煤礦供電質(zhì)量研究

孫廣軍

（神華集團(tuán)安全監(jiān)察局，北京 100011）

煤礦供電質(zhì)量研究

孫廣軍

（神華集團(tuán)安全監(jiān)察局，北京 100011）

煤礦開(kāi)采存在很多不安全因素，供電質(zhì)量效果直接決定著煤礦安全、高效生產(chǎn)。本文首先論述了煤炭企業(yè)對(duì)供電質(zhì)量的要求：安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)；然后通過(guò)分析煤礦供電質(zhì)量問(wèn)題對(duì)煤礦生產(chǎn)、礦井設(shè)備財(cái)產(chǎn)及礦工人身安全等造成的危害，最后從防越級(jí)跳閘、機(jī)械式濾波補(bǔ)償設(shè)備、工業(yè)靜止無(wú)功補(bǔ)償、低壓晶閘管投切濾波器等四方面提出了解決煤礦供電質(zhì)量的技術(shù)，達(dá)到提高煤礦供電質(zhì)量，有效消除供電質(zhì)量的各種不良影響因素。

煤礦 供電 供電質(zhì)量

電力是現(xiàn)代煤炭工業(yè)的主要?jiǎng)恿Γ诿禾可a(chǎn)中占有十分重要的地位。煤礦供電工作不僅直接影響煤礦企業(yè)的高效生產(chǎn)，而且關(guān)系著礦井和礦工的人身安全。因此，對(duì)煤礦供電質(zhì)量的研究非常必要。

1　煤炭企業(yè)對(duì)供電質(zhì)量的要求

煤礦供電應(yīng)確保安全、可靠、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)，不斷提高供電質(zhì)量，為煤礦安全、高效生產(chǎn)保駕護(hù)航。

1.1供電安全

包括防止人身觸電和防止由于電氣設(shè)備的損壞和故障引起的電氣火災(zāi)及瓦斯、煤塵爆炸事故；煤礦井下空間狹小、潮濕陰暗，井下電氣設(shè)備的受潮和機(jī)械損傷容易發(fā)生人身觸電事故；供電線(xiàn)路和用電設(shè)備的損傷和故障產(chǎn)生的電氣火花，會(huì)造成火災(zāi)或瓦斯，煤塵爆炸事故等。

1.2供電可靠

要求不間斷供電。供電中斷時(shí)不僅會(huì)影響礦井的原煤產(chǎn)量，而且可能損壞設(shè)備，甚至發(fā)生人身事故和造成礦井的破壞。

1.3供電穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)

要求提供優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供用電質(zhì)量，電壓和頻率必須穩(wěn)定；盡量降低供電系統(tǒng)的電能損耗及維護(hù)費(fèi)用，降低設(shè)備材料等消耗量，節(jié)約電能。

2　供電質(zhì)量問(wèn)題對(duì)供電系統(tǒng)的危害

2.1礦井供電及突然停電可能造成的危害

（1）供電線(xiàn)路和用電設(shè)備的損傷和故障產(chǎn)生的電氣火花，會(huì)造成火災(zāi)或瓦斯，煤塵爆炸事故。

（2）井下電氣設(shè)備的受潮和機(jī)械損傷易發(fā)生人身觸電事故。

（3）礦井突然停電，將會(huì)使排水和通風(fēng)設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，可能造成水淹礦井，工作人員窒息死亡和引起瓦斯、煤塵爆炸，危及礦井和人身安全。

（4）礦井突然停電，會(huì)使提升機(jī)緊急制動(dòng)，產(chǎn)生巨大的沖擊拉力，使鋼絲繩損壞，提升設(shè)備人員處于危險(xiǎn)狀態(tài)；主要采掘、運(yùn)輸設(shè)備停電，會(huì)造成大量的減產(chǎn)。

2.2諧波對(duì)電氣設(shè)備的危害

（1）諧波能引起旋轉(zhuǎn)電機(jī)附加損耗，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和諧波過(guò)電壓；引起變壓器繞組附加損耗，使外殼和某些緊固件發(fā)熱，甚至引起局部的嚴(yán)重過(guò)熱，使變壓器噪聲增大，損害變壓器。

（2）諧波會(huì)引起電容器局部放電，加速電容器介質(zhì)老化；引起諧振或諧波放大，導(dǎo)致電容器因過(guò)負(fù)荷或過(guò)電壓而損壞，還可能會(huì)造成電纜的過(guò)負(fù)荷或過(guò)電壓擊穿。

（3）諧波通過(guò)電容耦合、電磁感應(yīng)和電氣傳導(dǎo)會(huì)感應(yīng)到通信線(xiàn)路上，影響礦井信號(hào)傳輸及通訊正常。

（4）諧波可產(chǎn)生干擾，造成繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)和拒動(dòng)，尤其是一些衰減時(shí)間較長(zhǎng)的暫態(tài)過(guò)程，如變壓器合閘涌流中的諧波分量，由于其幅值大、諧波含量也很大，更容易引起繼電保護(hù)的誤動(dòng)作。

2.3電壓波動(dòng)和閃變對(duì)機(jī)電設(shè)備的影響

（1）供電母線(xiàn)的電壓降落和波動(dòng)，降低了機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行水平；

（2）當(dāng)供電點(diǎn)的母線(xiàn)電壓產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，將使得用戶(hù)的異步機(jī)類(lèi)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩隨之變化，輸入負(fù)載的有功功率隨之下降，影響生產(chǎn)和設(shè)備出力；

（3）快速的母線(xiàn)電壓波動(dòng)將導(dǎo)致閃變，對(duì)人眼造成刺激，干擾電視機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器的圖像。

2.4低功率因數(shù)的影響

（1）高壓用電企業(yè)要求功率因數(shù)應(yīng)大于0.9以上，否則，用戶(hù)將遭受低功率因數(shù)罰款，影響經(jīng)濟(jì)效益。

（2）低功率因數(shù)負(fù)載從系統(tǒng)吸收大量無(wú)功功率，增加了線(xiàn)損和變壓器的損耗。

（3）由于供電變壓器同時(shí)通過(guò)有功功率和大量的無(wú)功功率，降低了變壓器的供電能力。

3　提高供電質(zhì)量的技術(shù)

3.1防越級(jí)跳閘

煤礦井下用高壓開(kāi)關(guān)多來(lái)自不同廠(chǎng)家，僅僅依靠整定電流和延時(shí)很難實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)在發(fā)生短路、過(guò)流等事故時(shí)，不發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象，而防越級(jí)跳閘系統(tǒng)能夠很好的解決這一問(wèn)題。

煤礦電網(wǎng)防越級(jí)跳閘技術(shù)基本原理以智能綜保保護(hù)裝置為核心，利用保護(hù)控制信號(hào)閉鎖、光纖縱聯(lián)差動(dòng)、高速網(wǎng)絡(luò)通訊及計(jì)算等技術(shù)，建立煤礦供電網(wǎng)絡(luò)中多級(jí)設(shè)備之間的短路保護(hù)協(xié)同機(jī)制，準(zhǔn)確定位短路點(diǎn)，確保離短路點(diǎn)最近的開(kāi)關(guān)設(shè)備優(yōu)先實(shí)施短路保護(hù)，從而防止越級(jí)跳閘的發(fā)生，提高供電電網(wǎng)及礦井生產(chǎn)的整體安全性。當(dāng)智能綜合保護(hù)裝置收到下級(jí)開(kāi)關(guān)的閉鎖控制信號(hào)時(shí)，上報(bào)“下級(jí)閉鎖”，同時(shí)閉鎖本級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)器的速斷功能，同時(shí)啟動(dòng)下級(jí)保護(hù)速斷后備功能；當(dāng)閉鎖控制信號(hào)消失后，保護(hù)裝置將上報(bào)“下級(jí)閉鎖返回”，同時(shí)開(kāi)放本級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)器的速斷保護(hù)功能，撤銷(xiāo)下級(jí)保護(hù)速斷后備功能。

3.2機(jī)械式6kV—110kV濾波補(bǔ)償設(shè)備（FC）

濾除諧波，補(bǔ)償無(wú)功，提高功率因數(shù)，改善供電電壓水平，大量應(yīng)用于相對(duì)穩(wěn)定的非線(xiàn)性負(fù)荷，可手動(dòng)投切或配備真空接觸器/斷路器進(jìn)行自動(dòng)投切。

3.3工業(yè)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）

靜止動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)（SVC）是基于晶閘管電力電子裝置，響應(yīng)速度快、可連續(xù)、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功，提高功率因數(shù)，降低網(wǎng)損，濾除非線(xiàn)性負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波，使三相負(fù)荷平衡化，減小負(fù)序，抑制電壓波動(dòng)和閃變等優(yōu)異性能，是目前企業(yè)通常采用的無(wú)功補(bǔ)償手段。

近年來(lái)，SVC在煤礦礦井提升機(jī)沖擊負(fù)荷動(dòng)態(tài)補(bǔ)償以及維持系統(tǒng)穩(wěn)定中亦得到普遍應(yīng)用。SVC可以抑制煤礦電網(wǎng)電壓波動(dòng)，吸收諧波，提高進(jìn)線(xiàn)側(cè)功率因數(shù)，維持母線(xiàn)電壓穩(wěn)定，提高故障電壓恢復(fù)能力，使礦井設(shè)備（提升機(jī)、風(fēng)機(jī)）安全穩(wěn)定運(yùn)行，消除了負(fù)荷變化引起的電壓變動(dòng)，有效降低電能質(zhì)量引起的煤礦事故發(fā)生的機(jī)率。

3.4低壓晶閘管投切濾波器裝置（TSF）

裝置廣泛應(yīng)用于1kV以下低壓配電系統(tǒng)快速波動(dòng)的非線(xiàn)性負(fù)荷，裝置具有如下主要功能：跟蹤速度快，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間不大于30ms；可實(shí)現(xiàn)分相/三相同時(shí)控；抑制非線(xiàn)性負(fù)荷所引起的諧波干擾；優(yōu)化無(wú)功，提高功率因數(shù)；有效降低網(wǎng)損；改善電壓質(zhì)量。

4　結(jié)語(yǔ)

礦井供電是維護(hù)礦井正常生產(chǎn)，保證礦井設(shè)備財(cái)產(chǎn)安全、礦工人身安全的基礎(chǔ)，因此提高煤礦供電質(zhì)量，有效消除供電質(zhì)量的各種不良影響因素，保證礦井供電安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)，是礦井供電的需要，也是煤炭企業(yè)供電今后需要研究和解決的重要課題。