露天煤礦供電系統(tǒng)安全性可靠性分析

韓玉林

摘 要：在露天煤礦的生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，煤礦的供電系統(tǒng)乃是煤礦生產(chǎn)當(dāng)中至關(guān)重要的構(gòu)成部分，也是露天煤礦實(shí)現(xiàn)安全性能生產(chǎn)的先決因素。然而，如果想要提高煤礦的供電系統(tǒng)安全性與可靠性，則是一項(xiàng)具有持續(xù)性與艱巨性的長(zhǎng)期任務(wù)。并且在煤礦生產(chǎn)的過(guò)程當(dāng)中，這也是一項(xiàng)非常錯(cuò)綜復(fù)雜的龐大的系統(tǒng)工程。如果想要做好露天煤礦系統(tǒng)安全性以及可靠性的相關(guān)研究，必須采取極為有效的策略與手段，這對(duì)于增強(qiáng)露天煤礦的安全性能以及生產(chǎn)效率來(lái)說(shuō)，都起到了不可估量的重要作用。該文的研究宗旨便是通過(guò)分析當(dāng)前煤礦供電系統(tǒng)現(xiàn)狀的一些所存弊端，且總結(jié)出一些相關(guān)的優(yōu)化策略，希望從而能夠有效的提高露天煤礦供電系統(tǒng)的安全性能與可靠性能，為我國(guó)露天煤礦的高效運(yùn)行提供一份堅(jiān)實(shí)可靠的保障。

關(guān)鍵詞：露天煤礦 供電系統(tǒng) 可靠性 安全性

中圖分類(lèi)號(hào)：TD612 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（a）-0213-02

煤礦企業(yè)一直都是我國(guó)非常重要的能源企業(yè)，故此，確保其生產(chǎn)的安全性能與可靠性能對(duì)煤礦企業(yè)來(lái)說(shuō)具有著至關(guān)重要的意義。但是，隨著近年來(lái)煤礦企業(yè)工作任務(wù)的逐年遞增，對(duì)于供電的需求量也日漸增大，可當(dāng)前國(guó)內(nèi)的諸多露天煤礦的供電系統(tǒng)方面的安全性能與可靠性能方面還存在著頗多問(wèn)題，例如說(shuō)：供電設(shè)備過(guò)于陳舊老化、供電設(shè)備超過(guò)使用期限沒(méi)有及時(shí)更換、供電系統(tǒng)的自身構(gòu)造不夠科學(xué)合理、許多大中型供電設(shè)備的系統(tǒng)都存在著或多或少的故障等，這些因素都在很大程度上制約了露天煤礦供電系統(tǒng)其安全性與可靠性的發(fā)揮。故此，如果想要確保露天煤礦可以按照預(yù)計(jì)順利生產(chǎn)，那么將這些安全隱患徹底解決便成為了煤礦企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。該文便針對(duì)露天煤礦供電設(shè)備系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析、闡述，并根據(jù)現(xiàn)狀中的所存問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，且提出了相關(guān)的優(yōu)化措施，希望能為煤礦企業(yè)的安全性能與可靠性能提供一份有效的保障。

1 增強(qiáng)露天煤礦供電系統(tǒng)安全性、可靠性的意義闡述

第一，增強(qiáng)煤礦供電系統(tǒng)的安全性、可靠性可以非常有效地避免事故以及故障的發(fā)生，這對(duì)于保證工作人員以及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全來(lái)說(shuō)，具有著至關(guān)重要的意義；第二，增強(qiáng)煤礦供電設(shè)備系統(tǒng)的安全性、可靠性能夠降低供電設(shè)備的維修費(fèi)用，且降低供電設(shè)備的維修周期，促使煤礦生產(chǎn)可以更為順利的進(jìn)行，這從很大的程度上提升了煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。故此，無(wú)論是從安全性的角度出發(fā)，還是從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，增強(qiáng)露天煤礦供電系統(tǒng)的安全性與可靠性對(duì)于煤礦企業(yè)來(lái)說(shuō)，都是能夠保證安全生產(chǎn)最為可靠的有效途徑，也是當(dāng)前露天煤礦生產(chǎn)的先決條件。

2 露天煤礦對(duì)于供電系統(tǒng)安全性、可靠性根本要求闡述

供電系統(tǒng)的安全性與可靠性乃是露天煤礦其生產(chǎn)設(shè)備的基本動(dòng)力保障，故此，供電系統(tǒng)的安全性能與可靠性能實(shí)惠直接影響到生產(chǎn)設(shè)備的工作效率與露天煤礦的經(jīng)濟(jì)收益。除此之外，供電單位其管理水平的優(yōu)劣與技術(shù)水平的高低也會(huì)由此反映出來(lái)。故此，保證露天煤礦供電設(shè)備系統(tǒng)的安全性能與可靠性能，是至關(guān)重要的事情。

根據(jù)國(guó)際國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》以及《礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范》中的制定標(biāo)準(zhǔn)，露天煤礦的采礦現(xiàn)場(chǎng)其架空供電的線(xiàn)路按要求不應(yīng)當(dāng)少于兩個(gè)回路。兩個(gè)回路的供電線(xiàn)路，其每個(gè)回路的供電能力不應(yīng)當(dāng)小于全部電力負(fù)荷的70%。當(dāng)使用三個(gè)回路的供電線(xiàn)路時(shí)，每個(gè)回路的供電能力不應(yīng)當(dāng)小于全部電力負(fù)荷的50%。而采礦場(chǎng)內(nèi)部的供電線(xiàn)路，也應(yīng)當(dāng)使用沿著采礦場(chǎng)邊緣所進(jìn)行架設(shè)的環(huán)形或者半環(huán)形的干線(xiàn)式、固定式、放射式的供電線(xiàn)路。高壓電力網(wǎng)所配備的電壓，應(yīng)當(dāng)使用6 kV或者10 kV。如果是35 kV或以上的供電電壓其偏移程度不應(yīng)當(dāng)超過(guò)額定電壓的±5%。而10 kV或者以下的三相供電電壓所允許偏差的數(shù)值為額定電壓的±7%。

3 露天煤礦供電設(shè)備系統(tǒng)現(xiàn)狀中所存的問(wèn)題分析

3.1 煤礦供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的問(wèn)題

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)諸多煤礦還都存在著一些普遍問(wèn)題，例如說(shuō)：瓦斯抽取系統(tǒng)的功率不足、通風(fēng)設(shè)備老化，造成安全性能降低、井下電氣設(shè)備的安全系數(shù)與可靠系數(shù)都非常低。部分的煤礦開(kāi)采區(qū)其變電所自建設(shè)以來(lái)，只要當(dāng)初的電氣設(shè)備還能夠使用，基本上都不曾進(jìn)行更換，安全性能與可靠性能非常落后。除此之外，這些電氣設(shè)備中的大部分設(shè)備都并不符合煤礦相關(guān)安全規(guī)程條例中的規(guī)定，其變電設(shè)備超過(guò)期限仍然“在崗服役”的情況早已數(shù)見(jiàn)不鮮，故障問(wèn)題與事故問(wèn)題頻頻發(fā)生；電氣設(shè)備的防爆性能也沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏技術(shù)性的控制；其井下依然存在著非阻燃電纜等，這些情況的存在都導(dǎo)致供電系統(tǒng)的可靠性大大降低。

3.2 煤礦供電系統(tǒng)構(gòu)造及運(yùn)行模式有待規(guī)范化

由于當(dāng)前部分礦井所采取的供電方式乃是電廠(chǎng)光電，所以一旦礦井所供電的電廠(chǎng)發(fā)生故障問(wèn)題，便會(huì)直接影響到露天煤礦的供電系統(tǒng)，從而造成礦區(qū)供電系統(tǒng)安全性能的降低，從而觸發(fā)安全事故。除此之外，大部分礦井也都存在著供電系統(tǒng)其電路接線(xiàn)復(fù)雜的情況，母線(xiàn)接線(xiàn)大多也不符合相關(guān)規(guī)定的要求，這些因素都在極大程度上對(duì)供電系統(tǒng)的安全性能與可靠性能帶來(lái)了負(fù)面的影響。

3.3 露天煤礦供電系統(tǒng)的故障問(wèn)題以及影響因素

（1）高壓線(xiàn)路以及電纜連接器的故障問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，該問(wèn)題主要是由以下幾個(gè)方面的原因?qū)е碌模浩湟唬捎诼短烀旱V的生產(chǎn)環(huán)境，造成高壓鎧裝電纜的鋼絲層以及鋼帶非常容易生銹、腐蝕，甚至可能發(fā)生損壞；其二，由于高壓屏蔽，電纜連接器的密封不夠嚴(yán)密，便導(dǎo)致內(nèi)部進(jìn)水以及受潮，從而便引起了電纜或者連接器的絕緣性能下降，導(dǎo)致高壓斷電；其三，高壓電纜因?yàn)楸粩D壓變形、扎破或者劃傷等情況，都會(huì)導(dǎo)致高壓斷電事故的發(fā)生。

（2）電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)柜的故障問(wèn)題。造成電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)生故障的原因如下：其一，檢查維修以及維護(hù)都不到位，這便造成開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)了斷相或者誤動(dòng)作的現(xiàn)象；其二，開(kāi)關(guān)柜繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置其動(dòng)作不夠靈敏；其三，因人為原因造成開(kāi)關(guān)損壞，從而引發(fā)故障發(fā)生。endprint

（3）變壓器的故障問(wèn)題。由于露天煤礦的產(chǎn)量逐年提高，各種電力設(shè)備都處于了滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，這便造成變壓器的容量根本無(wú)法滿(mǎn)足其供電負(fù)荷，非常容易出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。故此，變壓器便會(huì)出現(xiàn)絕緣老化或機(jī)器過(guò)熱的現(xiàn)象，在變壓器保護(hù)裝置失靈的情況下很容易造成變壓器故障。

（4）工作人員違規(guī)操作的問(wèn)題。露天煤礦當(dāng)前所使用的防爆型電器其安全性能與可靠性能皆嚴(yán)重不足，并且接線(xiàn)腔內(nèi)沒(méi)有閉鎖功能，這便增加了工作人員違規(guī)操作的可能性。

3.4 露天煤礦用電設(shè)備的供電距離問(wèn)題

當(dāng)前，我國(guó)露天煤礦的生產(chǎn)作業(yè)其供電的電源方式大多是從移動(dòng)變電站的主干線(xiàn)，通過(guò)開(kāi)關(guān)柜而后按照設(shè)備的電力負(fù)荷經(jīng)過(guò)分線(xiàn)箱，通過(guò)支線(xiàn)是可以供給一個(gè)鉆機(jī)以及一個(gè)電鏟的動(dòng)力電源。但是隨著其露天煤礦生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，用電設(shè)備的裝機(jī)容量也隨之不斷增加。當(dāng)前露天煤礦的容量所使用的用電設(shè)備乃是產(chǎn)自太原重型機(jī)械廠(chǎng)所生產(chǎn)的挖掘機(jī)，型號(hào)為：WK-55，其裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到3000 kVA。在挖掘機(jī)進(jìn)行作業(yè)的過(guò)程中是，工作電流是非常巨大的，很容易造成電網(wǎng)電壓的剝奪，這便阻礙了設(shè)備本身以及輔助設(shè)備轉(zhuǎn)機(jī)的正常生產(chǎn)運(yùn)作。科學(xué)合理的控制該項(xiàng)設(shè)備的供電距離以及供電的電纜使用規(guī)格才是提高此設(shè)備工作效率的基本保證。

4 提升露天煤礦供電系統(tǒng)的安全性與可靠性的具體應(yīng)用措施

4.1 及時(shí)更換電氣設(shè)備，從而提高供電系統(tǒng)的安全可靠性能

依照煤礦其安全規(guī)程的相關(guān)規(guī)定中對(duì)于現(xiàn)有的不夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求的電氣設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的更換以及改造，其具體的實(shí)施措施如下：其一，保證高低壓開(kāi)關(guān)微機(jī)的智能控制、免維護(hù)與真空化，保護(hù)裝置應(yīng)當(dāng)齊全且完好；其二，煤礦的變壓器在選擇上應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1094～2007中的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選用干式的變壓器，而露天煤礦的大型機(jī)電設(shè)備在選擇上應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1094～2007的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選用干式的變壓器，煤礦中的大中型機(jī)電設(shè)備的選取上應(yīng)當(dāng)盡量以高效節(jié)能的大中型機(jī)電設(shè)備為主；其三，露天煤礦區(qū)的變電所應(yīng)當(dāng)配備遠(yuǎn)程的監(jiān)控系統(tǒng)，且要具備“四遙”的功能。“四遙”功能指的是：遙控、遙測(cè)、遙信、遙視，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)監(jiān)控的自動(dòng)智能化。

4.2 露天煤礦的電網(wǎng)構(gòu)造設(shè)計(jì)以及運(yùn)行方式應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理

（1）電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題改善措施。科學(xué)合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)乃是為煤礦供電系統(tǒng)提高安全運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行的有效保障。當(dāng)前，為了確保煤礦供電系統(tǒng)的安全性以及可靠性的對(duì)比有效途徑乃是雙回路設(shè)計(jì)與雙電源設(shè)計(jì)。因?yàn)楫?dāng)前礦井中的電氣設(shè)備比較多，這便造成了用電負(fù)荷過(guò)于巨大，所以礦井便必須具有雙回路設(shè)計(jì)的獨(dú)立電源線(xiàn)路。當(dāng)其中的某一回路出現(xiàn)了問(wèn)題與故障時(shí)，其中一條回路需要能夠承擔(dān)煤礦井內(nèi)的所有符合，而兩條回路不能做同時(shí)運(yùn)行，但其中的一條回路在運(yùn)行的過(guò)程中時(shí)，另一條回路也必須帶電備用。除此之外，雙回路與雙電源也必須來(lái)自于不同的變壓器以及不同的母線(xiàn)，并且確保各個(gè)不同的電源以及回路的獨(dú)立性質(zhì)。

露天煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行模式。在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)完全建立之后，一定要對(duì)其運(yùn)行的方式做出非常科學(xué)合理的安排，并需要本著經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠的原則進(jìn)行。第一，為了避免因系統(tǒng)發(fā)生故障而影響了回路電源的正常運(yùn)作，從而導(dǎo)致事故的范圍增大，故此必須對(duì)雙回路采用分列運(yùn)行的方式；而環(huán)網(wǎng)供電則應(yīng)當(dāng)采用開(kāi)環(huán)的運(yùn)行方式；第二，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行模式的調(diào)度管理制度，應(yīng)當(dāng)始終對(duì)于變電所之內(nèi)的母線(xiàn)所聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的分合閘的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)度的監(jiān)控與調(diào)整；第三，各種大中型的機(jī)械設(shè)備應(yīng)當(dāng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分流的管理，如此便能夠有效減少不必要的消耗，也可以保證能源的有效節(jié)約，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的模式；第四，環(huán)網(wǎng)供電的最大負(fù)荷量應(yīng)當(dāng)利于繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置，而且需要滿(mǎn)足該保護(hù)裝置的整體需要。

4.3 對(duì)坑下無(wú)人值守的移動(dòng)變電站加強(qiáng)微機(jī)保護(hù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

黑岱溝露天開(kāi)采方式。礦區(qū)內(nèi)18臺(tái)移動(dòng)變電站負(fù)責(zé)采掘場(chǎng)的供電，移動(dòng)變電站15臺(tái)為加拿大培頓庫(kù)克公司的，3臺(tái)為加拿大UEE公司的，其技術(shù)在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位，并且配置了先進(jìn)的綜合保護(hù)裝置和移動(dòng)變電站集中監(jiān)控系統(tǒng)。

移動(dòng)變電站綜合保護(hù)裝置有西門(mén)子、通用電氣和SEL等幾家，裝置的通信接口有RS232和RS485等，各自的通信規(guī)約也有所不同，因此在集中監(jiān)控系統(tǒng)中，要兼容各個(gè)廠(chǎng)家的通信接口和通信規(guī)約。

礦調(diào)度和供電工區(qū)以及礦主管部門(mén)對(duì)所有的移動(dòng)變電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)行集中采集并實(shí)現(xiàn)集中控制，同時(shí)運(yùn)行人員有權(quán)對(duì)運(yùn)行參數(shù)、方式進(jìn)行修改。

15臺(tái)為加拿大培頓庫(kù)克公司生產(chǎn)的移動(dòng)變電站能夠?qū)崿F(xiàn)：一臺(tái)變壓器油位、溫度、壓力越限報(bào)警，中性點(diǎn)接地報(bào)警信號(hào)上傳，進(jìn)線(xiàn)及配出柜的電壓、電流、有功及接地故障告警信號(hào)的顯示，開(kāi)關(guān)的分合閘狀態(tài)顯示。3臺(tái)UEE生產(chǎn)的移動(dòng)變電站應(yīng)實(shí)現(xiàn)：35 kV側(cè)的保護(hù)故障的告警顯示，變壓器各種保護(hù)的監(jiān)控，進(jìn)線(xiàn)及配出柜的保護(hù)裝置信號(hào)的顯示，以及開(kāi)關(guān)的分合閘狀態(tài)。

監(jiān)控主機(jī)具有主處理器及服務(wù)器的功能，是移動(dòng)變電站集中監(jiān)控系統(tǒng)的主要人機(jī)界面，用于圖形及報(bào)表顯示、事件記錄及報(bào)警狀態(tài)顯示和查詢(xún)，設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)的查詢(xún)，操作指導(dǎo)，操作控制命令的解釋和下達(dá)等，實(shí)現(xiàn)所有移動(dòng)變電站的運(yùn)行監(jiān)視。采用雙機(jī)配置原則，兩臺(tái)互為熱備用工作方式，當(dāng)一臺(tái)主機(jī)故障時(shí)，另一臺(tái)主機(jī)能執(zhí)行全部功能，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換。

監(jiān)控主機(jī)設(shè)在供電隊(duì)，調(diào)度室設(shè)監(jiān)控分機(jī)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)期在1年以上。

分站與主機(jī)之站為無(wú)線(xiàn)聯(lián)絡(luò)，投標(biāo)方應(yīng)充分考慮露天礦的地形，天氣因素，保證信號(hào)穩(wěn)定傳輸，且符合無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)規(guī)定。

移動(dòng)站各點(diǎn)采集具有獨(dú)立的采集功能，一個(gè)采集點(diǎn)的故障不得影響其他信息傳輸。

4.4 在礦區(qū)變電所采用SVC無(wú)功補(bǔ)償裝置提高功率因數(shù)和電壓質(zhì)量

無(wú)功補(bǔ)償裝置，在供電系統(tǒng)中起到提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線(xiàn)路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無(wú)功補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的的非常重要裝置。合理的選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)，諧波增大等諸多因素。

黑岱溝變電站安裝的靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）補(bǔ)償容量達(dá)13000 kVar。SVC是一種的并聯(lián)無(wú)功發(fā)生或者吸收裝置，可以調(diào)整其輸出為容性或感性電流從而達(dá)到控制電力系統(tǒng)特定參數(shù)（通常是母線(xiàn)電壓）的目的。它包括TCR、TSR、TSC以及它們之間或與機(jī)械投切式無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備（MSC/MSR）構(gòu)成的某種組合體，它屬于基本晶閘管控制/投切型FACTS控制器。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，露天煤礦的能源生產(chǎn)條件以其坑下的作業(yè)環(huán)境是比較復(fù)雜的，所以在煤礦供電設(shè)備系統(tǒng)中的安全隱患也有很多，故此，提高供電設(shè)備系統(tǒng)的安全性與可靠性一直都是露天煤礦供電管理人員刻不容緩的義務(wù)與責(zé)任。然而，加強(qiáng)煤礦供電設(shè)備的監(jiān)督管理工作，還需要煤礦各級(jí)供電專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員與煤礦供電專(zhuān)業(yè)的管理人員共同協(xié)商，總結(jié)有效經(jīng)驗(yàn)，而后創(chuàng)新出有效的管理策略與措施，縮短供電線(xiàn)路之間的距離并科學(xué)合理的分配供電負(fù)荷，從而有效的保證煤礦供電設(shè)備的檢查、維修、維護(hù)的質(zhì)量。如此一來(lái)，煤礦生產(chǎn)設(shè)備的故障停機(jī)時(shí)間便會(huì)有效縮短，露天煤礦的生產(chǎn)效率便會(huì)得到可靠的保障，其安全隱患也會(huì)縮小許多，這對(duì)促進(jìn)煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展來(lái)說(shuō)，起到了不可忽略的重要意義。endprint