談煤礦地面供電系統(tǒng)技術改造

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摘要：分析當前煤礦地面供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀，針對現(xiàn)階段煤礦地面供電系統(tǒng)中存在的問題立足于技術改造原則，從供電設備升級和技術手段更新兩個方面進行相關的技術改造。通過改造，不僅保證了安全穩(wěn)定供電，還降低了煤礦事故的發(fā)生，使煤礦朝著嚴格、高效、健康的方向發(fā)展。

關鍵詞：地面供電;技術原則;設備升級;技術改造

引言

煤炭在我國國民經(jīng)濟中占有重要比重[1]。煤礦供電系統(tǒng)關乎著煤炭的安全生產，其中煤礦供電系統(tǒng)包括地面供電和井下供電系統(tǒng)，地面供電系統(tǒng)的穩(wěn)定決定了井下的安全供電，但是現(xiàn)如今很多煤礦供電系統(tǒng)仍然維持40多年前的總體設計要求，供電系統(tǒng)尚不滿足國家新規(guī)定的可靠性要求。選用高性能的供電設備和新的技術手段來實現(xiàn)煤礦地面供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行迫在眉睫。為了提高供電系統(tǒng)的可靠性，文獻[2]中指出在現(xiàn)有的供電系統(tǒng)結構基礎上，采用雙電源和雙回路供電方式，保證在當前回路發(fā)生故障時提供備用。文獻[3]針對雷電事故提出了一種不間斷供電的技術方案，解決了煤礦地面10kV高壓供電系統(tǒng)防短路越級跳閘、660V低壓供電選漏以及短時失壓問題。本文針對當前煤礦地面供電系統(tǒng)中的問題進行技術改造，包括供電設備升級和技術手段更新。供電設備升級主要從輸電、配電兩個環(huán)節(jié)入手，分析當前煤礦供電系統(tǒng)設備中的嚴重問題，提出相應的改造方案，對于技術手段更新主要從系統(tǒng)的繼電保護方面進行相應的設計。

1煤礦地面供電系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1當前地面供電系統(tǒng)存在的問題

在我國煤礦中，地面供電高壓一般采用35kV、10kV、6kV電壓等級，低壓采用380V、220V電壓等級[4]。其中高壓系統(tǒng)可向井下變電所供電，低壓系統(tǒng)主要向地面鍋爐房、礦井水處理站以及辦公樓和其他配電點供電。為保證供電的安全可靠性，線路采用雙回路供電，并根據(jù)地面負荷分布特點，設置主工業(yè)廣場變電所、主扇變電所、原煤倉配電室和主斜井井口變電所。地面供配電系統(tǒng)結構組成如圖1所示。隨著煤礦生產規(guī)模的擴大，用電負荷不斷增加。但是當前主變電站容量不足，無法滿足日益增長的電力需求，對主變壓器的擴容升級成為變電發(fā)展的關鍵[5]。除此以外，單臺主變壓器無法應對大檢修、主變壓器故障或者容量不足的問題。除了變壓器，電容補償器、電壓互感器、電流互感器等設備陳舊，有些設備常年未被更換，因此需要頻繁維護，這樣一來增加了人力和成本；不光如此，有些設備已經(jīng)處于極限運行狀態(tài)，存在重大的安全隱患問題，例如線路老化可能引起瓦斯爆炸、通風機停機等重大安全事故問題。選用高性能的供電設備已刻不容緩。除了設備需要改造以外，煤礦供電系統(tǒng)技術手段已經(jīng)無法達到繼電保護選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個要求。繼電保護的整定值不恰當，主保護、近后備保護和遠后備保護設置方式不合適，當出現(xiàn)故障時，保護裝置出現(xiàn)誤動、拒動，嚴重威脅礦井生產和人身安全[6]?？傊瑢Ξ斍暗孛婀╇娤到y(tǒng)的技術改造關乎著煤礦的健康發(fā)展。

1.2技術改造原則

技術改造需立足于一定的原則，具體如下：1）嚴格遵守國家對煤礦的安全生產規(guī)定，在保證安全的前提下進行相應的技術改造；2）保證一定的經(jīng)濟性，避免復雜、大動干戈的變動，減少工期，并進行有效的經(jīng)濟效益評估，確保成本最小化、利益最大化，充分發(fā)揮資金的使用效益；3）充分了解當前的供電情況，結合現(xiàn)有的技術條件，在遵守設備的技術參數(shù)指標前提下，提出合理的、合適的改造方案，確保方案具有一定可行性；4）對重點技術改造要嚴格遵守項目規(guī)定，項目依照程序進行申報、審批、報備，落實責任到人、領導監(jiān)督和科學管理。

2供電設備升級

從當前地面供電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀中看到，設備落后、老化帶來的安全問題最為首要。本文從輸配電兩個環(huán)節(jié)入手，對當前的供電設備提出改造措施。

2.1輸電線路改造

供電系統(tǒng)中，長距離架空線路在整個系統(tǒng)中比例很高。架空輸電線路與煤礦地面之間的距離隨著地形的變化而發(fā)生改變，有些已經(jīng)不滿足安全供電距離要求。要增加架空線路與地面的安全距離，具體可參考《110~500kV架空電力線路施工及驗收規(guī)范》，并且由于煤礦工作地面的復雜性，適當增加10%~20%的裕量，確保架空線路的安全性。此外，針對混凝土電桿出現(xiàn)的裂縫，應該在桿塔外部增加保護層，避免長時間暴露在外引起的破裂或者其他惡劣天氣帶來的輸電干擾。

2.2變壓器改造

針對變壓器擴容問題，在地面供電系統(tǒng)中可增加三臺主變壓器，分別承擔重要負荷供電、一般負荷供電以及提供熱備用電源，以確保變壓器有足夠的容量完成可靠性供電。

2.3斷路器改造

針對地面供電系統(tǒng)超負荷現(xiàn)象，對供電線路采用全橋接線，將兩個進線斷路器設置在高壓開關柜內。并且采用高壓真空斷路器，確保當負載端超負荷時，起到反時限保護作用。

3繼電保護技術改造方案

3.1繼電保護防越級跳閘

3.1.1越級跳閘問題在地面供電系統(tǒng)限時電流保護中，為了保證保護具有選擇性，會設置一個延時△t，即上級線路比下級線路多一個△t，通常設置為0.5s。地面主工業(yè)場地35kV進線端保護時限是給定的，時限一般為1s。從進線端到饋出線，再到井口中央變電所進線，線路級數(shù)增多。當線路保護的級數(shù)過多時，整定保護時限重疊，難以保證下級線路的時限，很容易造成越級跳閘現(xiàn)象。其次，由于短距離供電線路中的線路阻抗較低，當故障發(fā)生在線路末端時，線路首末兩端中故障電流大小相差不大，保護機構不易區(qū)分兩端電流，難以保證線路保護的靈敏度，也很容易造成越級跳閘現(xiàn)象。

3.1.2技術方案為了解決越級跳閘現(xiàn)象，本文提出了兩個解決方案。第一，采用縱聯(lián)電流差動保護方案，其原理圖如圖2、圖3所示。通過測量并比較線路兩端電流的幅值和相位判別線路內部故障還是外部故障。線路正常運行或發(fā)生外部故障時原理圖如圖2所示。從圖2可得，流過差動繼電器KD的電流如公式（1）所示：當發(fā)生內部故障時，如圖3所示。流入繼電器KD的電流為如公式：最后判斷當流入繼電器KD的電流大于繼電器的動作電流值時，繼電器瞬時動作，切除故障，起到防越級跳閘問題。第二，采用時間級差閉鎖保護方案。假設當線路某一級發(fā)生故障后，繼電保護裝置會向上一級線路發(fā)送故障信號，當對每一級保護裝置設置一定的延時后，只有在延時期內本級線路沒有再接收到下一級傳來的故障信號，本級保護才會動作。原理圖如圖4所示。

3.2繼電保護防單相接地

3.2.1單相接地故障問題單相接地故障多發(fā)生于地面供電系統(tǒng)中，并且當故障發(fā)生后，地面繼電保護只報警不掉閘，造成井下中央變電所低壓保護系統(tǒng)中電壓、電流變化，進而引起井下中央變電所高壓開關漏電保護系統(tǒng)誤動。這種情況會導致井下大面積的停電，引起重大事故。

3.2.2技術方案針對這種情況，應該在地面供電系統(tǒng)高壓饋線上安裝單相接地選線保護裝置。當任一線路發(fā)生單相接地故障時，快速切除故障線路。相比人工操作過程，大大減小了選擇故障線路的工作量，避免了人工操作過程導致的無故障線路供電中斷問題。

4結論

地面供電系統(tǒng)在整個供電系統(tǒng)中占有重要位置，關乎著煤礦的安全生產能否順利進行。本文針對當前煤礦地面供電系統(tǒng)中所出現(xiàn)的問題，從供電設備升級和繼電保護技術改造兩個方面提出相應的技術改造方案，保障了供電安全穩(wěn)定，提高了煤炭行業(yè)的運行標準。

參考文獻

[1]張強.中國煤炭行業(yè)新常態(tài)研究[J].中國煤炭，2015，41（2）：11-15；29.

[2]王秉智.煤礦供電系統(tǒng)可靠性的措施與對策[J].中國礦山工程，2020，49（2）：42-43.

[3]田旭東，駱建營，閔祥晟.煤礦供電電源不間斷供電可靠性技術研究[J].煤礦現(xiàn)代化，2019（4）：202-205.

[4]劉淑君.660V電壓等級在發(fā)電廠的應用研究[D].保定：華北電力大學，2013.

[5]武鵬.提高煤礦供電系統(tǒng)可靠性的措施與對策[J].能源與節(jié)能，2017（7）：64-65.

[6]王麗娟.煤礦供電設備電氣保護技術的探討[J].江西煤炭科技，2015（3）：113-114.

作者：趙素芬 單位：同煤集團四老溝礦供電科