煤礦井下分區(qū)供電關鍵技術研究及應用

劉明東

（山西焦煤西山煤電集團 安全培訓中心，山西 太原 030053）

1 井下分壓供電可行性分析

采用帶分抽頭隔離變壓器方式對電網分區(qū)時，當供電線路過長時，隔離變壓器可對供電線路的電壓進行調節(jié)，可對電網中的諧波起到隔離作用，大大提高煤礦電網的電能質量。本文針對影響供電系統(tǒng)運行可靠性的因素進行全面分析研究后，研發(fā)了煤礦分區(qū)獨立供電技術，解決了煤礦井下供電的主要問題。研究項目包括主要創(chuàng)新技術三項。

1）分區(qū)供電的可行性研究。煤礦井下用電設備的增多及電纜線路的無規(guī)劃延伸，使得井下供電系統(tǒng)過于薄弱，供電可靠性低；常規(guī)供電改造雖能改善供電現(xiàn)狀，但實施周期長，項目影響面大。因此，研究引入直覺模糊算法與PSASP仿真技術，針對常規(guī)技術改造和分區(qū)供電方案，從安全性、經濟性、適應性、協(xié)調性進行對比分析，驗證了分區(qū)供電技術的優(yōu)越性。

2）隔離變壓器提高接地選線準確性?，F(xiàn)場調研發(fā)現(xiàn)，很多煤礦的漏電保護裝置不能滿足其供電系統(tǒng)中性點接地方式的需要，應該對其改造。通過隔離變壓器使整個煤礦電網地面和井下電網獨立開來，并結合煤礦的實際情況，可以很好解決漏電保護選擇性問題，實現(xiàn)漏電保護故障的快速識別與處理。其本質是：將煤礦供電系統(tǒng)地面和井下分別獨立的部分，改變原來統(tǒng)一的中性點接地方式，使地面和井下的中性點接地方式發(fā)生改變，以滿足井下漏電保護功能的需要，從而改善整個煤礦供電系統(tǒng)的可靠性。

3）基于零序回路的電容電流技術。變壓器和架空線(電纜)是配電網零序網絡中的主要元件。變壓器的零序等值電路與外電路的聯(lián)接，取決于零序電流的流通路徑；因而與變壓器三相繞組連接形式及中性點是否接地有關。架空線的零序電抗與平行線的回路數(shù)以及有無架空地線和地線的導電性能有關。采用分區(qū)供電后，改變原有6 kV中性點不接地配電網絡的零序網絡拓撲結構，將整個零序網絡分層分區(qū)，達到治理電容電流的目的。

2 工程實施

1）數(shù)據收集：a.收集馬蘭礦供電系統(tǒng)的基本數(shù)據和發(fā)生接地故障的歷史數(shù)據，制定電容電流治理方案。b.測量馬蘭礦110 kV變電站6 kV線路的電容電流，初步了解電容電流分布情況。c.對測量的電容電流進行整理分析，研究馬蘭礦分區(qū)供電的可行性進行。

2）治理方案：a.確定分區(qū)供電電容電流治理方案，并對需要研究的內容進行交流探討。b.對隔離變壓器選型、安裝、保護等問題給出建議，并對所需隔離變壓器參數(shù)、保護配置等進行深入的技術性研究，給出具體技術方案。

3）運行分析：a.測量分區(qū)治理后的電容電流，包括地面6 kV系統(tǒng)和井下中央變電所。對比治理前后的電容電流分布情況，說明其有效性和可推廣性。b.隔離變壓器試運行階段，做好運行記錄。c.對整個項目的創(chuàng)新性技術進行研究，包括：分區(qū)供電可行性研究；隔離變壓器提高接地選線準確性研究；基于零序回路的電容電流技術研究。

3 應用情況

2011年7月西山馬蘭煤礦6 kV電網隔離變壓器投入運行，電容電流治理效果明顯，整個電網的4個區(qū)域的電容電流都小于20 A，符合國家規(guī)定。更重要的是：提高了單相接地保護的可靠性、靈敏性、選擇性，地面接地不影響井下供電系統(tǒng)，反之亦然；減小了單相接地故障的影響面，縮短了故障處理的時間，避免了漏電事故擴大化，提高了供電可靠性。

1）現(xiàn)場實際測量數(shù)據。隔離變壓器投運前的數(shù)據，如表1、表2所示。隔離變壓器投運后的數(shù)據，如表3-表6所示。對比隔離變壓器投運前后電容電流可知：隔離變壓器分區(qū)后，電容電流得到有效治理，各區(qū)域的電容電流符合國家煤礦安全規(guī)定。

表1 電網參數(shù)

表2 電容電流測試結果

表3 地面110 kV變電站電網參數(shù)表

表4 地面110 kV變電站測試結果表

表5 井下中央變電所電網參數(shù)表

表6 井下中央變電所測試結果表

2）應用效果分析。采用分區(qū)供電方式治理煤礦電網單相接地電容電流，避免了消弧線圈對井下選擇性接地（漏電）保護裝置的影響。隔離變壓器替代限流電抗器，使供電系統(tǒng)運行方式能有更大的靈活性，能夠減少漏電故障的影響面，縮短漏電故障處理的時間，提高供電系統(tǒng)的安全可靠性。馬蘭礦主要體現(xiàn)為：a.隔離變壓器分區(qū)改造，解決了煤礦電網短路電流和電容電流超標的問題。b.提高井下選擇性接地（漏電）保護裝置的動作可靠性、靈敏性、選擇性。c.采用帶分抽頭隔離變壓器方式對電網分區(qū)時，當供電線路過長時，隔離變壓器可對供電線路的電壓調節(jié)，可對電網中的諧波起到隔離作用，大大提高煤礦電網的電能質量。d.地面接地不影響井下供電系統(tǒng)，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。

4 結束語

經對馬蘭礦隔離變壓器分區(qū)改造前后電容電流的測量對比，證實了分區(qū)改造對供電系統(tǒng)電容電流治理的有效性和實用性，具有很好推廣價值。分區(qū)供電是可使每個分區(qū)的電容電流處于允許值以下，既解決了煤礦電網電容電流過大的問題，又提高了選擇性接地（漏電）保護裝置動作的可靠性、靈敏性、準確性，保證了煤礦供電的安全可靠性。采用帶分抽頭隔離變壓器方式分區(qū)時，當供電線路過長時，隔離變壓器可對供電線路的電壓調節(jié)，可對電網中的諧波起到隔離作用，大大提高煤礦電網的電能質量。

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