煤礦供電質量研究

孫廣軍

（神華集團安全監察局，北京 100011）

煤礦供電質量研究

孫廣軍

（神華集團安全監察局，北京 100011）

煤礦開采存在很多不安全因素，供電質量效果直接決定著煤礦安全、高效生產。本文首先論述了煤炭企業對供電質量的要求：安全、可靠、穩定、經濟；然后通過分析煤礦供電質量問題對煤礦生產、礦井設備財產及礦工人身安全等造成的危害，最后從防越級跳閘、機械式濾波補償設備、工業靜止無功補償、低壓晶閘管投切濾波器等四方面提出了解決煤礦供電質量的技術，達到提高煤礦供電質量，有效消除供電質量的各種不良影響因素。

煤礦 供電 供電質量

電力是現代煤炭工業的主要動力，在煤炭生產中占有十分重要的地位。煤礦供電工作不僅直接影響煤礦企業的高效生產，而且關系著礦井和礦工的人身安全。因此，對煤礦供電質量的研究非常必要。

1　煤炭企業對供電質量的要求

煤礦供電應確保安全、可靠、穩定和經濟，不斷提高供電質量，為煤礦安全、高效生產保駕護航。

1.1供電安全

包括防止人身觸電和防止由于電氣設備的損壞和故障引起的電氣火災及瓦斯、煤塵爆炸事故；煤礦井下空間狹小、潮濕陰暗，井下電氣設備的受潮和機械損傷容易發生人身觸電事故；供電線路和用電設備的損傷和故障產生的電氣火花，會造成火災或瓦斯，煤塵爆炸事故等。

1.2供電可靠

要求不間斷供電。供電中斷時不僅會影響礦井的原煤產量，而且可能損壞設備，甚至發生人身事故和造成礦井的破壞。

1.3供電穩定、經濟

要求提供優質穩定供電，包括電壓質量、電流質量、供用電質量，電壓和頻率必須穩定；盡量降低供電系統的電能損耗及維護費用，降低設備材料等消耗量，節約電能。

2　供電質量問題對供電系統的危害

2.1礦井供電及突然停電可能造成的危害

（1）供電線路和用電設備的損傷和故障產生的電氣火花，會造成火災或瓦斯，煤塵爆炸事故。

（2）井下電氣設備的受潮和機械損傷易發生人身觸電事故。

（3）礦井突然停電，將會使排水和通風設備停止運轉，可能造成水淹礦井，工作人員窒息死亡和引起瓦斯、煤塵爆炸，危及礦井和人身安全。

（4）礦井突然停電，會使提升機緊急制動，產生巨大的沖擊拉力，使鋼絲繩損壞，提升設備人員處于危險狀態；主要采掘、運輸設備停電，會造成大量的減產。

2.2諧波對電氣設備的危害

（1）諧波能引起旋轉電機附加損耗，產生機械振動、噪聲和諧波過電壓；引起變壓器繞組附加損耗，使外殼和某些緊固件發熱，甚至引起局部的嚴重過熱，使變壓器噪聲增大，損害變壓器。

（2）諧波會引起電容器局部放電，加速電容器介質老化；引起諧振或諧波放大，導致電容器因過負荷或過電壓而損壞，還可能會造成電纜的過負荷或過電壓擊穿。

（3）諧波通過電容耦合、電磁感應和電氣傳導會感應到通信線路上，影響礦井信號傳輸及通訊正常。

（4）諧波可產生干擾，造成繼電保護和自動裝置的誤動和拒動，尤其是一些衰減時間較長的暫態過程，如變壓器合閘涌流中的諧波分量，由于其幅值大、諧波含量也很大，更容易引起繼電保護的誤動作。

2.3電壓波動和閃變對機電設備的影響

（1）供電母線的電壓降落和波動，降低了機電設備的運行水平；

（2）當供電點的母線電壓產生波動時，將使得用戶的異步機類負荷轉矩隨之變化，輸入負載的有功功率隨之下降，影響生產和設備出力；

（3）快速的母線電壓波動將導致閃變，對人眼造成刺激，干擾電視機、計算機顯示器的圖像。

2.4低功率因數的影響

（1）高壓用電企業要求功率因數應大于0.9以上，否則，用戶將遭受低功率因數罰款，影響經濟效益。

（2）低功率因數負載從系統吸收大量無功功率，增加了線損和變壓器的損耗。

（3）由于供電變壓器同時通過有功功率和大量的無功功率，降低了變壓器的供電能力。

3　提高供電質量的技術

3.1防越級跳閘

煤礦井下用高壓開關多來自不同廠家，僅僅依靠整定電流和延時很難實現供電系統在發生短路、過流等事故時，不發生越級跳閘現象，而防越級跳閘系統能夠很好的解決這一問題。

煤礦電網防越級跳閘技術基本原理以智能綜保保護裝置為核心，利用保護控制信號閉鎖、光纖縱聯差動、高速網絡通訊及計算等技術，建立煤礦供電網絡中多級設備之間的短路保護協同機制，準確定位短路點，確保離短路點最近的開關設備優先實施短路保護，從而防止越級跳閘的發生，提高供電電網及礦井生產的整體安全性。當智能綜合保護裝置收到下級開關的閉鎖控制信號時，上報“下級閉鎖”，同時閉鎖本級開關保護器的速斷功能，同時啟動下級保護速斷后備功能；當閉鎖控制信號消失后，保護裝置將上報“下級閉鎖返回”，同時開放本級開關保護器的速斷保護功能，撤銷下級保護速斷后備功能。

3.2機械式6kV—110kV濾波補償設備（FC）

濾除諧波，補償無功，提高功率因數，改善供電電壓水平，大量應用于相對穩定的非線性負荷，可手動投切或配備真空接觸器/斷路器進行自動投切。

3.3工業靜止無功補償裝置（SVC）

靜止動態無功補償技術（SVC）是基于晶閘管電力電子裝置，響應速度快、可連續、動態補償無功，提高功率因數，降低網損，濾除非線性負荷所產生的諧波，使三相負荷平衡化，減小負序，抑制電壓波動和閃變等優異性能，是目前企業通常采用的無功補償手段。

近年來，SVC在煤礦礦井提升機沖擊負荷動態補償以及維持系統穩定中亦得到普遍應用。SVC可以抑制煤礦電網電壓波動，吸收諧波，提高進線側功率因數，維持母線電壓穩定，提高故障電壓恢復能力，使礦井設備（提升機、風機）安全穩定運行，消除了負荷變化引起的電壓變動，有效降低電能質量引起的煤礦事故發生的機率。

3.4低壓晶閘管投切濾波器裝置（TSF）

裝置廣泛應用于1kV以下低壓配電系統快速波動的非線性負荷，裝置具有如下主要功能：跟蹤速度快，動態響應時間不大于30ms；可實現分相/三相同時控；抑制非線性負荷所引起的諧波干擾；優化無功，提高功率因數；有效降低網損；改善電壓質量。

4　結語

礦井供電是維護礦井正常生產，保證礦井設備財產安全、礦工人身安全的基礎，因此提高煤礦供電質量，有效消除供電質量的各種不良影響因素，保證礦井供電安全、可靠、穩定、經濟，是礦井供電的需要，也是煤炭企業供電今后需要研究和解決的重要課題。