淺談煤礦應(yīng)急電源的類型及現(xiàn)場應(yīng)用

溫亮

摘 要：文章介紹了煤礦應(yīng)急電源的建設(shè)現(xiàn)狀，結(jié)合作者工作經(jīng)驗介紹了四中煤礦應(yīng)急電源配置類型，分別為：雙電源外引入第三電源做應(yīng)急電源、自備電廠做應(yīng)急電源、靜態(tài)儲能做應(yīng)急電源、車載柴油發(fā)電機組做應(yīng)急電源，并給出了應(yīng)急電源的試用范圍。

關(guān)鍵詞：煤礦；應(yīng)急電源；雙電源；靜態(tài)儲能；車載柴油發(fā)電機組

中圖分類號：TD61 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0147-03

引言

電力是煤礦生產(chǎn)的主要能源，是煤礦礦井的動力源，采掘、掘進(jìn)離不開電，通風(fēng)、排水離不開電，提升、運輸離不開電。電是礦井的命脈，它不僅直接關(guān)系生產(chǎn)，而且與礦工的生命安全也息息相連。

全礦井突然停電會使主要通風(fēng)機停轉(zhuǎn)，井下無風(fēng)造成瓦斯積聚，一旦送電，可能引起積聚的瓦斯爆炸。

一旦停電，水泵不能排水，時間長了，可能造成淹井事故。

升降人員的立井提升系統(tǒng)是井下作業(yè)人員在遇到安全威脅或井下災(zāi)害時的安全出口之一，沒有了電，出現(xiàn)災(zāi)害后井下人員就少了一條逃生通道。

有封閉火區(qū)的礦井，全礦停電后，可能出現(xiàn)一氧化碳和瓦斯外泄，造成中毒或窒息事故。

對有抽放瓦斯設(shè)備的礦井，一旦停電，會使抽放瓦斯的設(shè)備停止運轉(zhuǎn)，井下瓦斯大量涌出，造成井下瓦斯積聚、超限，在一定條件下引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸事故。

國家電力監(jiān)管委員會下發(fā)的《關(guān)于加強重要電力用戶供電電源及自備應(yīng)急電源配置監(jiān)督管理的意見》的通知中規(guī)定，特級重要電力用戶具備三路電源供電條件，與此同時特級、一級、二級等重要電力用戶還應(yīng)配置自備應(yīng)急電源，保證配置容量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到保安負(fù)荷的120%，并加強安全使用。綜上所述，為煤礦建設(shè)應(yīng)急電源是十分有必要的。

1 煤礦應(yīng)急電源的建設(shè)現(xiàn)狀

2016版《煤礦安全規(guī)程》第四百三十六條中關(guān)于礦井電源的規(guī)定為，礦井應(yīng)當(dāng)有兩回路電源線路。當(dāng)任一回路發(fā)生故障停止供電時，另一回路應(yīng)當(dāng)擔(dān)負(fù)礦井全部用電負(fù)荷?！睹旱V安全規(guī)程》沒有對有兩回路電源線路煤礦的保安電源進(jìn)行規(guī)定。

修訂后并于2016年3月份執(zhí)行的新版《煤礦工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》中雖提及了礦井應(yīng)急電源，但未明確配置標(biāo)準(zhǔn)，未做強制性要求。

介于煤炭行業(yè)的規(guī)程、規(guī)范并沒有對煤礦應(yīng)急電源提出明確要求，各級煤炭企業(yè)出于節(jié)約成本的角度，大多沒有配置應(yīng)急電源。許多煤礦的管理者還未認(rèn)識到?jīng)]有配置應(yīng)急電源有隱患，出了事故責(zé)任很大，片面的認(rèn)為供電公司提供的雙回電源是有保障的，如果供電公司的供電出現(xiàn)問題給煤礦造成重大事故，供電公司是要承擔(dān)責(zé)任的，殊不知各級供電公司在同煤炭用戶簽訂的標(biāo)準(zhǔn)供用電合同范本中，已要求用戶自備應(yīng)急電源，電網(wǎng)停電后由用戶自行承擔(dān)停電帶來的損失等免責(zé)條款。綜合考慮，有必要為煤礦已有的供電系統(tǒng)增設(shè)應(yīng)急電源。

2 國家對重要電力用戶電源及自備應(yīng)急電源的要求

2.1 重要電力用戶的界定

重要電力用戶是指在國家或者一個地區(qū)（城市）的社會、政治、經(jīng)濟(jì)生活中占有重要地位，對其中斷供電將可能造成人身傷亡、較大環(huán)境污染、較大政治影響、較大經(jīng)濟(jì)損失、社會公共秩序嚴(yán)重混亂的用電單位或?qū)╇娍煽啃杂刑厥庖蟮挠秒妶鏊?/p>

依據(jù)《重要電力用戶供電電源及自備應(yīng)急電源配置技術(shù)規(guī)范》中的規(guī)定，井工煤礦被劃分為A類重要電力用戶，在工業(yè)類重要電力用戶中排序第一。

2.2 重要電力用戶供電電源配置原則

重要電力用戶的供電電源一般包括主供電電源和備用電源。重要電力用戶的供電電源應(yīng)依據(jù)其對供電可靠性的需求、負(fù)荷特性、用電設(shè)備特性、用電容量、對供電安全的要求、供電距離、當(dāng)?shù)毓搽娋W(wǎng)現(xiàn)狀、發(fā)展規(guī)劃及所在行業(yè)的特定要求等因素，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后確定。

重要電力用戶電源應(yīng)采用多電源、雙電源或雙回路供電。當(dāng)任何一路或一路以上電源發(fā)生故障時，至少仍有一路電源應(yīng)能對保安負(fù)荷持續(xù)供電。特級重要電力用戶宜采用雙電源或多路電源供電；一級重要電力用戶宜采用雙電源供電；二級重要電力用戶宜采用雙回路供電。

3 煤礦應(yīng)急電源配置類型

神華集團(tuán)作為國家規(guī)模最大、現(xiàn)代化程度最高的煤炭企業(yè)和世界上最大的煤炭經(jīng)銷商，較早的考慮了為煤礦配置應(yīng)急電源的問題，下面就將神華集團(tuán)內(nèi)實現(xiàn)的各種煤礦應(yīng)急電源配置類型介紹如下：

3.1 雙電源外引入第三電源做應(yīng)急電源

雙電源外的第三電源也可稱之為三回路電源，煤礦任意兩回路電源出現(xiàn)故障后，煤礦仍可以帶起礦井的保安負(fù)荷。神華集團(tuán)錦界煤礦的供電系統(tǒng)即為三回路電源。錦界煤礦投產(chǎn)時供電系統(tǒng)設(shè)計為雙電源供電，后期考慮到地方供電公司的電網(wǎng)薄弱，一旦出現(xiàn)兩電源線路故障后將造成錦界煤礦淹井事故，損失巨大，后期增設(shè)了1#、2#聯(lián)絡(luò)線，最終使為錦界煤礦服務(wù)的1個110kV站、3個35kV變電站均實現(xiàn)了三回路電源，供電系統(tǒng)示意圖見圖1。

錦界煤礦3回路電源為保障礦井安全提供了有力的保障，2011年4月1日至3日，因地方供電網(wǎng)絡(luò)諧波嚴(yán)重超標(biāo)，致使錦界煤礦35kVII站雙電源電纜線路先后被擊穿5次（一回電源3次，二回電源2次），因?qū)儆陔p回電源均為直埋電纜，在尋找及處理第4、5次電纜擊穿點并恢復(fù)運行期間錦界煤礦35kVII站雙電源同時停電達(dá)到12小時，正是由于存在并啟動了1#聯(lián)絡(luò)線才避免了水淹沒綜采工作面的事故；2014年4月23日8時50分，地方III站因小煤窯產(chǎn)生的塌陷（塌陷情況見圖2）全站失壓，造成錦界煤礦110kV站雙回路電源全站停電一個星期，正是由于2#聯(lián)絡(luò)線才避免了錦界煤礦的淹井事故。

雙電源外的第三電源這種方式固然最可靠，但是也存在建設(shè)費用高，因征地問題帶來的建設(shè)周期長等問題，規(guī)劃時需要進(jìn)行綜合考慮。

3.2 自備電廠做應(yīng)急電源

煤電一體化的聯(lián)營項目可以考慮這種方式，煤礦產(chǎn)煤用于電廠發(fā)電，電廠廠用電向煤礦提供生產(chǎn)或應(yīng)急電源，考慮到電廠存在檢修期，可從地方供電公司引應(yīng)急電源。

《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》GB 50215-2015的12.2.1中明確指出，“礦井供電電源宜取自地區(qū)公共電力網(wǎng)的變電所、礦區(qū)變電所；有條件時可從煤電聯(lián)營的發(fā)電廠或礦區(qū)（礦山）自備發(fā)電廠獲取電源”，這說明煤礦直接從發(fā)電廠引電源是符合規(guī)定的。

神華集團(tuán)國神公司三道溝煤礦供電系統(tǒng)采取了這種模式，供電系統(tǒng)示意圖見圖3。

自備電廠做應(yīng)急電源是煤礦最理想的供電模式，用電安全有保障又經(jīng)濟(jì)，以三道溝煤礦為例，如全部使用電廠的電，每年可以節(jié)約電費1500萬元，這種供電方式存在的問題為，損害了地方供電公司的利益，建設(shè)時阻力較大。

《關(guān)于加強和規(guī)范燃煤自備電廠監(jiān)督管理的指導(dǎo)意見》于2015年11月30日由國家發(fā)改委、國家能源局正式公布，該意見由國家發(fā)展改革委、國家能源局和中央編辦、工業(yè)和信息化部、財政部、環(huán)境保護(hù)部、水利部、國資委、法制辦等部門制定，經(jīng)報請國務(wù)院同意，并經(jīng)經(jīng)濟(jì)體制改革工作部際聯(lián)席會議（電力專題）審議通過。

意見中明確要求要做好電網(wǎng)接入。電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)對符合規(guī)定的自備電廠無歧視開放電網(wǎng)，做好系統(tǒng)接入服務(wù)。并網(wǎng)自備電廠應(yīng)按要求配置必要的繼電保護(hù)與安全自動裝置以及調(diào)度自動化、通信和電量計量等設(shè)備，切實做好并網(wǎng)安全等相關(guān)工作。鼓勵有條件并網(wǎng)的自備電廠按自愿原則并網(wǎng)運行。

各有關(guān)煤炭企業(yè)應(yīng)該借助《關(guān)于加強和規(guī)范燃煤自備電廠監(jiān)督管理的指導(dǎo)意見》中的規(guī)定，從電廠直接向煤礦引電源，在提高供電可靠性的同時還可節(jié)約用電成本。

3.3 靜態(tài)儲能做應(yīng)急電源

近年來，分布式發(fā)電，電網(wǎng)輔助智能服務(wù)以及電動汽車的應(yīng)用，大大促進(jìn)了儲能技術(shù)的發(fā)展，尤其在用戶側(cè)，為智能配電網(wǎng)的發(fā)展提出了新思路。

2015年，神華集團(tuán)烏海公司平溝煤礦即試驗了煤礦保安負(fù)荷的靜態(tài)儲能應(yīng)急電源項目，在煤礦配套的35kV變電站內(nèi)，儲能應(yīng)急電源選取了兩種模式，鉛酸電池儲能組（額定容量為2.4MWH）及對應(yīng)的變流器系統(tǒng)、鋰電池儲能組（額定容量為1MWH）及對應(yīng)的變流器系統(tǒng)，每種模式儲能應(yīng)急電源均可帶926kW（平溝煤礦主扇、局扇的總負(fù)荷）負(fù)荷1小時。

上圖給出了此系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)框圖，應(yīng)急電源的電氣設(shè)備分為兩大部分，分別連接到煤礦配電網(wǎng)6kV的兩段母線上。在控制系統(tǒng)中，底層的控制設(shè)備統(tǒng)一歸系統(tǒng)的總體監(jiān)測與控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)，并且保證與現(xiàn)有煤礦配電網(wǎng)的監(jiān)測調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與信息同步，以實現(xiàn)在線模式下對電網(wǎng)數(shù)據(jù)的在線分析與動態(tài)預(yù)測，在應(yīng)急電源模式下對配電網(wǎng)提供主扇負(fù)荷的手動重構(gòu)與局扇負(fù)荷的自動重構(gòu)，保證重要負(fù)荷的電力供應(yīng)。

烏海公司平溝煤礦靜態(tài)儲能應(yīng)急電源于2015年底正式投運，可以帶主扇、局扇等應(yīng)急負(fù)荷一個小時以上，并據(jù)理論測算通過儲能系統(tǒng)的削峰功能、有功與無功雙重補償功能、電能智能監(jiān)控的節(jié)能功能，可節(jié)省電費支出180萬元/年。

隨著，電池技術(shù)的進(jìn)一步成熟，成本的下降靜態(tài)儲能應(yīng)急電源有可能在煤礦行業(yè)進(jìn)一步得到推廣應(yīng)用，從目前來看，該方式不適用于大、中型煤礦。

3.4 車載柴油發(fā)電機組做應(yīng)急電源

車載柴油發(fā)電機組（見圖4）主要組成：牽引車頭及掛車，柴油發(fā)電機組承載箱體，柴油發(fā)電機組本體、控制屏、開關(guān)柜、燃油箱、進(jìn)、排風(fēng)系統(tǒng)及降噪消音裝置、排煙裝置、機械支撐、倒車監(jiān)控裝置、車內(nèi)交直流明燈具、消防設(shè)備、電纜收放裝置、高、低壓電纜和接頭、防雷及接地裝置、備品備件、專用工具、使用手冊等。

隨著，發(fā)電機組技術(shù)的革新，大型發(fā)電機組小型化并進(jìn)行車載成為可能，目前，國內(nèi)最大的10kV車載發(fā)電機組已經(jīng)可以做到2400kW。通過理論計算，2臺2400kW的車載柴油發(fā)電機組并列使用可以滿足1200kW電動機直接啟動要求，保證正常運行后，并且具備3960kW阻性負(fù)載容量空間，下一級最大直接啟動容量仍可達(dá)到900kW?？梢詽M足中、小型礦井的應(yīng)急電源要求。

3.5 四種應(yīng)急電源優(yōu)缺點及適用范圍

雙電源外引入第三電源做應(yīng)急電源，優(yōu)點為：供電可靠性較高；缺點為：征地困難，建設(shè)成本較高。建議在高瓦斯、有較大水害的礦井供電系統(tǒng)中采用。

自備電廠做應(yīng)急電源，優(yōu)點為：供電可靠性較高，可大量節(jié)約購電成本。缺點為：損害了地方供電公司的利益，實現(xiàn)有一定的阻力。建議在條件許可的情況下，煤礦均可采用該種供電方式，并將電廠的電源作為主供電源。在條件許可的情況下，煤礦宜采用該種供電方式。

靜態(tài)儲能做應(yīng)急電源，優(yōu)點為：建設(shè)周期短；缺點為：儲能系統(tǒng)容量有限，建設(shè)成本較高。建議可在小型煤礦中使用。

車載柴油發(fā)電機組做應(yīng)急電源，優(yōu)點為：應(yīng)急電源可移動使用；缺點為：容量有限。建議：在煤礦較集中的區(qū)域可配置為搶險電源。

4 結(jié)束語

煤礦企業(yè)作為重要電力用戶，有必要考慮配置應(yīng)急電源。配置何種應(yīng)急電源，可結(jié)合區(qū)域電網(wǎng)的可靠性、有無出線間隔、有無發(fā)電廠等外部條件，并兼顧考慮煤礦自身的瓦斯、水等災(zāi)害的厲害程度，進(jìn)行選擇。

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