煤矿井下分区供电关键技术研究及应用

刘明东

（山西焦煤西山煤电集团 安全培训中心，山西 太原 030053）

1 井下分压供电可行性分析

采用带分抽头隔离变压器方式对电网分区时，当供电线路过长时，隔离变压器可对供电线路的电压进行调节，可对电网中的谐波起到隔离作用，大大提高煤矿电网的电能质量。本文针对影响供电系统运行可靠性的因素进行全面分析研究后，研发了煤矿分区独立供电技术，解决了煤矿井下供电的主要问题。研究项目包括主要创新技术三项。

1）分区供电的可行性研究。煤矿井下用电设备的增多及电缆线路的无规划延伸，使得井下供电系统过于薄弱，供电可靠性低；常规供电改造虽能改善供电现状，但实施周期长，项目影响面大。因此，研究引入直觉模糊算法与PSASP仿真技术，针对常规技术改造和分区供电方案，从安全性、经济性、适应性、协调性进行对比分析，验证了分区供电技术的优越性。

2）隔离变压器提高接地选线准确性。现场调研发现，很多煤矿的漏电保护装置不能满足其供电系统中性点接地方式的需要，应该对其改造。通过隔离变压器使整个煤矿电网地面和井下电网独立开来，并结合煤矿的实际情况，可以很好解决漏电保护选择性问题，实现漏电保护故障的快速识别与处理。其本质是：将煤矿供电系统地面和井下分别独立的部分，改变原来统一的中性点接地方式，使地面和井下的中性点接地方式发生改变，以满足井下漏电保护功能的需要，从而改善整个煤矿供电系统的可靠性。

3）基于零序回路的电容电流技术。变压器和架空线(电缆)是配电网零序网络中的主要元件。变压器的零序等值电路与外电路的联接，取决于零序电流的流通路径；因而与变压器三相绕组连接形式及中性点是否接地有关。架空线的零序电抗与平行线的回路数以及有无架空地线和地线的导电性能有关。采用分区供电后，改变原有6 kV中性点不接地配电网络的零序网络拓扑结构，将整个零序网络分层分区，达到治理电容电流的目的。

2 工程实施

1）数据收集：a.收集马兰矿供电系统的基本数据和发生接地故障的历史数据，制定电容电流治理方案。b.测量马兰矿110 kV变电站6 kV线路的电容电流，初步了解电容电流分布情况。c.对测量的电容电流进行整理分析，研究马兰矿分区供电的可行性进行。

2）治理方案：a.确定分区供电电容电流治理方案，并对需要研究的内容进行交流探讨。b.对隔离变压器选型、安装、保护等问题给出建议，并对所需隔离变压器参数、保护配置等进行深入的技术性研究，给出具体技术方案。

3）运行分析：a.测量分区治理后的电容电流，包括地面6 kV系统和井下中央变电所。对比治理前后的电容电流分布情况，说明其有效性和可推广性。b.隔离变压器试运行阶段，做好运行记录。c.对整个项目的创新性技术进行研究，包括：分区供电可行性研究；隔离变压器提高接地选线准确性研究；基于零序回路的电容电流技术研究。

3 应用情况

2011年7月西山马兰煤矿6 kV电网隔离变压器投入运行，电容电流治理效果明显，整个电网的4个区域的电容电流都小于20 A，符合国家规定。更重要的是：提高了单相接地保护的可靠性、灵敏性、选择性，地面接地不影响井下供电系统，反之亦然；减小了单相接地故障的影响面，缩短了故障处理的时间，避免了漏电事故扩大化，提高了供电可靠性。

1）现场实际测量数据。隔离变压器投运前的数据，如表1、表2所示。隔离变压器投运后的数据，如表3-表6所示。对比隔离变压器投运前后电容电流可知：隔离变压器分区后，电容电流得到有效治理，各区域的电容电流符合国家煤矿安全规定。

表1 电网参数

表2 电容电流测试结果

表3 地面110 kV变电站电网参数表

表4 地面110 kV变电站测试结果表

表5 井下中央变电所电网参数表

表6 井下中央变电所测试结果表

2）应用效果分析。采用分区供电方式治理煤矿电网单相接地电容电流，避免了消弧线圈对井下选择性接地（漏电）保护装置的影响。隔离变压器替代限流电抗器，使供电系统运行方式能有更大的灵活性，能够减少漏电故障的影响面，缩短漏电故障处理的时间，提高供电系统的安全可靠性。马兰矿主要体现为：a.隔离变压器分区改造，解决了煤矿电网短路电流和电容电流超标的问题。b.提高井下选择性接地（漏电）保护装置的动作可靠性、灵敏性、选择性。c.采用带分抽头隔离变压器方式对电网分区时，当供电线路过长时，隔离变压器可对供电线路的电压调节，可对电网中的谐波起到隔离作用，大大提高煤矿电网的电能质量。d.地面接地不影响井下供电系统，反之亦然；减小了单相接地故障的影响面，提高了供电可靠性。

4 结束语

经对马兰矿隔离变压器分区改造前后电容电流的测量对比，证实了分区改造对供电系统电容电流治理的有效性和实用性，具有很好推广价值。分区供电是可使每个分区的电容电流处于允许值以下，既解决了煤矿电网电容电流过大的问题，又提高了选择性接地（漏电）保护装置动作的可靠性、灵敏性、准确性，保证了煤矿供电的安全可靠性。采用带分抽头隔离变压器方式分区时，当供电线路过长时，隔离变压器可对供电线路的电压调节，可对电网中的谐波起到隔离作用，大大提高煤矿电网的电能质量。

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