基于大型露天礦山供電系統(tǒng)穩(wěn)定策略的綜述

安瑞斌

（江西銅業(yè)集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

德興銅礦供電系統(tǒng)共有15座變電站。其中220kV變電站1座，110kV變電站1座，35kV變電站13座。輸電線路總長達300多公里，線路故障種類多樣化（雷擊故障、接地故障、短路故障、斷線故障等）。用電負荷情況多樣化，比如采礦設(shè)備有電鏟、鉆機、排水泵等；選礦設(shè)備有球磨機、浮選設(shè)備、旋回破碎和各種回水泵等。目前大山220kV變電站擁有兩臺容量為180MVA的三繞組變壓器，變壓器的變壓等級為220kV/35kV/6kV。選礦設(shè)備通常需要穩(wěn)定電壓，而采礦設(shè)備的工作會造成電壓波動，以及輸電線路的各類故障均會導致系統(tǒng)穩(wěn)定性受到破壞甚至導致系統(tǒng)停機。因此保障供電系統(tǒng)及設(shè)備穩(wěn)定運行是我們需要持續(xù)公關(guān)的課題。

2 影響供電穩(wěn)定因素分析

2.1 多發(fā)的故障類型

（1）接地故障：架空線路多數(shù)位于山區(qū)，植被、樹木等易被風吹搭在架空導線，造成接地故障。

（2）短路故障：戶外樹枝掉落等外力影響、設(shè)備絕緣擊穿等造成相間短路。

（3）雷擊故障：金屬露天礦山為高雷暴地區(qū)，架空線在山區(qū)更容易引發(fā)雷擊。

（4）過電壓故障：大氣過電壓，操作過電壓以及用戶側(cè)無規(guī)則開停設(shè)備導致的諧振過電壓等。

（5）變電站近距離短路導致的系統(tǒng)晃電造成球磨機跳電停車事件。

2.2 外部線路日常維護困難

（1）用戶側(cè)負荷波動大、線路長，損耗大，壓降大。線路以及線路上的設(shè)備（電纜、桿塔、接地線、橫擔、抱箍、螺栓等）的日常維護問題。

（2）受技術(shù)手段及信息收集困難影響，故障類型判斷的準確性受限。由于復雜地形及惡劣天氣影響，發(fā)現(xiàn)故障點的及時性難以保證。

3 解決辦法

3.1 故障定位技術(shù)

對于頻發(fā)的接地故障，采用線路故障定位技術(shù)，在輸電線路產(chǎn)生接地故障時，線路中通常會有動態(tài)性的暫態(tài)電壓行波以及電流行波，行波中收集了故障點的方向以及位置等信息。再通過采集、分析解讀出這些信息。維修人員快速的定位故障點，解決故障，恢復生產(chǎn)［1］。

3.2 小電流接地選線裝置

當發(fā)生永久性的單相接地故障時，為了防止因電壓升高而導致事故擴大，必須盡快的確定故障線路并予以切除，所以小電流接地選線裝置就很重要。小電流接地選線裝置目前基于以下基本原理：（1）零序功率方向原理；（2）諧波電流方向原理；（3）外加高頻信號電流原理。

當系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，故障與非故障線路零序電流相反，由零序功率繼電器判別出故障，

當中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，在各條線路中都會出現(xiàn)零序電流，由于諧波次數(shù)的增加，相對應的感抗增加，容抗減小，這時故障線路與非故障線路的諧波電流方向相反，同時對所有大于諧波的電流均滿足這一關(guān)系［2］。

當中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，通過電壓互感器二次繞組向母線接地相注入外加高頻信號電流，該信號電流主要沿故障線路接地相的接地點入地，部分信號電流經(jīng)其他非故障線路對地電容入地。用信號電流探測器靠近線路的導體通過接受該線路中的故障相流過信號電流的方式和大小來判斷故障線路和非故障相接地的線路［3］。一般是故障線路接地相流過的信號電流大,非故障相接地的信號電流小,他們之間的差距比值要遠遠大于10倍。

3.3 線路保護改造

大山220kV變電站現(xiàn)用高頻從1989年投運，已連續(xù)運行30多年，220kV線路高頻保護載波通道構(gòu)成復雜，受外界環(huán)境影響大，穩(wěn)定性較低，可以更換為光纖差動保護，同時架空地線更換為復合型光纖地線OPGW。光纖通道原理簡單，不受系統(tǒng)振蕩、線路串補電容、平行互感、系統(tǒng)非全相運行、單側(cè)電源運行方式等影響，光纖通道的傳輸質(zhì)量高，誤碼率低，傳輸?shù)男畔⒘看?，抗干擾能力強。光纖差動保護確定故障位置更精確，保護反應速度更快，進一步提高了供電可靠性。

3.4 日常線路維護及防雷工作

（1）線路日常巡視要點。由于大部分架空線路在山區(qū)，雨季來臨時有山洪和泥石流爆發(fā)，會對線路上的桿塔、拉線、接地線等發(fā)生沖擊，造成接地、短路等故障，影響生產(chǎn)。因此，做好定期的巡線工作尤為重要，特別是重點區(qū)域建立臺賬，根據(jù)季節(jié)性特征開展有針對性的線路特巡。山區(qū)高植被區(qū)建立好臺賬，定期開展線路清障工作，防止高植被距離線路過近，導致線路接地故障發(fā)生。對于難以到達的區(qū)域采用無人機遙感技術(shù)設(shè)定巡視路徑，實現(xiàn)無人機定期巡視，并做好比對分析，對及時發(fā)現(xiàn)線路隱患具有良好效果。

（2）線路防雷要點。根據(jù)季節(jié)性特征開展線路防雷檢測，利用晴好天氣開展好桿塔接地電阻的檢測及整改工作，確保每級桿塔接地電阻值不得超過標準要求，對于阻值偏大的桿塔采用降阻技術(shù)進行整治，直到阻值達標。雷雨季節(jié)來臨前，做好線路避雷器的檢查和更換工作，以及線路絕緣子的檢查更換。對于特別容易遭雷擊的線路采取增加負角針或升級改造措施。

3.5 消除諧振的危害

（1）采用消弧消諧裝置以及選線跳閘裝置，打破諧振平衡。自動檢測系統(tǒng)，當發(fā)生了諧振以后該裝置自動選擇一條負荷小，負荷不重要的線路跳閘，優(yōu)先選擇電容器。

（2）無功補償裝置分級投運。在35kV等級的變電站中，采用SVG無功補償自動投切裝置，可以在長線路中補償?shù)臒o功損耗，提高線路電壓，同時在系統(tǒng)故障的情況下及時提供無功調(diào)節(jié)，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.6 調(diào)整繼電保護裝置定值

定期核實用戶側(cè)的負荷情況，因為繼電保護定值的大小是根據(jù)負荷的大小來計算的，所以當負荷情況變化劇烈時要適當?shù)闹匦掠嬎悴⒏亩ㄖ?，以確保繼電保護裝置能發(fā)揮應有的作用與“四性”功效?！八男浴奔矗哼x擇性、可靠性、速動性、靈敏性。

4 新技術(shù)管理系統(tǒng)的應用

4.1 接地故障管理系統(tǒng)的應用

接地故障管理系統(tǒng)應用在與35kV中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，可以準確的判斷出發(fā)生單相接地故障的線路。中性點不直接接地的系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，不是故障相的對地電壓會升高至倍；然后在系統(tǒng)絕緣薄弱處發(fā)生閃絡(luò)或者擊穿，對絕緣的耐壓要求較高，還會損傷絕緣系統(tǒng)；容易引發(fā)各種過電壓。不僅可以快速的判斷出故障線路還可以反映出接地故障點的位置，通過這些信息可以讓變電運行人員快速有效準確的上報，方便上級做出準確的判斷，做出最恰當?shù)奶幚恚?］。

4.2 全電壓檢測及SCADA系統(tǒng)的應用

德興銅礦電力配電網(wǎng)地域分布廣，監(jiān)控點眾多，又開始實行無人值守變電站制度，所以電壓監(jiān)測系統(tǒng)尤為重要。通過全電壓檢測系統(tǒng)可將電網(wǎng)中出現(xiàn)的操作過電壓、雷電過電壓、工頻過電壓及電壓陡降等各種現(xiàn)象及發(fā)生過程快速、連續(xù)、完整進行記錄，達到實時把脈電網(wǎng)波動，及時發(fā)出報警信號。通過SCADA系統(tǒng)將各變電站將“四遙”信號傳入調(diào)度系統(tǒng)，再調(diào)度端監(jiān)測某一個變電站內(nèi)的任何一條線路的電壓、電流、有功功率、無功功率和斷路器的位置狀態(tài)等。該系統(tǒng)通過光纖通信，手動分配地址，將一個變電站內(nèi)的信息傳輸?shù)接腥酥凳氐牡胤?。監(jiān)控多個變電站，節(jié)約大量的人力物力，實現(xiàn)無人值守或少人值守。

5 結(jié)語

通過以上策略的分析山區(qū)長距離輸電故障高發(fā)、多種類無規(guī)則負荷波動影響。各種故障跳閘等問題得到有效的治理，極大提升了露天礦山供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少故障次數(shù)和故障時間，為生產(chǎn)提供了安全穩(wěn)定供電保障，也減少了電能的損耗與生產(chǎn)成本。間接的為社會做出了積極貢獻，促進了經(jīng)濟發(fā)展和社會和諧。