礦山供電系統優化及技術改造分析

1 礦山供電系統的基本特征

1.1 可靠性高

供電可靠性是指供電系統持續供電的能力和不間斷供電的可靠程度。可靠性高即要求礦山供電系統要具有較強的持續供電的能力，在供電設備設施、供電線路故障和用電設備故障等情況下，要通過相應的保障措施，保證供電系統能夠不間斷供電。在礦山供電系統中通常對一級負荷采取雙電源供電系統，以保證對礦山一級負荷設備設施實現不間斷供電；對重要設備采取雙回路獨立的供電電源線路、規避分接負荷等措施，實現重要設備和供電系統的安全運行；對其他電器設備則要通過完善的安全保護措施，減少對生產的影響，保證礦山供電系統的高可靠性。提高供電系統的可靠性，不僅可以提升供電系統運行的穩定性，減少因供電系統故障造成的生產影響，保證礦山的生產效率，同時也可以減少供電系統維護、維修成本，降低檢維修工作人員的勞動強度，大幅度地提高礦山的生產效率[1]。

1.2 具有安全保障

安全保障即要求礦山供電系統必須要具有較高的安全性，由于礦山本身環境的獨特性、復雜性以及惡劣的自然條件影響，供電系統是否能安全運行將直接影響礦山的生產工作，為保證礦山供電系統穩定運行，保障電器設備設施安全持續運轉，對供電系統采取防爆、防觸電以及防漏電等安全保護措施改造，提高供電系統的安全性，同時還可以通過采用先進的科學技術手段，對供電系統的各項參數進行動態監測，實時監測供電線路與電器設備的運行情況，對供電系統實施動態實時管理，提高供電系統整體的安全性，保障礦山電器設備和操作人員具有更高的安全性。

1.3 技術合理

技術合理就是利用現代化先進技術，進一步保證礦山供電系統運行的技術合理性，在礦山供電系統建設和改造過程中，要針對電力系統中的負荷分布情況，合理設置供電線路的布局，減少線路損耗。礦山電力設備保護設施的參數整定必須定期由專業人員進行，當供電系統中當電力負荷發生較大變化的時候，要及時對相應的保護設施重新進行整定和調整，供電系統在設計和安裝設備保護設施的時候，要采取選擇性停電控制技術以及分級保護技術，最大限度的保護礦山供電設備運行的穩定性與連續性。通過設置合理的電器保護措施，實現對電氣設施和供電電纜的保護，同時要通過現代技術手段，對電網的電壓偏移量、頻率差以及功率因數等電力參數進行科學、合理化的管控[2]，加強供電系統的技術管理，使礦山供電系統趨于合理。

1.4 經濟效益高

經濟效益是企業生產經營的核心，企業經營最終目標是要實現利益最大化，而礦山供電系統電力消耗成本在企業的總成本中占有較高比例，供電系統建設和技術改造的合理性直接影響企業的經濟效益。在礦山供電系統的建設和技術改造時，要以滿足生產需要和可持續發展為根本目標，以減少投資和減少改造量為原則，保證供電系統的技術先進性，實現供電系統的簡單化。在保證現有的電氣設備以及供電線路安全運行前提下，實現供電系統的結構簡單、技術先進、經濟效益合理、可持續穩定發展的要求，同時要通過使用高技術含量、高穩定性設備減少供電系統維護消耗，降低系統維護成本，提高礦山供電系統的運行效率，使企業的經濟效益穩步提升。

2 礦山供電系統存在的問題

2.1 供電系統負荷不平衡

礦山供電系統在實際運行過程中，時常會受供電系統負荷不平衡因素的制約。首先礦山供電系統一般使用三相四線制輸送電力，三相生產用電設備與單相負載混合使用，實際工作中由于電氣技術人員疏忽加上大功率單相設備的增容及使用時間的不同時性影響，致使單相負載過大，形成了三相負載的不平衡；其次礦山生產電氣設備運行環境惡劣，電氣設備使用現場灰塵大、露天使用易導致電氣設施短路損壞，致使電氣設備故障運行，導致供電系統三相負載不平衡；三是由于礦山供電電纜的搭設的過程中時常會出現擠、壓、砸、割等物理性的電纜損害，容易造成漏電事故，導致供電系統三相電流不平衡。受以上幾項因素影響，礦山供電系統負荷不平衡問題非常突出，三相負荷的不平衡將大幅度降低供電系統運行效率，對礦山生產工作造成不良影響。

2.2 用電設備與供電系統不匹配

目前礦山生產機械化應用與技術升級速度加快給礦山供電系統提出了更高要求，設備更新后與原有供電系統不能夠完全匹配，如供電系統未及時進行改造將無法滿足新設備安全運行的要求。其次是礦山供電系統技術改造后，使用了大量的電力電子裝置以及一些非線性的電力電子器件，雖然在一定程度上滿足了礦山對電氣設備功能的需求，但對電網中無功危害與諧波污染方面也越發嚴重，造成礦山電力系統供電質量下降、功率因數降低、諧波含量過高等問題。同時,因礦山生產實際工作需要供電系統中經常會臨時性接線，改變了供電系統運行的平衡狀態，加速供電系統中內部元件以及開關設備的老化程度，以上因素都直接影響到礦山供電系統的穩定運行。

礦山現有電氣設備與供電系統不匹配的問題，一方面使得礦山供電系統電力設施存在超負荷的問題，降低供電系統的穩定性，甚至造成供電系統大范圍的故障；另一方面新型電力設備設施技術升級影響礦山供電質量，影響其他電器的設施的正常運行，供電系統穩定性與安全性受到制約，直接影響礦山生產工作的安全高效運行。

2.3 諧波污染嚴重

隨著科學技術的不斷發展，越來越多的電子設備被應用到了礦山供電系統中。但是將性能高、功率大的變頻器、調速器等電子設備應用到礦山供電系統中，會對供電系統產生大量的諧波污染，嚴重影響供電系統的穩定運行。

諧波會使供電系統中的產生附加的損耗，降低供電系統的運行效率，大量三次諧波電流會導致電動機發熱、機械振動力加大、產生較大噪音，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短以致損壞。諧波還會導致電器保護裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產損失，諧波還會對其他電子設備造成干擾產生失真的情況，致使一些精密電子儀器工作異常，對礦山電氣設備的功能產生一定程度的破壞。同時諧波還能造成電網中的感性負載同電容器產生一定程度的諧振現象，當高次諧波干擾嚴重時，電網中的感性負載設備的感抗數值和補償電容器的容抗數值都會成倍提高，使諧波電流進一步放大，諧波電流的增加將造成電器設備、電容器絕緣介質的進一步損壞，加速供電系統中相關電器設備的絕緣老化速度。

3 礦山供電系統技術優化及改造方法

3.1 穩定供電系統負荷

為提高礦山供電系統的穩定性，供電系統的負荷平衡是關鍵。電力系統在運行過程中大負荷的用電設備接入或從電網切除前要先同相應管理部門溝通并采取必要的防護措施，減少負荷波動對供電系統的影響，臨時性接線或單相負載接線要在技術人員指導下接入電網，減少人為造成的負載不平衡問題。供電系統中采用三相四線制輸送電力時，應使用3芯或4芯的電纜或使用低壓集束導線供電，將三相四線制導線束延伸到每一個設備，減少地域分布影響，將分散的單相負荷重組為比較對稱的三相負載，進一步平衡三相負載，減少中性線電流，實現供電系統的負荷平衡。

針對礦山電力設備運行環境惡劣的問題，可以在電力線纜的架設過程中加強對電纜的保護，以減少周邊環境對電纜安全使用造成的影響，同時對重要用電設備要采取單一電線路供電，減少其他設備故障和線路故障對重要設備的影響；其次針對供電電纜運行中時常出現的擠、壓、砸、割等的物理損害，可在易損壞的電纜設備的配電箱上加裝上防漏電保護裝置，減少漏電事故對供電系統負荷平衡造成的影響。同時在礦山新增設備的供電系統設計時，要選擇使用電壓低、技術先進的設備，從根源上降低三相負荷不平衡對礦山供電系統運行所造成的影響[3]。

3.2 優化供電系統，完善設備型號

為解決供電系統與用電設備不匹配的問題，不僅要完善設備型號匹配，還要分析礦山的實際運行情況以及新技術發展趨勢，對供電系統實施進一步技術改造升級：

一是在新項目設備更新時，首先要根據現有供電系統所能承載的負荷情況選擇新的電器設備，減少因為用電設備更新所造成的電網不匹配問題。

二是確因生產需要更新大型用電設備與電網不能匹配時，要對整個電網供電設施進行配套的改造升級，保證新設備在供電系統中安全合理使用。

三是要對一些非線性的電力電子器件的設備安裝配套的諧波濾除設施，要采取就地補償的原則，補償設施要盡量同設備同時切換，提高供電系統的穩定性，同時要對礦山供電功率因數低的電力設備進行及時更換，逐步推廣防爆型無功率補償技術產品的使用，提升大型設備的功率因數，積極對供電線路進行優化升級，全面提升線路的輸送電能力[4]，使供電系統最大限度的發揮應有的效能。

四是礦山電器設備要逐步采取計算機技術、微電腦技術實施科學化管理，進一步促進礦山供電系統技術管理升級，要及時對現有的電力設備進行檢修、故障排查，對不符合使用標準的設備進行更新，逐步采用現代化的先進設備更新老舊設備，要對老舊落后的供電保護裝置實施改造，依據礦山實際需求更換新型保護裝置，利用先進的設備保證供電系統的可靠性與靈敏性，提高供電系統的穩定性。

3.3 實施抗諧波污染的技術改造

諧波污染對供電系統具有非常嚴重的危害，目前抑制諧波的方法主要是增加諧波補償設施。對于礦山供電系統中相對固定的設備或負荷比較穩定的線路可采用無源濾波器進行補償，無源濾波器是應用最廣、成本最低、技術最為成熟的濾波方式之一，是利用電感、電力電容和電阻并聯于系統中組成的濾波電路，對三次諧波電流或某一頻率的諧波起到濾除的作用，大功率電器設備的補償濾波裝置應盡可能靠近電氣設備進行安裝，以抑制諧波對其他電器造成的影響，小功率的電器設備可采取集中補償形式，以降低補償設備的資金投入。

對于礦山供電系統中負荷變化較大或經常性接入臨時負載的線路可采用有源濾波器進行補償，有源濾波器可以動態濾除供電線路中的諧波，通過實時監測并向電網中注入一組和諧波電流大小相等方向相反的電流實現對諧波的動態濾除，同時還可以實現諧波、無功以及負序電流的動態補償。由于有源濾波器的成本較高，實際應用中可采取混合型有源濾波器，將無源濾波器和有源濾波器組合起來，無源濾波器用來完成無功功率補償和補償部分諧波，有源濾波器部分則主要用來改善無源濾波器的特性，動態濾除剩余諧波分量，混合型有源電力濾波器具有無源濾波器成本低、容量大的優點，同時具備有源濾波器補償效果好、安全可靠的優點，并且消除了無源濾波器效果差、易諧振的缺點，并解決了有源濾波器因成本高而難以應用到實際工業生產中去的問題，實現了優勢互補，進一步改善了供電系統的供電質量[5]。

4 結語

以上對礦山供電系統存在的問題和優化措施，以及技術升級改造方法進行了淺顯的研究與分析，著重對供電系統的負荷平衡、供電系統與用電設備的優化匹配以及電網中的諧波抑制等方面進行了闡述。實踐證明通過上述的優化和改造，礦山供電系統整體的運行效率、穩定性和安全性得到了有效提高。相信隨著科學技術的不斷發展，現代化智能電氣技術的不斷推廣，礦山供電系統和用電設備的技術水平將會逐步提高，既可以進一步滿足礦山的生產運行的需求，保證礦山開采工作順利進行，也可以為企業創造更高的經濟效益，從而使礦山生產為我國現代化經濟建設做出更大的貢獻。