安益智，閆英俊，劉寶濤

(1.河南省煤層氣開發(fā)利用有限公司地煤公司，河南鄭州450000;2.河南安林煤業(yè)有限公司，河南安陽455000)

1 引言

電能是煤礦生產(chǎn)的主要源動力，隨著原煤產(chǎn)量的不斷增加，機(jī)械化程度不斷提高，電動機(jī)負(fù)荷增多，設(shè)備利用率高，單機(jī)容量也逐漸增加，井下供電系統(tǒng)級數(shù)多，距離長、負(fù)荷大，線路電壓損失超標(biāo)，井下變電站母線電壓過低，造成井底負(fù)荷無法正常運(yùn)行，甚至無法啟動。特別是工作面運(yùn)輸機(jī)需要在重載下起動，出現(xiàn)了工作時設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，起動時困難的情況。

同時，井下高壓電網(wǎng)，因受經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等各種因素的限制，大都是由多段短電纜(100～1200m/段)所組成的逐級控制干線式縱向網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的短路保護(hù)方法，因各段短路電流幅值相差較小，時限設(shè)定受上級供電部門繼電保護(hù)時限與《煤礦安全規(guī)程》的約束，故不能構(gòu)成有效的縱向選擇性短路保護(hù)系統(tǒng)，發(fā)生短路故障常導(dǎo)致越級跳閘是不可避免的，有的礦井甚至越過多級引起地面6～10kV下井電纜開關(guān)跳閘，造成井下大面積長時停電，嚴(yán)重時造成井下瓦斯急劇增加，給礦井生產(chǎn)和人員安全造成嚴(yán)重威脅，這是井下供電長期存在的電氣安全隱患技術(shù)難題。

因此開展煤礦井下6kV供電系統(tǒng)安全運(yùn)行的可靠性研究具有重要意義。

2 井下高壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)存在的問題

某礦是一座特大型現(xiàn)代化礦井，原設(shè)計能力為年產(chǎn)90萬噸，經(jīng)過多次擴(kuò)建，實(shí)際生產(chǎn)能力已達(dá)800萬噸。

該礦供電系統(tǒng)為35kV系統(tǒng)，35kV系統(tǒng)四個變電所組成，四個變電所的高壓系統(tǒng)主結(jié)線方式均為全橋式結(jié)線，四個35kV母線可以并列運(yùn)行或分列運(yùn)行。該礦井下供電系統(tǒng)主要由19個變電所組成。入井電壓為6kV，下井電纜共有12個回路，分別向井下6個中央變電所及總變電所供電。

2.1 供電系統(tǒng)方面

井下供電系統(tǒng)中有幾處屬高壓電纜在無開關(guān)控制的條件下引出的，這種供電方式將會出現(xiàn)以下問題:使得分支點(diǎn)上部開關(guān)的過流保護(hù)整定困難、復(fù)雜;造成故障時停電范圍擴(kuò)大;增加電纜線路的故障概率，高壓電纜的無開關(guān)分支聯(lián)接，部分需采用高壓三通電纜接線盒，工藝復(fù)雜，質(zhì)量難以保證，日久易發(fā)生故障。據(jù)事故統(tǒng)計，電纜線路故障約有70%是發(fā)生在接線盒內(nèi)，故此舉人為地增加了線路中的接線盒數(shù)量，也就是增加了電纜線路的故障概率。

同時井下供電系統(tǒng)以縱向干線式逐段控制保護(hù)的方式為主，再加上井下高壓全部由阻抗較小的電纜所組成，各段線路首末兩端短路電流的差距較小，這就使得以速斷為主體的井下過流保護(hù)系統(tǒng)難以實(shí)行有效的縱向選擇性保護(hù)，縱向級數(shù)越多，保護(hù)的設(shè)置與整定越困難，發(fā)生短路時引起越級跳閘的概率就越高。

2.2 設(shè)備老化問題

(1)該礦井下部分主要干線上的高壓鎧裝電纜投運(yùn)多年，多次受潮，絕緣老化，電纜鋼帶鎧裝生銹，局部脫落，存在重大的突發(fā)性安全隱患。

(2)使用的BGP6－6型高壓隔爆開關(guān)，運(yùn)行時間較長，機(jī)件磨損，元器件老化嚴(yán)重，保護(hù)機(jī)箱型號多且為普通的繼電器保護(hù)，運(yùn)行性能不穩(wěn)定，配件組織困難，影響整個6kV供電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

(3)井下部分移動變電站投運(yùn)多年，運(yùn)行性能不穩(wěn)定，尤其是早年生產(chǎn)的315，500kVA小容量高損耗移動變電站，多數(shù)已接近或達(dá)到其設(shè)計使用的年限(一般為20年)，絕緣老化嚴(yán)重，故障率高。

2.3 保護(hù)設(shè)置問題

過流保護(hù)的設(shè)置與整定，必須在全局的條件下通盤考慮，做到在縱向上各級、各段線路均有較合理的配合，否則，就可能在發(fā)生過流或短路故障時引起越級跳閘。

3 提高井下高壓安全運(yùn)行的具體措施

3.1 優(yōu)化地面35kV變電所的運(yùn)行方式與保護(hù)設(shè)置

針對該礦的三個35kV變電所的最佳運(yùn)行方式為全分列運(yùn)行，即35kV電源線路、主變壓器、6kV母線均為分列運(yùn)行的方案。

3.2 設(shè)置備用電源自動投入裝置(BZT)

設(shè)置備用電源自動投入裝置可提高礦井35kV變電所的供電可靠性，主要用于當(dāng)一條35kV電源線路使用，一條帶電備用，或一臺主變壓器使用，一臺備用的情況下，防止因運(yùn)行線路或變壓器故障時引起全礦停電。

3.3 改進(jìn)井下高壓隔爆開關(guān)的欠電壓保護(hù)裝置

有必要對井下高壓隔爆開關(guān)中的欠電壓保護(hù)裝置進(jìn)行技術(shù)改造，使其動作帶有2～3s的延時，并設(shè)置在井下大量的高壓線路開關(guān)上。這樣，當(dāng)出現(xiàn)上述情況的停電并短時恢復(fù)時，可顯著減少全面恢復(fù)供電的時間。

3.4 構(gòu)建合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

綜合考慮全礦的生產(chǎn)負(fù)荷以及相互影響，適當(dāng)減小井下供電線路級數(shù)，將干線級數(shù)控制在三級以內(nèi)，將會對供電可靠性有一定的促進(jìn)作用。

3.5 加強(qiáng)對影響電網(wǎng)可靠性的災(zāi)害防治

3.5.1 做好電網(wǎng)對地電容電流治理工作

《煤礦安全規(guī)程》2010年版第457條規(guī)定:礦井高壓電網(wǎng)，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20A。地面變電所和井下中央變電所的高壓饋電線上必須裝設(shè)有選擇性的單相接地保護(hù)裝置;供移動變電站的高壓饋電線上必須裝設(shè)有選擇性動作于跳閘的單相接地保護(hù)裝置。

因此，必須對井下高壓電網(wǎng)對地電容電流進(jìn)行詳細(xì)的測定，根據(jù)測定情況，制定相應(yīng)的治理方案。

3.5.2 定期檢測礦井電網(wǎng)諧波

“諧波污染”已經(jīng)成為運(yùn)行設(shè)備和電網(wǎng)的危害因素，很有必要對供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行諧波治理，消除諧波對其他設(shè)備所產(chǎn)生的干擾。

3.5.3 提高供電系統(tǒng)抗雷擊能力

據(jù)統(tǒng)計，我國雷擊事故造成高壓輸電線路跳閘總跳閘次數(shù)的40%～70%，雷電已成為嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要因素。因此，需對供電網(wǎng)絡(luò)防雷可靠性進(jìn)行評估，得到其薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)方案，設(shè)計先進(jìn)可行的防雷保護(hù)措施，解決煤礦供電系統(tǒng)存在的雷擊大面積停電的事故隱患以及克服雷擊造成重要負(fù)荷供電中斷等問題。

3.5.4 建立井下大容量電動機(jī)起動的預(yù)約調(diào)度制

大容量電動機(jī)在實(shí)施起動前，必須向地面35kV變電所值班室提出預(yù)約申請，待值班人員根據(jù)供電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷情況批準(zhǔn)起動的時間后再起動。

有了這一制度，可基本杜絕同時起動多臺大容量電動機(jī)的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

井下6kV供電系統(tǒng)存在的主要問題有:高壓電網(wǎng)縱向級數(shù)太多;多處供電線路分支處無開關(guān)控制;相當(dāng)一部分電纜、高爆開關(guān)、變壓器等使用日久等。這些問題造成供電系統(tǒng)事故多發(fā)，越級跳閘現(xiàn)象普遍，而且上級短暫停電也會造成全礦大面積長時斷電，使供電可靠性降低，威脅礦井生產(chǎn)安全并嚴(yán)重制約正常規(guī)?；╇?。

要解決上述存在的問題，關(guān)鍵是要充分認(rèn)識到供電安全、可靠的必要性和重要性，本文提出的提高煤礦井下高壓電網(wǎng)供電可靠性的具體措施具有參考價值，對提高煤礦安全運(yùn)行具有一定的幫助。

［1］國家煤礦安全監(jiān)督局.煤礦安全規(guī)程［Z］.2010.

［2］鄒有明.煤礦井下高壓過流保護(hù)的設(shè)置與整定［J］.煤礦機(jī)電，1993(3):10－12.

［3］王崇林，鄒有明主編.供電技術(shù)［M］.煤炭工業(yè)出版社，1997.

［4］金兆民.煤礦6kV電網(wǎng)消弧線圈補(bǔ)償對高壓選擇性接地保護(hù)裝置的影響［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，1997，25(2):1 －6.

［5］杜生華，等.煤礦井下6～10kV電網(wǎng)選擇性速斷過流保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計［J］.煤礦安全，2005(4):1－3.