投入、切除時(shí)，電容電流的變化很大，會(huì)影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮電容電流的影響因素，采取相應(yīng)的措施。限制電網(wǎng)單相接地電容電流不超過(guò)20A的措施：①采用全補(bǔ)償?shù)姆椒?。②采用過(guò)補(bǔ)償?shù)姆椒?。③采用消弧線圈補(bǔ)償方法。

一般均采用過(guò)補(bǔ)償?shù)姆椒?，在過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r下，當(dāng)電網(wǎng)中的線路減少時(shí)，不致成為全補(bǔ)償。如果采用欠補(bǔ)償方式，在切除部分線路后也可能造成全補(bǔ)償。

（4）由于煤礦井下環(huán)境的原因比較復(fù)雜，煤礦井下高壓供電系統(tǒng)中電纜線成為安全可靠性的薄弱的環(huán)節(jié)。首先，高壓鎧裝電纜外層鋼帶或鋼絲鎧裝層由于潮濕很容易銹蝕；其次，如果運(yùn)輸大巷到采掘負(fù)荷中心對(duì)空間小，高壓電纜在巷道內(nèi)運(yùn)輸時(shí)就很容易刮破、擠壞，高壓屏蔽電纜也容易被扎，從而造成高壓停電事故；再次，高壓電纜長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)載狀態(tài)，也很容易出現(xiàn)事故；最后，單相接地會(huì)使另兩相對(duì)地電壓升高，嚴(yán)重影響煤礦井下高壓供電系統(tǒng)的可靠性。

為了避免事故的發(fā)生，提高高壓線路的可靠性，在固定場(chǎng)所鋪設(shè)電纜時(shí)，應(yīng)選擇聚氯乙烯絕緣電纜、聚氯乙烯絕緣鎧裝電纜、交聯(lián)聚乙烯電纜、交聯(lián)聚乙烯護(hù)套鋼絲鎧裝電纜或其它新型高絕緣電纜。并且在選用電纜時(shí)必須保證載流量滿足現(xiàn)有設(shè)備要求，并留有一定的富余系數(shù)。

5.結(jié)束語(yǔ)

煤礦在發(fā)展，電力在發(fā)展，煤礦的發(fā)展與電力系統(tǒng)的運(yùn)行密切相關(guān)，如何設(shè)計(jì)出更好的供電系統(tǒng)、如何更好的提高供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性還需要進(jìn)一步的探索、研究。

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