提高矿井高压电网安全运行的可靠性研究

安益智，闫英俊，刘宝涛

(1.河南省煤层气开发利用有限公司地煤公司，河南郑州450000;2.河南安林煤业有限公司，河南安阳455000)

1 引言

电能是煤矿生产的主要源动力，随着原煤产量的不断增加，机械化程度不断提高，电动机负荷增多，设备利用率高，单机容量也逐渐增加，井下供电系统级数多，距离长、负荷大，线路电压损失超标，井下变电站母线电压过低，造成井底负荷无法正常运行，甚至无法启动。特别是工作面运输机需要在重载下起动，出现了工作时设备不能正常运转，起动时困难的情况。

同时，井下高压电网，因受经济、技术等各种因素的限制，大都是由多段短电缆(100～1200m/段)所组成的逐级控制干线式纵向网络，传统的短路保护方法，因各段短路电流幅值相差较小，时限设定受上级供电部门继电保护时限与《煤矿安全规程》的约束，故不能构成有效的纵向选择性短路保护系统，发生短路故障常导致越级跳闸是不可避免的，有的矿井甚至越过多级引起地面6～10kV下井电缆开关跳闸，造成井下大面积长时停电，严重时造成井下瓦斯急剧增加，给矿井生产和人员安全造成严重威胁，这是井下供电长期存在的电气安全隐患技术难题。

因此开展煤矿井下6kV供电系统安全运行的可靠性研究具有重要意义。

2 井下高压电网供电系统存在的问题

某矿是一座特大型现代化矿井，原设计能力为年产90万吨，经过多次扩建，实际生产能力已达800万吨。

该矿供电系统为35kV系统，35kV系统四个变电所组成，四个变电所的高压系统主结线方式均为全桥式结线，四个35kV母线可以并列运行或分列运行。该矿井下供电系统主要由19个变电所组成。入井电压为6kV，下井电缆共有12个回路，分别向井下6个中央变电所及总变电所供电。

2.1 供电系统方面

井下供电系统中有几处属高压电缆在无开关控制的条件下引出的，这种供电方式将会出现以下问题:使得分支点上部开关的过流保护整定困难、复杂;造成故障时停电范围扩大;增加电缆线路的故障概率，高压电缆的无开关分支联接，部分需采用高压三通电缆接线盒，工艺复杂，质量难以保证，日久易发生故障。据事故统计，电缆线路故障约有70%是发生在接线盒内，故此举人为地增加了线路中的接线盒数量，也就是增加了电缆线路的故障概率。

同时井下供电系统以纵向干线式逐段控制保护的方式为主，再加上井下高压全部由阻抗较小的电缆所组成，各段线路首末两端短路电流的差距较小，这就使得以速断为主体的井下过流保护系统难以实行有效的纵向选择性保护，纵向级数越多，保护的设置与整定越困难，发生短路时引起越级跳闸的概率就越高。

2.2 设备老化问题

(1)该矿井下部分主要干线上的高压铠装电缆投运多年，多次受潮，绝缘老化，电缆钢带铠装生锈，局部脱落，存在重大的突发性安全隐患。

(2)使用的BGP6－6型高压隔爆开关，运行时间较长，机件磨损，元器件老化严重，保护机箱型号多且为普通的继电器保护，运行性能不稳定，配件组织困难，影响整个6kV供电系统的运行可靠性。

(3)井下部分移动变电站投运多年，运行性能不稳定，尤其是早年生产的315，500kVA小容量高损耗移动变电站，多数已接近或达到其设计使用的年限(一般为20年)，绝缘老化严重，故障率高。

2.3 保护设置问题

过流保护的设置与整定，必须在全局的条件下通盘考虑，做到在纵向上各级、各段线路均有较合理的配合，否则，就可能在发生过流或短路故障时引起越级跳闸。

3 提高井下高压安全运行的具体措施

3.1 优化地面35kV变电所的运行方式与保护设置

针对该矿的三个35kV变电所的最佳运行方式为全分列运行，即35kV电源线路、主变压器、6kV母线均为分列运行的方案。

3.2 设置备用电源自动投入装置(BZT)

设置备用电源自动投入装置可提高矿井35kV变电所的供电可靠性，主要用于当一条35kV电源线路使用，一条带电备用，或一台主变压器使用，一台备用的情况下，防止因运行线路或变压器故障时引起全矿停电。

3.3 改进井下高压隔爆开关的欠电压保护装置

有必要对井下高压隔爆开关中的欠电压保护装置进行技术改造，使其动作带有2～3s的延时，并设置在井下大量的高压线路开关上。这样，当出现上述情况的停电并短时恢复时，可显著减少全面恢复供电的时间。

3.4 构建合理的电网结构

综合考虑全矿的生产负荷以及相互影响，适当减小井下供电线路级数，将干线级数控制在三级以内，将会对供电可靠性有一定的促进作用。

3.5 加强对影响电网可靠性的灾害防治

3.5.1 做好电网对地电容电流治理工作

《煤矿安全规程》2010年版第457条规定:矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上必须装设有选择性的单相接地保护装置;供移动变电站的高压馈电线上必须装设有选择性动作于跳闸的单相接地保护装置。

因此，必须对井下高压电网对地电容电流进行详细的测定，根据测定情况，制定相应的治理方案。

3.5.2 定期检测矿井电网谐波

“谐波污染”已经成为运行设备和电网的危害因素，很有必要对供电网络进行谐波治理，消除谐波对其他设备所产生的干扰。

3.5.3 提高供电系统抗雷击能力

据统计，我国雷击事故造成高压输电线路跳闸总跳闸次数的40%～70%，雷电已成为严重影响电网安全运行的重要因素。因此，需对供电网络防雷可靠性进行评估，得到其薄弱环节，提出改进方案，设计先进可行的防雷保护措施，解决煤矿供电系统存在的雷击大面积停电的事故隐患以及克服雷击造成重要负荷供电中断等问题。

3.5.4 建立井下大容量电动机起动的预约调度制

大容量电动机在实施起动前，必须向地面35kV变电所值班室提出预约申请，待值班人员根据供电网络的负荷情况批准起动的时间后再起动。

有了这一制度，可基本杜绝同时起动多台大容量电动机的现象。

4 结论

井下6kV供电系统存在的主要问题有:高压电网纵向级数太多;多处供电线路分支处无开关控制;相当一部分电缆、高爆开关、变压器等使用日久等。这些问题造成供电系统事故多发，越级跳闸现象普遍，而且上级短暂停电也会造成全矿大面积长时断电，使供电可靠性降低，威胁矿井生产安全并严重制约正常规模化供电。

要解决上述存在的问题，关键是要充分认识到供电安全、可靠的必要性和重要性，本文提出的提高煤矿井下高压电网供电可靠性的具体措施具有参考价值，对提高煤矿安全运行具有一定的帮助。

［1］国家煤矿安全监督局.煤矿安全规程［Z］.2010.

［2］邹有明.煤矿井下高压过流保护的设置与整定［J］.煤矿机电，1993(3):10－12.

［3］王崇林，邹有明主编.供电技术［M］.煤炭工业出版社，1997.

［4］金兆民.煤矿6kV电网消弧线圈补偿对高压选择性接地保护装置的影响［J］.煤炭科学技术，1997，25(2):1 －6.

［5］杜生华，等.煤矿井下6～10kV电网选择性速断过流保护系统设计［J］.煤矿安全，2005(4):1－3.