煤矿供电质量研究

孙广军

（神华集团安全监察局，北京 100011）

煤矿供电质量研究

孙广军

（神华集团安全监察局，北京 100011）

煤矿开采存在很多不安全因素，供电质量效果直接决定着煤矿安全、高效生产。本文首先论述了煤炭企业对供电质量的要求：安全、可靠、稳定、经济；然后通过分析煤矿供电质量问题对煤矿生产、矿井设备财产及矿工人身安全等造成的危害，最后从防越级跳闸、机械式滤波补偿设备、工业静止无功补偿、低压晶闸管投切滤波器等四方面提出了解决煤矿供电质量的技术，达到提高煤矿供电质量，有效消除供电质量的各种不良影响因素。

煤矿 供电 供电质量

电力是现代煤炭工业的主要动力，在煤炭生产中占有十分重要的地位。煤矿供电工作不仅直接影响煤矿企业的高效生产，而且关系着矿井和矿工的人身安全。因此，对煤矿供电质量的研究非常必要。

1　煤炭企业对供电质量的要求

煤矿供电应确保安全、可靠、稳定和经济，不断提高供电质量，为煤矿安全、高效生产保驾护航。

1.1供电安全

包括防止人身触电和防止由于电气设备的损坏和故障引起的电气火灾及瓦斯、煤尘爆炸事故；煤矿井下空间狭小、潮湿阴暗，井下电气设备的受潮和机械损伤容易发生人身触电事故；供电线路和用电设备的损伤和故障产生的电气火花，会造成火灾或瓦斯，煤尘爆炸事故等。

1.2供电可靠

要求不间断供电。供电中断时不仅会影响矿井的原煤产量，而且可能损坏设备，甚至发生人身事故和造成矿井的破坏。

1.3供电稳定、经济

要求提供优质稳定供电，包括电压质量、电流质量、供用电质量，电压和频率必须稳定；尽量降低供电系统的电能损耗及维护费用，降低设备材料等消耗量，节约电能。

2　供电质量问题对供电系统的危害

2.1矿井供电及突然停电可能造成的危害

（1）供电线路和用电设备的损伤和故障产生的电气火花，会造成火灾或瓦斯，煤尘爆炸事故。

（2）井下电气设备的受潮和机械损伤易发生人身触电事故。

（3）矿井突然停电，将会使排水和通风设备停止运转，可能造成水淹矿井，工作人员窒息死亡和引起瓦斯、煤尘爆炸，危及矿井和人身安全。

（4）矿井突然停电，会使提升机紧急制动，产生巨大的冲击拉力，使钢丝绳损坏，提升设备人员处于危险状态；主要采掘、运输设备停电，会造成大量的减产。

2.2谐波对电气设备的危害

（1）谐波能引起旋转电机附加损耗，产生机械振动、噪声和谐波过电压；引起变压器绕组附加损耗，使外壳和某些紧固件发热，甚至引起局部的严重过热，使变压器噪声增大，损害变压器。

（2）谐波会引起电容器局部放电，加速电容器介质老化；引起谐振或谐波放大，导致电容器因过负荷或过电压而损坏，还可能会造成电缆的过负荷或过电压击穿。

（3）谐波通过电容耦合、电磁感应和电气传导会感应到通信线路上，影响矿井信号传输及通讯正常。

（4）谐波可产生干扰，造成继电保护和自动装置的误动和拒动，尤其是一些衰减时间较长的暂态过程，如变压器合闸涌流中的谐波分量，由于其幅值大、谐波含量也很大，更容易引起继电保护的误动作。

2.3电压波动和闪变对机电设备的影响

（1）供电母线的电压降落和波动，降低了机电设备的运行水平；

（2）当供电点的母线电压产生波动时，将使得用户的异步机类负荷转矩随之变化，输入负载的有功功率随之下降，影响生产和设备出力；

（3）快速的母线电压波动将导致闪变，对人眼造成刺激，干扰电视机、计算机显示器的图像。

2.4低功率因数的影响

（1）高压用电企业要求功率因数应大于0.9以上，否则，用户将遭受低功率因数罚款，影响经济效益。

（2）低功率因数负载从系统吸收大量无功功率，增加了线损和变压器的损耗。

（3）由于供电变压器同时通过有功功率和大量的无功功率，降低了变压器的供电能力。

3　提高供电质量的技术

3.1防越级跳闸

煤矿井下用高压开关多来自不同厂家，仅仅依靠整定电流和延时很难实现供电系统在发生短路、过流等事故时，不发生越级跳闸现象，而防越级跳闸系统能够很好的解决这一问题。

煤矿电网防越级跳闸技术基本原理以智能综保保护装置为核心，利用保护控制信号闭锁、光纤纵联差动、高速网络通讯及计算等技术，建立煤矿供电网络中多级设备之间的短路保护协同机制，准确定位短路点，确保离短路点最近的开关设备优先实施短路保护，从而防止越级跳闸的发生，提高供电电网及矿井生产的整体安全性。当智能综合保护装置收到下级开关的闭锁控制信号时，上报“下级闭锁”，同时闭锁本级开关保护器的速断功能，同时启动下级保护速断后备功能；当闭锁控制信号消失后，保护装置将上报“下级闭锁返回”，同时开放本级开关保护器的速断保护功能，撤销下级保护速断后备功能。

3.2机械式6kV—110kV滤波补偿设备（FC）

滤除谐波，补偿无功，提高功率因数，改善供电电压水平，大量应用于相对稳定的非线性负荷，可手动投切或配备真空接触器/断路器进行自动投切。

3.3工业静止无功补偿装置（SVC）

静止动态无功补偿技术（SVC）是基于晶闸管电力电子装置，响应速度快、可连续、动态补偿无功，提高功率因数，降低网损，滤除非线性负荷所产生的谐波，使三相负荷平衡化，减小负序，抑制电压波动和闪变等优异性能，是目前企业通常采用的无功补偿手段。

近年来，SVC在煤矿矿井提升机冲击负荷动态补偿以及维持系统稳定中亦得到普遍应用。SVC可以抑制煤矿电网电压波动，吸收谐波，提高进线侧功率因数，维持母线电压稳定，提高故障电压恢复能力，使矿井设备（提升机、风机）安全稳定运行，消除了负荷变化引起的电压变动，有效降低电能质量引起的煤矿事故发生的机率。

3.4低压晶闸管投切滤波器装置（TSF）

装置广泛应用于1kV以下低压配电系统快速波动的非线性负荷，装置具有如下主要功能：跟踪速度快，动态响应时间不大于30ms；可实现分相/三相同时控；抑制非线性负荷所引起的谐波干扰；优化无功，提高功率因数；有效降低网损；改善电压质量。

4　结语

矿井供电是维护矿井正常生产，保证矿井设备财产安全、矿工人身安全的基础，因此提高煤矿供电质量，有效消除供电质量的各种不良影响因素，保证矿井供电安全、可靠、稳定、经济，是矿井供电的需要，也是煤炭企业供电今后需要研究和解决的重要课题。