煤矿供电系统现存问题分析与解决对策研究

许 鹏

（大同煤矿集团王村煤业公司，山西大同 037003）

0 前言

近年来，随着煤矿开采机械化水平的提高，矿井所用到的机电设备越来越多，这些设备中有保障煤矿安全生产的设备，也有直接进行采煤作业的设备，而基于煤矿开采环境较恶劣，矿井内存在大量的易燃易爆气体，若矿井电能供应不安全、不可靠，存在漏电现象或经常断电，必然会严重影响到煤矿开采的安全性和高效性，且易引发重大安全事故，这就对煤矿供电系统电能供应的连续性、可靠性提出了更高要求。对此，基于供电系统现状，分析供电系统现存问题，并采取相应措施进行解决，也显得越来越重要。

1 供电系统现状

同煤集团王村煤矿供电系统电源引自乔村35 kV变电站，乔村变电站两回路电源线路引自四老沟110 kV变电站，安装有两台变压器，变压器的型号为：SF9-16000/35/10 kV，分列式运行，分别给地面、井下供电。

地面供电：西风井通风机2回路；主井配电室2回路；副井提升机2回路；副井空压机房2回路。井下供电：罐底硐室2回路；东盘区第一变电所2回路；东盘区第二变电所2回路，东盘区的两个变电所的高压开关分别给掘进队、综采队供电。

2 矿井供电系统现存问题

2.1 谐波污染严重，过电压问题较明显

随着煤矿开采的机械化、现代化发展，近年来各矿井使用的变频器以及大功率开关组件不断增多，这些新型大功率器件的大量应用，易产生大量谐波，造成严重的谐波污染，易使电网电压波形发生较大畸变。由于应用的是中性点没有接地的供电系统，因此在供电系统供电作业中，可大致忽略与母线相连的电磁式电压互感器的中性点电压发生的偏移现象，但当供电系统出现故障后，可能会造成导线回路与回路间潜存的杂散电容彼此影响，产生谐振回路引发谐振过电压，该种过电压也就是通常所说的铁磁谐振过电压，它会严重影响供电系统的正常供电[1]。

2.2 供电电源布设不合理

因矿井生产环境较恶劣，有很多保障矿井安全生产的重要设备都严禁断电，如通风设备、立井提升设备、排水设备等，它们都为一类负荷，要求其电能供应必须连续、可靠，一旦发生断电现象，可能会引发重大安全事故。对于该类用电设备，必须严格依据《煤矿安全规程》中的相关规定，采用双回路供电系统供电，这样在某一回路出现故障，不能正常供电时，另一备用回路便可担当起连续供电重任，给矿井继续提供稳定连续可靠的电能。但就矿井供电现状而言，很多矿井为压缩供电成本，降低供电开支，只应用了单回路输电线路来给矿井提供电能，或也有部分矿井即使布置了两条供电线路来为矿井供电，也只是在某一变电站直接引出两条供电线路来给矿井供电，这样当该变电站发生故障后，就会发生两条供电线路一起断电的现象，根本无法有效保障矿井电能供应的连续性、可靠性。这种矿井供电电源布设的不科学、不合理，会给矿井安全生产埋下重大安全隐患[2]。

2.3 实时检测系统自动化水平偏低

因考虑到检测成本与检测技术水平等因素，当前很多矿井都没有给供电系统装设自动化实时监控系统。而近年来，随着国家对煤矿安全生产水平要求的不断提高，很多矿井都在努力改进完善矿井供电检测系统，但也有很多矿井只是做做表面工程，只是选用一些成本低，自动化水平不高的检测监控系统，根本不能把矿井供电系统实际工作情况，全面准确及时地反馈至矿井地面控制中心。长此以往，众多安全隐患无法及时排除，难免会引发矿井供电事故，易给矿井造成重大损失。

2.4 矿井供电线路过长

随着矿井开采年限的增加，矿井开采深度不断加深，开采规模逐步增大，回采巷道走向长度及掘进巷道走向长度会越来越大，同时所用开采设备的功率也在不断增大，矿井应布设的输电线路也是越来越长，之前应用的很多输电线路开始逐年老化，供电能力也在逐年下降，长期运行易出现严重发热现象，造成矿井温度升高，易引发矿井发生火灾或出现瓦斯爆炸事故。究其原因电缆截面过小，采用非正常方式启动电机以及应用老旧的馈电设备等，都易给矿井低压长距离供电埋下重大安全隐患[3]。

2.5 供电负荷过大

当前很多矿井原设计供电容量比现供电系统负荷容量小很多，这样会造成主变压器长期处于低效工作状态，这样不仅会影响电能质量，而且还易使电缆出现严重发热现象，变压器过热现象，同时还会加速供电线路绝缘层老化速度，可能引发瓦斯爆炸事故，对矿井安全生产造成严重威胁。

3 优化矿井供电系统

（1）可装备两台升压隔离装置，让一台处于运行态，另一台带电备用，可让地面变电所借助升压隔离装置来给矿井工作面上的采煤设备、照明设备进行供电，而通过矿井变电所馈电盘柜来给一些重要设备如通风设备、排水设备以及瓦斯抽采设备等提供连续可靠的电能。

（2）装设低压漏电保护器馈电开关，逐步改进完善矿井供电系统漏电保护系统，以有效进行漏电保护作业[4]。

（3）在矿井内布设接地网、接地级、接地扁钢还有等电位连接体，逐步强化矿井保护接地系统。

（4）可在电动机控制箱内装设继电保护装置，同时借助低压磁力启动器或采用真空启动器来对高压电动机与低压电动机进行有效控制，以最大限度地防止出现漏电现象、过流现象以及短路现象等。

4 解决矿井供电系统现存问题的对策

4.1 借助电力设备来整治谐波，努力消除谐振

在实际生产中，要想把矿井谐波全部消除较难，但借助科学的消波措施可以有效消除大量谐波。当前人们应用最多的消波措施主要是给整流变压器供电母线装设过滤谐波的滤波器，这样可有效消除供电线路中存在的大量谐波，可很好地遏制电流波动现象，大力吸收电网中含有的谐波，且可在某种程度上对电网实施必要的无功补偿。当前消除谐波的方法也有两种：借助消谐器来让电压互感器的中性点接地；借助消弧线圈来让系统中性点与自动调谐补偿装置接地。这两种消谐波方法各有特点，对于第一种消谐波方法而言，所用部件较少，结构较简单。而对于后一种消谐波方法而言，需用到的器件较多，实际结构也相对较复杂，但具有更好的消波效果[5]。

4.2 科学、合理地布设供电电源

电能可以说是保障矿井正常生产的基础能源，煤矿企业要想获得正常生产，必须有高可靠性以及高安全性的电能作保障。对此，在煤矿初建阶段，就应科学、合理地优化供电电源，以确保后期电能供应能实现长期、稳定、可靠、连续；同时在布设输电线路时，应布置为双回路供电，且应根据矿井实际情况，可从多个供电网或不同的变电所来引进电能，争取做到电源布置科学、合理。

4.3 串联补偿电容，让相邻两电气间的供电线路尽量变短

在实际生产中，随着供电线路长度的加长，其压降也会逐步增大，为保障采用长距离输电线路供电的设备仍能正常启动，应想方设法地减小输电线路电压降，来让系统短路容量变大进而增大短路电流。但要想使电路压降变小，只能借助压缩输电线路的实际有效长度，但井下布设的输电线路长度通常是无法缩减的，对此，只能借助给线路加装补偿装置来让电气与电气间输电线路的长度尽量缩短，进而来使线路的电压降变小。当前串联补偿电容是人们应用较多的补偿装置，它可使供电系统的电能供应更稳定，同时改善供电质量，让电气接受端的输电线路的电压尽量升高，进而更好地解决矿井供电线路过长的问题。

4.4 完善继电保护系统

在设计矿井供电系统继电保护时，可引入选择性断电控制技术以及分级闭锁保护技术来为矿井供电系统的安全可靠运行保驾护航，以提供连续安全可靠稳定的电能，进而确保矿井机电设备连续稳定运行，同时还能更好地防治人为安全事故，进一步提高矿井供电系统防火防爆水平[6]。

5 结束语

总之，随着一些大功率，高性能机电设备被广泛应用于矿井中，煤矿生产效能不断提高，与此同时矿井供电系统所承担的供电任务也会越来越重。为确保矿井电能供应的长期连续稳定可靠，必须基于矿井供电系统现状，找出其中存在的问题，并采用一系列行之有效的方法进行应对，只有这样才能有效改善矿井供电质量，进一步提升矿井供电水平。