淺談煤礦供電系統設計

【摘 要】本文簡述了煤礦企業對電力系統的要求、供電系統的分類、供電系統的設計依據及供電方案的確定及設計過程中應考慮的幾個問題。

【關鍵詞】供電系統；設計；分類；諧波；電容電流

能源是社會生產力的重要基礎，我國支柱型能源之一的煤炭，他的生產具有十分重要的意義。煤礦供電系統是煤礦生產的重要組成部分。是現代礦山企業的動力，因此，礦區總體供電必須緊密結合所在電力系統和電站的具體情況，全面的分析有關因素，合理的確定礦區供電系統。

1.礦區電力系統的基本要求

1.1首先應保證供電的安全、可靠

供電的可靠性是指供電系統不間斷供電的可能程度。比如說當電氣設備檢修或是故障時，應要求保證對一級負荷及全部（或大部）二級負荷的供電。礦山如果斷電，不僅影響產量，而且有可能造成人身事故和設備損壞，嚴重可能會造成礦井的破壞。因此為了保證礦井供電可靠性的要求，《煤礦安全規程》第四百四十一條明確規定，礦井應有兩回供電線路。當任一回路發生故障停止供電時，另一回路應能擔負礦井全部負荷。年產60000t以下（不含60000t）的礦井采用單回路供電時，必須有備用電源。礦井的兩回電源線路上都不得分接任何負荷。

安全是指不發生人身觸電和因電氣設備故障而引起的爆炸、火災等重大事故，由于煤礦井下環境條件的特殊性，生產環境復雜，在采掘過程中容易產生有爆炸危險的瓦斯（甲烷）和煤塵，并且由于電氣設備經常處于溫度濕度較高的狀態下，設備內部產生凝露現象比較普遍，霉菌現象也時有發生。據有關資料統計，在煤礦瓦斯、煤塵爆炸事故中，電火花引起的事故約占50%；在煤礦發生的觸電事故中，煤礦井下觸電死亡人數約占64%。因此，井下電氣設備，必須符合《煤礦安全規程》第四百四十四條的規定及制定相應的管理規程，從而確保供電的安全性。

1.2接線系統在運行中應具有一定的靈活性

調度時，可以靈活的投入和切除發電機、變壓器和線路，滿足所有運行方式下的調度要求。

檢修時不影響電力網的運行和滿足用戶的供電要求。

擴建時，不影響連續供電，或停電時間在用戶允許的范圍內。

2.供電系統的設計依據及供電方案的確定

供電系統的設計首先需要的資料是整個礦區各戶電負荷的大小，以及每個用戶在礦井當中的重要性。供電負荷分三類，一類負荷、二類負荷和三類負荷。煤礦中的通風、排水、升降人員、抽放瓦斯、醫院等也都屬于一類負荷，又稱保安負荷。因此是煤礦中最重要的用戶，要求供電絕對可靠。為此，對這類用戶的供電，必須設有備用電源和備用供電線路。礦井用電負荷的估算有很多種，無論選用哪種算法，計算過程中應注意幾個問題：某些設備應盡量選用合理的需用系數、選用合理的重合系數及合理的工作制度。這樣在設計過程中才會避免不必要的浪費和積壓。其次，根據各類負荷的分布，應確定礦井主變電所的合理位置。同時變電所的選址時應注意節約用地、進出線的方便、變電所的地址應有適宜的地址條件、交通方便及周圍環境要清潔。

3.供電系統的分類

電力系統的接線方式對于保證安全、優質和經濟地向用戶供電具有重要的作用，無備用接線的網絡中包括：放射式、干線式和鏈式，有備用界限的網絡中包括放射式、干線式和鏈式，兩端供電網和環形網。在設計過程中，由于礦區內的用電負荷的電壓等級不同，和實際情況的需要，因此單一的供電方式不能滿足供電需要，實際供配電系統是集中供電方式相結合。在可研設計階段會根據礦上實際的情況選擇幾種供電方式，進行全面的綜合比較，從而確定最佳供電方案。

4.設計過程中應考慮的問題

（1）隨著煤炭、電力行業技術的飛速發展，煤炭的產量也隨之增加。設計完成幾年后，原來認為很先進的設備已經變為落后設備，因此礦區會選用功率較大的采煤機組及運輸設備，同時相應的問題也會隨之產生，井下負荷容量如果大于供電系統原設計容量，礦井主變電所的供電能力將不能滿足供電要求，主變壓器長期運行在低效運行工況條件下，降低了供電系統供電可靠性和供電質量水平，同時系統長期運行在過負荷條件下，很容易導致變壓器出現過熱，甚至引發電力系統供電中斷。

（2）諧波的危害十分嚴重。諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。對于電力系統外部，諧波對通信設備和電子設備會產生嚴重干擾。諧波對于配電系統的影響，表現在對線路上所配置的保護及測量設備的影響。因這些設備一般采用電磁式繼電器、感應繼電器元件，容易接受諧波干擾而誤動和拒動，系統中存在的不明原因的誤動和拒動，與諧波不無關系。所以諧波超標，會嚴重威脅配電系統的安全穩定運行。此外，諧波會通過靜電感應、電磁感應以及傳導等多種方式禍合進通訊系統，影響它們的正常運行。對于人體，諧波會刺激人體細胞，使正常的細胞膜電位發生快速波動或可逆的翻轉，當這種波動或翻轉頻率接近諧波頻率時，會影響人體大腦與心臟。

（3）電網隨著生產規模的不斷擴大，井下供電范圍逐漸擴大，造成系統單相接地電容電流較大。根據對部分礦井的實測和調查，礦井6kV電網的接地電容電流在幾安至幾十安之間變化。由于電容電流而引起的電纜放炮現象較多，特別是雷雨季節，這種現象則更為突出，有的礦務局電纜放炮多達百次，每次事故停電面積均較大，即使在同一個礦井，正常的電容電流也不是固定不變的，它隨著電力系統的改變，采區和工作面的移動等諸多因素的影響而變化，當大量電纜和設備投入、切除時，電容電流的變化很大，會影響電網安全運行。因此在設計過程中應考慮電容電流的影響因素，采取相應的措施。限制電網單相接地電容電流不超過20A的措施：①采用全補償的方法。②采用過補償的方法。③采用消弧線圈補償方法。

一般均采用過補償的方法，在過補償的情況下，當電網中的線路減少時，不致成為全補償。如果采用欠補償方式，在切除部分線路后也可能造成全補償。

（4）由于煤礦井下環境的原因比較復雜，煤礦井下高壓供電系統中電纜線成為安全可靠性的薄弱的環節。首先，高壓鎧裝電纜外層鋼帶或鋼絲鎧裝層由于潮濕很容易銹蝕；其次，如果運輸大巷到采掘負荷中心對空間小，高壓電纜在巷道內運輸時就很容易刮破、擠壞，高壓屏蔽電纜也容易被扎，從而造成高壓停電事故；再次，高壓電纜長時間處于過載狀態，也很容易出現事故；最后，單相接地會使另兩相對地電壓升高，嚴重影響煤礦井下高壓供電系統的可靠性。

為了避免事故的發生，提高高壓線路的可靠性，在固定場所鋪設電纜時，應選擇聚氯乙烯絕緣電纜、聚氯乙烯絕緣鎧裝電纜、交聯聚乙烯電纜、交聯聚乙烯護套鋼絲鎧裝電纜或其它新型高絕緣電纜。并且在選用電纜時必須保證載流量滿足現有設備要求，并留有一定的富余系數。

5.結束語

煤礦在發展，電力在發展，煤礦的發展與電力系統的運行密切相關，如何設計出更好的供電系統、如何更好的提高供電系統運行的穩定性、可靠性還需要進一步的探索、研究。

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