煤礦井下分區供電關鍵技術研究及應用

靳瑞俊

（山西介休義棠城峰煤業有限公司，山西 介休 032000）

一般情況下，煤礦井下用電設備數量較多，電纜線路也處于無規劃延伸狀態，促使煤礦電網電源和負荷中心之間的電氣距離大大縮短，讓短路電流迅速提升，引發供電能力不足現象，不利于煤礦井下安全生產工作的執行。從之前數據研究中能夠看出，煤礦供電系統出現單向接地故障的概率很高，占總事故的80%左右。因此，相關工作人員應避免井下配電網電容電流超標現象，避免對企業正常發展產生影響。

1 井下分壓供電可行性探討

應用帶分抽頭隔離變壓器進行電網分區操作時，如果供電線路較長，隔離變壓器能夠做到對供電線路電壓的合理性調節，同時，起到隔離電網諧波的作用，強化煤礦電網中的電能質量。對于該項研究內容，主要涉及的創新技術內容包括以下幾方面：

1.1 分區供電的可行性研究

很多時候，煤礦井下用電設備會出現增多情況，此時，井下供電系統變得十分薄弱，影響整體供可靠性。對于常規供電改造，雖然可以將該類問題改善，但由于整個實施周期較長，項目影響范圍較廣。因此，部分煤礦企業選擇引進直覺模糊算法，以及PSASP 仿真技術，實現對之前常規技術的合理改造，建立新的分區供電方案，并從經濟性和協調性等方面著手，執行對比分析操作，將分區供電技術的優越性特點體現出來。

1.2 隔離變壓器提高接地選線準確性

從現場研究結果中能夠看出，很多煤礦漏電保護裝置無法與供電系統接地需求保持同步，這也使得改造工作的開展顯得十分必要。工作人員可以通過隔離變壓器讓煤礦電網地面和井下電網處于相互獨立狀態，并與煤礦實際情況相互結合，將漏電保護選擇性問題徹底解決，強化漏電保護識別效率。上述操作的本質在于將供電系統地面和井下獨立設計，避免出現統一中性點接地方式，這樣一來，地面和井下中性點接地方式會出現明顯變化，確保漏電保護功能更加健全。

2 煤礦井下分區供電關鍵技術

2.1 電網評估體系

總的來說，煤礦企業生產能力較高，這也導致整個電力負荷處于增加狀態，很多新形式的用電設備和變電設備相繼投入應用，尤其是一些大負荷中心的設立，以及不同層開采面電網的相互連接，對于煤礦電網安全性和可靠性提出了更高要求。現階段，在實際電網評估過程中，涉及的科學手段內容有很多，相關工作人員需要考慮生產情況，以及電網規模，將整體經濟性特點呈現出來，通過該項操作，設備主體可靠性和電網抗風險能力越來越強，能夠做到對環境的友好評價，為后續研究操作提供有利條件。

2.2 接地保護選線技術

站在整體角度來說，接地選線對于生產應用能夠表現出較強的促進意義，大幅度降低非故障問題的出現概率，更好地保護設備不受損傷，由于過電壓問題而引發的人員傷亡事件也能避免。從20 世紀50 年代開始，我國開始學習前蘇聯的發展經驗，對接地選線相關技術進行全面研究，借助零序電流過流等原理，執行有效的選線操作。從實際應用中也能夠看出，由于手半波和有功分量綜合選線裝置應用，讓選線成功率大幅提升。如果是單一判據以及原理，很難滿足選線要求，此時，工作人員可以借助模糊數學和神經網絡等現代化手段，對選線操作進行全面研究。現階段，隨著微電子技術的不斷發展，高速DSP 以及嵌入式系統得到了結合應用，這對于接地產生的高頻暫態信號能夠進行全方位研究，所取得的成績極為明顯。

2.3 基于零序回路的電容電流技術

從配電網零序網絡研究中能夠看出，變壓器和架空線屬于主要應用元件。其中，變壓器零序等值電流和外電路處于連接狀態，而且與零序電流流通路徑存在直接關系。另外，上述情況與變壓器三相繞組連接形式，以及中性點是否處于接地狀態等同樣存在聯系。更重要的是，架空線中的零序電抗和平行線回路數量之間的關聯性同樣明顯。如果改用分區供電，原有中性點不接地配電網絡中的零序拓撲結構也會發生變化，實現零序網絡分層分區，最終實現整個電容電流的全面治理。

3 煤礦井下分區供電技術的具體應用

3.1 數據收集和治理方案

為了更好地強化應用效果，工作人員需要對實際供電系統中的基本數據以及發生接地故障時的歷史數據進行全面收集和整理，制定合理的電容電流治理方案。其次，還要做好煤礦內部變電站6KV 線路電容電流的測量工作，將實際電容電流分布情況展示出來。最后，做好測量電容電流的整理工作，最終明確煤礦供電可行性研究。另外，在治理方案研究上，工作人員第一步要做的就是制定最佳的分區供電電容電流治理手段，將制定具體的內容探討計劃，降低相關問題的出現幾率。相關管理者還要根據實際情況，制定合理的隔離變壓器選型以及保護計劃，了解隔離變壓器參數以及保護配置等內容，這也是展示技術可行性的根本所在，最終確定最佳的技術手段。

3.2 運行分析

首先，在測量分區治理后的電容電流時，最主要的測量對象有地面6kV 系統，以及井下中央變電所。更重要的是，當所有治理結果測量出來后，工作人員還要對電容電流分布情況進行詳細對比，明確其有效性和可推廣性特點。其次，在隔離變壓器調試階段中，相關工作人員同樣需要執行良好的運行記錄操作。最后，在整個項目創新研究中，涉及很多新興技術，最常見的內容有分區供電可行性研究、利用隔離變壓器強化接地選線準確性、以零序回路電容電流技術研究為基礎的分析操作。

3.3 測量數據處理

為了方便研究，以某煤礦6kV 電網隔離變壓器運行情況為例，在該類電網隔離變壓器的作用下，實際電容電流得到了有效治理，電網中的4 個區域電容電流數值均不會超過20A，與國家相關規定能夠保持同步。需要注意的是，為了將單向接地保護的可靠性和選擇性特點呈現出來，需避免地面接地對井下供電系統產生影響，這也是維護整個電網系統平穩運行的根本所在。當單向接地故障影響面縮小之后，故障處理時間也能大幅縮短，最終避免出現漏電問題，讓主體供電操作變得更為可靠。縱觀整個現場實際測量數據工作的執行，工作人員需要將隔離變壓器投入運行前的數據羅列出來，從對比隔離變壓器投運前后電容電流中能夠看出，當實現隔離變壓器分區后，電容電流能夠得到全面治理，讓實際電容電流參數與煤礦安全參數處于同步狀態。但從實際測量數據處理中也能夠看出，很多數據具備明顯的不確定性特點。在實際井下供電系統規劃之中，主要是根據生產計劃和采掘進度制定的。實際電氣設備采購以及維護成本處于變化狀態，不確定性較強，煤礦開采中往往也伴隨著一些不確定特點，在實際測量數據處理上，工作人員需要對這些問題進行全面考慮，避免出現數據不準確等現象，對后續工作開展產生影響。

3.4 應用效果分析

借助分區供電解決煤礦電網單向接地電容電流問題，能夠有效避免消弧線圈對井下接地保護裝置產生影響。如果能夠利用隔離變壓器對限流電抗器進行替代，整個系統的運行方式將會出現很大改善，靈活性極強，同時，也能降低漏電事故的出現概率，將漏電故障處理時間大大縮短，強化整個供電系統的安全性和可靠性。從該煤礦研究中也能夠看出，工作人員首先要做的就是執行隔離變壓器分區改造工作，將煤礦電網短路電流和電容電流超標問題解決。其次，讓井下選擇性接地保護裝置動作的可靠性和選擇性變得更加突出。再次，通過分抽頭隔離變壓器方式開展電網分區操作時，如果供電線路較長，隔離變壓器可以對供電線路中的電壓進行全面調節，抑制電網諧波，這也是強化煤礦電網電能質量的本質所在。最后，地面接地并不會對井下供電系統產生嚴重影響，而且還能提升單向接地故障的預防效果。

4 結語

綜上所述，從實際隔離變壓器分區改造前后電容電流測量對比中能夠看出，對于供電系統電容電流治理效果的提升十分明顯，推廣價值較高。在分區供電的作用下，每個分區電容電流均處于允許值范圍內，將煤礦電網電容電流過大問題全面解決，將主體操作的靈敏性和準確性特點呈現出來。