礦井電網(wǎng)安全與可靠性運(yùn)行研究

石愛軍+郝為恒+張亞琳

摘要：針對煤礦供電電網(wǎng)波動，突然短路等事故，多級開關(guān)同時跳閘，造成煤礦井下大面積停電，威脅礦井安全，為避免大面積停電事故的發(fā)生，對電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行測試，采用就地?zé)o功自動補(bǔ)償和集中無功自動補(bǔ)償相結(jié)合的方法，以及從失壓延時保護(hù)和高壓選擇性漏電保護(hù)方面進(jìn)行了更新，縮小停電范圍，達(dá)到供電安全可靠。

關(guān)鍵詞：礦井電網(wǎng) 電容補(bǔ)償 延時保護(hù) 安全 運(yùn)行

1 礦井電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 礦井電網(wǎng)波動情況 陶二煤礦高壓供電系統(tǒng)中，從地面六千伏配電廳到井下中央變電所以及各采區(qū)變電所之間，多采用縱向、短距離垂直供電模式。由于供電線路距離較短，容易造成某一處供電線路的突然短路或單相時電流或零序電流急劇升高，線路多級開關(guān)同時檢測到電流信息，加之饋出線保護(hù)延時定值較小，井下多級開關(guān)跳閘先后順序無法通過延時整定來完成，結(jié)果一處短路，造成多級開關(guān)同時跳閘，進(jìn)而引發(fā)煤礦井下大面積停電。礦井供電6kV網(wǎng)絡(luò)在受到強(qiáng)雷雨天氣或局部的單相接地、短路都易引起電網(wǎng)的電壓波動，造成陶二煤礦井上、井下大范圍跳閘。電網(wǎng)波動單相接地電容電流過大，使接地點熱效應(yīng)增大，對電纜等設(shè)備造成熱破壞。井下電纜線路受外界環(huán)境條件影響小，瞬時接地故障很少，接地故障一般是永久性故障。當(dāng)電纜線路發(fā)生接地故障時，接地電弧為封閉性電弧，電弧不易自行熄滅，如不及時跳閘，很容易造成相間短路，擴(kuò)大事故；另外在消弧線圈接地系統(tǒng)中，查找故障點時間較長，電纜長時間承受工頻或暫態(tài)過電壓作用，易發(fā)展成相間短路，造成一線或多線跳閘，所以有必要對電網(wǎng)單相接地電容電流的檢測和治理。

1.2 電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀分析 煤礦電網(wǎng)安全評價是對煤礦高壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)的特點，通過測試、分析等手段對煤礦高壓供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析研究。測試內(nèi)容包括電能質(zhì)量測試和中性點接地參數(shù)測試。電能質(zhì)量測試的測點位置是110kV變電站主變壓器低壓側(cè)出線、地面變電所和配電室中進(jìn)線和負(fù)荷較大的支路。測試儀器采用HIOKI3196電能質(zhì)量測試儀器。中性點不接地電網(wǎng)絕緣參數(shù)測量模型參見圖一。

1.2.1 電壓偏差。電壓偏差概念：指供配電系統(tǒng)改變運(yùn)行方式和負(fù)荷緩慢地變化使供配電系統(tǒng)各點的電壓也隨之變化，各點的實際電壓與系統(tǒng)的額定電壓之差稱為電壓偏差。各測試點的電壓偏差超標(biāo)，具體數(shù)據(jù)如下：645#入井線路三相電壓上、下偏差均大。電壓偏差問題屬于基波無功的范疇，主要與電能傳輸?shù)膶?dǎo)線線徑、供電距離、潮流分布、調(diào)壓手段、無功補(bǔ)償方式及其容量、負(fù)荷用電特性等因素有關(guān)。電壓偏差產(chǎn)生的實質(zhì)是電流流經(jīng)傳輸網(wǎng)在其內(nèi)阻抗上產(chǎn)生的壓降所致。系統(tǒng)無功功率不平衡是引起系統(tǒng)電壓偏離標(biāo)稱值的根本原因。

1.2.2 諧波電壓。各測試點電壓諧波總畸變率、各次電壓諧波含量均符合國標(biāo)要求；諧波電流：測試的線路中，線路電流諧波含量均符合國標(biāo)要求；三相電壓允許不平衡度：各測試點的三相電壓允許不平衡度均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的限值，不存在超標(biāo)情況；電壓閃變：所測試的線路中，分短時間閃變值（15min）和長時間閃變值（2h），大部分線路的三相電壓閃變值（包括短時間閃變值和長時間閃變值）超出國標(biāo)。突然的電壓變化導(dǎo)致電氣保護(hù)裝置停頓或誤動；變頻調(diào)速器停頓，電動機(jī)、電梯暫停，破壞生產(chǎn)；計算機(jī)系統(tǒng)線路，反復(fù)出現(xiàn)電壓驟升的情形。這些反復(fù)出現(xiàn)的電壓驟升降可能導(dǎo)致硬件損壞、死機(jī)、異常；導(dǎo)致設(shè)備損壞甚至系統(tǒng)癱瘓。

2 電網(wǎng)運(yùn)行安全措施

2.1 采用就地?zé)o功自動補(bǔ)償和集中無功自動補(bǔ)償相結(jié)合的方法，補(bǔ)償無功沖擊電流和諧波電流。

2.2 添加電能質(zhì)量治理儀，改善電能質(zhì)量，保證支路電壓偏差和礦井電壓波動符合要求，保證電源電壓穩(wěn)定，提高供電質(zhì)量，最大程度的避免引起大范圍停電情況發(fā)生。

2.3 針對經(jīng)常出現(xiàn)的大范圍跳閘進(jìn)行重點分析，對經(jīng)常出現(xiàn)的電壓波動造成供電質(zhì)量下降，影響供電可靠性的補(bǔ)救措施，主要從失壓延時保護(hù)和高壓選擇性漏電保護(hù)方面進(jìn)行了更新。

2.4 在6kV或110kV線路發(fā)生暫時性短路故障時，能夠在1s內(nèi)自動恢復(fù)正常，由于110kV線路裝有自動重合閘，發(fā)生故障時，保護(hù)裝置先動作于跳閘，再經(jīng)1-2s延時自動重合線路開關(guān)，使系統(tǒng)恢復(fù)正常供電，系統(tǒng)電壓也會在1-2s內(nèi)恢復(fù)正常。

2.5 目前高爆開關(guān)欠電壓保護(hù)都是瞬動的，一般在電壓85%UN時可靠吸合，當(dāng)電壓在35%UN時則瞬時釋放，由此引起的系統(tǒng)電壓波動使高壓開關(guān)欠壓釋放造成井下大面積停電。更換保護(hù)器，增加失壓延時可調(diào)脫扣功能，以躲過地面自動重合閘和電網(wǎng)電壓波動所需要的時間，提高系統(tǒng)電壓波動和發(fā)生暫時性短路故障時供電系統(tǒng)的可靠性。

2.6 安裝高壓選擇性漏電保護(hù)，根據(jù)零序電壓、零序電流和零序功率方向來判別接地狀況，根據(jù)定值實現(xiàn)選擇性漏電保護(hù)。

2.7 采取零序功率方向保護(hù)，通過測定的單相接地電容電流確定消弧線圈在接地時是否投用，并推理計算礦井的零序電流與零序電壓的功率角確定漏電保護(hù)的工作狀態(tài)，即先確定是投零序有功還是零序無功。然后對零序電壓和零序電流進(jìn)行整定。當(dāng)發(fā)生漏電時，保護(hù)根據(jù)定值實現(xiàn)選擇性跳閘。

3 技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點

3.1 采用國內(nèi)先進(jìn)儀器進(jìn)行全電網(wǎng)的電能質(zhì)量測試，測試項目齊全、相互數(shù)據(jù)聯(lián)系緊密、數(shù)據(jù)概率性強(qiáng)，利用電參數(shù)分析儀及科學(xué)計算得出結(jié)論，準(zhǔn)確客觀地反映了該礦供電系統(tǒng)電能質(zhì)量存在的問題，并做出了綜合技術(shù)測試報告。

3.2 單相接地電容電流的單相電阻接地的間接測量方法，簡單、易實施、測試過程安全、測量精度高、測試時間短、應(yīng)用范圍廣。

3.3 根據(jù)綜合測試報告對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，提出了整改方案的后續(xù)配套產(chǎn)品的研發(fā)與更換，提出了采用就地?zé)o功自動補(bǔ)償和集中無功自動補(bǔ)償相結(jié)合的方法，以保證入井支路電壓偏差和礦井電壓波動符合要求，以保證電源電壓穩(wěn)定，提高供電質(zhì)量。

3.4 針對當(dāng)前供電系統(tǒng)電能質(zhì)量狀況，未進(jìn)行有效無功補(bǔ)償情況下，實施了最優(yōu)替代方案，重新更換了綜合保護(hù)器，利用失壓延時和零序功率型選擇性漏電保護(hù)等綜合保護(hù)措施，達(dá)到縮小停電范圍的目的。endprint