礦山供電系統(tǒng)優(yōu)化及技術(shù)改造分析

1 礦山供電系統(tǒng)的基本特征

1.1 可靠性高

供電可靠性是指供電系統(tǒng)持續(xù)供電的能力和不間斷供電的可靠程度?？煽啃愿呒匆蟮V山供電系統(tǒng)要具有較強(qiáng)的持續(xù)供電的能力，在供電設(shè)備設(shè)施、供電線路故障和用電設(shè)備故障等情況下，要通過相應(yīng)的保障措施，保證供電系統(tǒng)能夠不間斷供電。在礦山供電系統(tǒng)中通常對一級(jí)負(fù)荷采取雙電源供電系統(tǒng)，以保證對礦山一級(jí)負(fù)荷設(shè)備設(shè)施實(shí)現(xiàn)不間斷供電；對重要設(shè)備采取雙回路獨(dú)立的供電電源線路、規(guī)避分接負(fù)荷等措施，實(shí)現(xiàn)重要設(shè)備和供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行；對其他電器設(shè)備則要通過完善的安全保護(hù)措施，減少對生產(chǎn)的影響，保證礦山供電系統(tǒng)的高可靠性。提高供電系統(tǒng)的可靠性，不僅可以提升供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少因供電系統(tǒng)故障造成的生產(chǎn)影響，保證礦山的生產(chǎn)效率，同時(shí)也可以減少供電系統(tǒng)維護(hù)、維修成本，降低檢維修工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度地提高礦山的生產(chǎn)效率[1]。

1.2 具有安全保障

安全保障即要求礦山供電系統(tǒng)必須要具有較高的安全性，由于礦山本身環(huán)境的獨(dú)特性、復(fù)雜性以及惡劣的自然條件影響，供電系統(tǒng)是否能安全運(yùn)行將直接影響礦山的生產(chǎn)工作，為保證礦山供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，保障電器設(shè)備設(shè)施安全持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，對供電系統(tǒng)采取防爆、防觸電以及防漏電等安全保護(hù)措施改造，提高供電系統(tǒng)的安全性，同時(shí)還可以通過采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，對供電系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，實(shí)時(shí)監(jiān)測供電線路與電器設(shè)備的運(yùn)行情況，對供電系統(tǒng)實(shí)施動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)管理，提高供電系統(tǒng)整體的安全性，保障礦山電器設(shè)備和操作人員具有更高的安全性。

1.3 技術(shù)合理

技術(shù)合理就是利用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步保證礦山供電系統(tǒng)運(yùn)行的技術(shù)合理性，在礦山供電系統(tǒng)建設(shè)和改造過程中，要針對電力系統(tǒng)中的負(fù)荷分布情況，合理設(shè)置供電線路的布局，減少線路損耗。礦山電力設(shè)備保護(hù)設(shè)施的參數(shù)整定必須定期由專業(yè)人員進(jìn)行，當(dāng)供電系統(tǒng)中當(dāng)電力負(fù)荷發(fā)生較大變化的時(shí)候，要及時(shí)對相應(yīng)的保護(hù)設(shè)施重新進(jìn)行整定和調(diào)整，供電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和安裝設(shè)備保護(hù)設(shè)施的時(shí)候，要采取選擇性停電控制技術(shù)以及分級(jí)保護(hù)技術(shù)，最大限度的保護(hù)礦山供電設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性與連續(xù)性。通過設(shè)置合理的電器保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)施和供電電纜的保護(hù)，同時(shí)要通過現(xiàn)代技術(shù)手段，對電網(wǎng)的電壓偏移量、頻率差以及功率因數(shù)等電力參數(shù)進(jìn)行科學(xué)、合理化的管控[2]，加強(qiáng)供電系統(tǒng)的技術(shù)管理，使礦山供電系統(tǒng)趨于合理。

1.4 經(jīng)濟(jì)效益高

經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的核心，企業(yè)經(jīng)營最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)利益最大化，而礦山供電系統(tǒng)電力消耗成本在企業(yè)的總成本中占有較高比例，供電系統(tǒng)建設(shè)和技術(shù)改造的合理性直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在礦山供電系統(tǒng)的建設(shè)和技術(shù)改造時(shí)，要以滿足生產(chǎn)需要和可持續(xù)發(fā)展為根本目標(biāo)，以減少投資和減少改造量為原則，保證供電系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的簡單化。在保證現(xiàn)有的電氣設(shè)備以及供電線路安全運(yùn)行前提下，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益合理、可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的要求，同時(shí)要通過使用高技術(shù)含量、高穩(wěn)定性設(shè)備減少供電系統(tǒng)維護(hù)消耗，降低系統(tǒng)維護(hù)成本，提高礦山供電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)步提升。

2 礦山供電系統(tǒng)存在的問題

2.1 供電系統(tǒng)負(fù)荷不平衡

礦山供電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，時(shí)常會(huì)受供電系統(tǒng)負(fù)荷不平衡因素的制約。首先礦山供電系統(tǒng)一般使用三相四線制輸送電力，三相生產(chǎn)用電設(shè)備與單相負(fù)載混合使用，實(shí)際工作中由于電氣技術(shù)人員疏忽加上大功率單相設(shè)備的增容及使用時(shí)間的不同時(shí)性影響，致使單相負(fù)載過大，形成了三相負(fù)載的不平衡；其次礦山生產(chǎn)電氣設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣，電氣設(shè)備使用現(xiàn)場灰塵大、露天使用易導(dǎo)致電氣設(shè)施短路損壞，致使電氣設(shè)備故障運(yùn)行，導(dǎo)致供電系統(tǒng)三相負(fù)載不平衡；三是由于礦山供電電纜的搭設(shè)的過程中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)擠、壓、砸、割等物理性的電纜損害，容易造成漏電事故，導(dǎo)致供電系統(tǒng)三相電流不平衡。受以上幾項(xiàng)因素影響，礦山供電系統(tǒng)負(fù)荷不平衡問題非常突出，三相負(fù)荷的不平衡將大幅度降低供電系統(tǒng)運(yùn)行效率，對礦山生產(chǎn)工作造成不良影響。

2.2 用電設(shè)備與供電系統(tǒng)不匹配

目前礦山生產(chǎn)機(jī)械化應(yīng)用與技術(shù)升級(jí)速度加快給礦山供電系統(tǒng)提出了更高要求，設(shè)備更新后與原有供電系統(tǒng)不能夠完全匹配，如供電系統(tǒng)未及時(shí)進(jìn)行改造將無法滿足新設(shè)備安全運(yùn)行的要求。其次是礦山供電系統(tǒng)技術(shù)改造后，使用了大量的電力電子裝置以及一些非線性的電力電子器件，雖然在一定程度上滿足了礦山對電氣設(shè)備功能的需求，但對電網(wǎng)中無功危害與諧波污染方面也越發(fā)嚴(yán)重，造成礦山電力系統(tǒng)供電質(zhì)量下降、功率因數(shù)降低、諧波含量過高等問題。同時(shí),因礦山生產(chǎn)實(shí)際工作需要供電系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)臨時(shí)性接線，改變了供電系統(tǒng)運(yùn)行的平衡狀態(tài)，加速供電系統(tǒng)中內(nèi)部元件以及開關(guān)設(shè)備的老化程度，以上因素都直接影響到礦山供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

礦山現(xiàn)有電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)不匹配的問題，一方面使得礦山供電系統(tǒng)電力設(shè)施存在超負(fù)荷的問題，降低供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至造成供電系統(tǒng)大范圍的故障；另一方面新型電力設(shè)備設(shè)施技術(shù)升級(jí)影響礦山供電質(zhì)量，影響其他電器的設(shè)施的正常運(yùn)行，供電系統(tǒng)穩(wěn)定性與安全性受到制約，直接影響礦山生產(chǎn)工作的安全高效運(yùn)行。

2.3 諧波污染嚴(yán)重

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備被應(yīng)用到了礦山供電系統(tǒng)中。但是將性能高、功率大的變頻器、調(diào)速器等電子設(shè)備應(yīng)用到礦山供電系統(tǒng)中，會(huì)對供電系統(tǒng)產(chǎn)生大量的諧波污染，嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

諧波會(huì)使供電系統(tǒng)中的產(chǎn)生附加的損耗，降低供電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，大量三次諧波電流會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、機(jī)械振動(dòng)力加大、產(chǎn)生較大噪音，使變壓器局部嚴(yán)重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短以致?lián)p壞。諧波還會(huì)導(dǎo)致電器保護(hù)裝置誤動(dòng)作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失，諧波還會(huì)對其他電子設(shè)備造成干擾產(chǎn)生失真的情況，致使一些精密電子儀器工作異常，對礦山電氣設(shè)備的功能產(chǎn)生一定程度的破壞。同時(shí)諧波還能造成電網(wǎng)中的感性負(fù)載同電容器產(chǎn)生一定程度的諧振現(xiàn)象，當(dāng)高次諧波干擾嚴(yán)重時(shí)，電網(wǎng)中的感性負(fù)載設(shè)備的感抗數(shù)值和補(bǔ)償電容器的容抗數(shù)值都會(huì)成倍提高，使諧波電流進(jìn)一步放大，諧波電流的增加將造成電器設(shè)備、電容器絕緣介質(zhì)的進(jìn)一步損壞，加速供電系統(tǒng)中相關(guān)電器設(shè)備的絕緣老化速度。

3 礦山供電系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化及改造方法

3.1 穩(wěn)定供電系統(tǒng)負(fù)荷

為提高礦山供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，供電系統(tǒng)的負(fù)荷平衡是關(guān)鍵。電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中大負(fù)荷的用電設(shè)備接入或從電網(wǎng)切除前要先同相應(yīng)管理部門溝通并采取必要的防護(hù)措施，減少負(fù)荷波動(dòng)對供電系統(tǒng)的影響，臨時(shí)性接線或單相負(fù)載接線要在技術(shù)人員指導(dǎo)下接入電網(wǎng)，減少人為造成的負(fù)載不平衡問題。供電系統(tǒng)中采用三相四線制輸送電力時(shí)，應(yīng)使用3芯或4芯的電纜或使用低壓集束導(dǎo)線供電，將三相四線制導(dǎo)線束延伸到每一個(gè)設(shè)備，減少地域分布影響，將分散的單相負(fù)荷重組為比較對稱的三相負(fù)載，進(jìn)一步平衡三相負(fù)載，減少中性線電流，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的負(fù)荷平衡。

針對礦山電力設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣的問題，可以在電力線纜的架設(shè)過程中加強(qiáng)對電纜的保護(hù)，以減少周邊環(huán)境對電纜安全使用造成的影響，同時(shí)對重要用電設(shè)備要采取單一電線路供電，減少其他設(shè)備故障和線路故障對重要設(shè)備的影響；其次針對供電電纜運(yùn)行中時(shí)常出現(xiàn)的擠、壓、砸、割等的物理損害，可在易損壞的電纜設(shè)備的配電箱上加裝上防漏電保護(hù)裝置，減少漏電事故對供電系統(tǒng)負(fù)荷平衡造成的影響。同時(shí)在礦山新增設(shè)備的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇使用電壓低、技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備，從根源上降低三相負(fù)荷不平衡對礦山供電系統(tǒng)運(yùn)行所造成的影響[3]。

3.2 優(yōu)化供電系統(tǒng)，完善設(shè)備型號(hào)

為解決供電系統(tǒng)與用電設(shè)備不匹配的問題，不僅要完善設(shè)備型號(hào)匹配，還要分析礦山的實(shí)際運(yùn)行情況以及新技術(shù)發(fā)展趨勢，對供電系統(tǒng)實(shí)施進(jìn)一步技術(shù)改造升級(jí)：

一是在新項(xiàng)目設(shè)備更新時(shí)，首先要根據(jù)現(xiàn)有供電系統(tǒng)所能承載的負(fù)荷情況選擇新的電器設(shè)備，減少因?yàn)橛秒娫O(shè)備更新所造成的電網(wǎng)不匹配問題。

二是確因生產(chǎn)需要更新大型用電設(shè)備與電網(wǎng)不能匹配時(shí)，要對整個(gè)電網(wǎng)供電設(shè)施進(jìn)行配套的改造升級(jí)，保證新設(shè)備在供電系統(tǒng)中安全合理使用。

三是要對一些非線性的電力電子器件的設(shè)備安裝配套的諧波濾除設(shè)施，要采取就地補(bǔ)償?shù)脑瓌t，補(bǔ)償設(shè)施要盡量同設(shè)備同時(shí)切換，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)要對礦山供電功率因數(shù)低的電力設(shè)備進(jìn)行及時(shí)更換，逐步推廣防爆型無功率補(bǔ)償技術(shù)產(chǎn)品的使用，提升大型設(shè)備的功率因數(shù)，積極對供電線路進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，全面提升線路的輸送電能力[4]，使供電系統(tǒng)最大限度的發(fā)揮應(yīng)有的效能。

四是礦山電器設(shè)備要逐步采取計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電腦技術(shù)實(shí)施科學(xué)化管理，進(jìn)一步促進(jìn)礦山供電系統(tǒng)技術(shù)管理升級(jí)，要及時(shí)對現(xiàn)有的電力設(shè)備進(jìn)行檢修、故障排查，對不符合使用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備進(jìn)行更新，逐步采用現(xiàn)代化的先進(jìn)設(shè)備更新老舊設(shè)備，要對老舊落后的供電保護(hù)裝置實(shí)施改造，依據(jù)礦山實(shí)際需求更換新型保護(hù)裝置，利用先進(jìn)的設(shè)備保證供電系統(tǒng)的可靠性與靈敏性，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.3 實(shí)施抗諧波污染的技術(shù)改造

諧波污染對供電系統(tǒng)具有非常嚴(yán)重的危害，目前抑制諧波的方法主要是增加諧波補(bǔ)償設(shè)施。對于礦山供電系統(tǒng)中相對固定的設(shè)備或負(fù)荷比較穩(wěn)定的線路可采用無源濾波器進(jìn)行補(bǔ)償，無源濾波器是應(yīng)用最廣、成本最低、技術(shù)最為成熟的濾波方式之一，是利用電感、電力電容和電阻并聯(lián)于系統(tǒng)中組成的濾波電路，對三次諧波電流或某一頻率的諧波起到濾除的作用，大功率電器設(shè)備的補(bǔ)償濾波裝置應(yīng)盡可能靠近電氣設(shè)備進(jìn)行安裝，以抑制諧波對其他電器造成的影響，小功率的電器設(shè)備可采取集中補(bǔ)償形式，以降低補(bǔ)償設(shè)備的資金投入。

對于礦山供電系統(tǒng)中負(fù)荷變化較大或經(jīng)常性接入臨時(shí)負(fù)載的線路可采用有源濾波器進(jìn)行補(bǔ)償，有源濾波器可以動(dòng)態(tài)濾除供電線路中的諧波，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測并向電網(wǎng)中注入一組和諧波電流大小相等方向相反的電流實(shí)現(xiàn)對諧波的動(dòng)態(tài)濾除，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)諧波、無功以及負(fù)序電流的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。由于有源濾波器的成本較高，實(shí)際應(yīng)用中可采取混合型有源濾波器，將無源濾波器和有源濾波器組合起來，無源濾波器用來完成無功功率補(bǔ)償和補(bǔ)償部分諧波，有源濾波器部分則主要用來改善無源濾波器的特性，動(dòng)態(tài)濾除剩余諧波分量，混合型有源電力濾波器具有無源濾波器成本低、容量大的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備有源濾波器補(bǔ)償效果好、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，并且消除了無源濾波器效果差、易諧振的缺點(diǎn)，并解決了有源濾波器因成本高而難以應(yīng)用到實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中去的問題，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢互補(bǔ)，進(jìn)一步改善了供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量[5]。

4 結(jié)語

以上對礦山供電系統(tǒng)存在的問題和優(yōu)化措施，以及技術(shù)升級(jí)改造方法進(jìn)行了淺顯的研究與分析，著重對供電系統(tǒng)的負(fù)荷平衡、供電系統(tǒng)與用電設(shè)備的優(yōu)化匹配以及電網(wǎng)中的諧波抑制等方面進(jìn)行了闡述。實(shí)踐證明通過上述的優(yōu)化和改造，礦山供電系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率、穩(wěn)定性和安全性得到了有效提高。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化智能電氣技術(shù)的不斷推廣，礦山供電系統(tǒng)和用電設(shè)備的技術(shù)水平將會(huì)逐步提高，既可以進(jìn)一步滿足礦山的生產(chǎn)運(yùn)行的需求，保證礦山開采工作順利進(jìn)行，也可以為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，從而使礦山生產(chǎn)為我國現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。