浅谈煤矿应急电源的类型及现场应用

温亮

摘 要：文章介绍了煤礦应急电源的建设现状，结合作者工作经验介绍了四中煤矿应急电源配置类型，分别为：双电源外引入第三电源做应急电源、自备电厂做应急电源、静态储能做应急电源、车载柴油发电机组做应急电源，并给出了应急电源的试用范围。

关键词：煤矿；应急电源；双电源；静态储能；车载柴油发电机组

中图分类号：TD61 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）20-0147-03

引言

电力是煤矿生产的主要能源，是煤矿矿井的动力源，采掘、掘进离不开电，通风、排水离不开电，提升、运输离不开电。电是矿井的命脉，它不仅直接关系生产，而且与矿工的生命安全也息息相连。

全矿井突然停电会使主要通风机停转，井下无风造成瓦斯积聚，一旦送电，可能引起积聚的瓦斯爆炸。

一旦停电，水泵不能排水，时间长了，可能造成淹井事故。

升降人员的立井提升系统是井下作业人员在遇到安全威胁或井下灾害时的安全出口之一，没有了电，出现灾害后井下人员就少了一条逃生通道。

有封闭火区的矿井，全矿停电后，可能出现一氧化碳和瓦斯外泄，造成中毒或窒息事故。

对有抽放瓦斯设备的矿井，一旦停电，会使抽放瓦斯的设备停止运转，井下瓦斯大量涌出，造成井下瓦斯积聚、超限，在一定条件下引发瓦斯、煤尘爆炸事故。

国家电力监管委员会下发的《关于加强重要电力用户供电电源及自备应急电源配置监督管理的意见》的通知中规定，特级重要电力用户具备三路电源供电条件，与此同时特级、一级、二级等重要电力用户还应配置自备应急电源，保证配置容量标准应达到保安负荷的120%，并加强安全使用。综上所述，为煤矿建设应急电源是十分有必要的。

1 煤矿应急电源的建设现状

2016版《煤矿安全规程》第四百三十六条中关于矿井电源的规定为，矿井应当有两回路电源线路。当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应当担负矿井全部用电负荷。《煤矿安全规程》没有对有两回路电源线路煤矿的保安电源进行规定。

修订后并于2016年3月份执行的新版《煤矿工业矿井设计规范》中虽提及了矿井应急电源，但未明确配置标准，未做强制性要求。

介于煤炭行业的规程、规范并没有对煤矿应急电源提出明确要求，各级煤炭企业出于节约成本的角度，大多没有配置应急电源。许多煤矿的管理者还未认识到没有配置应急电源有隐患，出了事故责任很大，片面的认为供电公司提供的双回电源是有保障的，如果供电公司的供电出现问题给煤矿造成重大事故，供电公司是要承担责任的，殊不知各级供电公司在同煤炭用户签订的标准供用电合同范本中，已要求用户自备应急电源，电网停电后由用户自行承担停电带来的损失等免责条款。综合考虑，有必要为煤矿已有的供电系统增设应急电源。

2 国家对重要电力用户电源及自备应急电源的要求

2.1 重要电力用户的界定

重要电力用户是指在国家或者一个地区（城市）的社会、政治、经济生活中占有重要地位，对其中断供电将可能造成人身伤亡、较大环境污染、较大政治影响、较大经济损失、社会公共秩序严重混乱的用电单位或对供电可靠性有特殊要求的用电场所。

依据《重要电力用户供电电源及自备应急电源配置技术规范》中的规定，井工煤矿被划分为A类重要电力用户，在工业类重要电力用户中排序第一。

2.2 重要电力用户供电电源配置原则

重要电力用户的供电电源一般包括主供电电源和备用电源。重要电力用户的供电电源应依据其对供电可靠性的需求、负荷特性、用电设备特性、用电容量、对供电安全的要求、供电距离、当地公共电网现状、发展规划及所在行业的特定要求等因素，通过技术、经济比较后确定。

重要电力用户电源应采用多电源、双电源或双回路供电。当任何一路或一路以上电源发生故障时，至少仍有一路电源应能对保安负荷持续供电。特级重要电力用户宜采用双电源或多路电源供电；一级重要电力用户宜采用双电源供电；二级重要电力用户宜采用双回路供电。

3 煤矿应急电源配置类型

神华集团作为国家规模最大、现代化程度最高的煤炭企业和世界上最大的煤炭经销商，较早的考虑了为煤矿配置应急电源的问题，下面就将神华集团内实现的各种煤矿应急电源配置类型介绍如下：

3.1 双电源外引入第三电源做应急电源

双电源外的第三电源也可称之为三回路电源，煤矿任意两回路电源出现故障后，煤矿仍可以带起矿井的保安负荷。神华集团锦界煤矿的供电系统即为三回路电源。锦界煤矿投产时供电系统设计为双电源供电，后期考虑到地方供电公司的电网薄弱，一旦出现两电源线路故障后将造成锦界煤矿淹井事故，损失巨大，后期增设了1#、2#联络线，最终使为锦界煤矿服务的1个110kV站、3个35kV变电站均实现了三回路电源，供电系统示意图见图1。

锦界煤矿3回路电源为保障矿井安全提供了有力的保障，2011年4月1日至3日，因地方供电网络谐波严重超标，致使锦界煤矿35kVII站双电源电缆线路先后被击穿5次（一回电源3次，二回电源2次），因属于双回电源均为直埋电缆，在寻找及处理第4、5次电缆击穿点并恢复运行期间锦界煤矿35kVII站双电源同时停电达到12小时，正是由于存在并启动了1#联络线才避免了水淹没综采工作面的事故；2014年4月23日8时50分，地方III站因小煤窑产生的塌陷（塌陷情况见图2）全站失压，造成锦界煤矿110kV站双回路电源全站停电一个星期，正是由于2#联络线才避免了锦界煤矿的淹井事故。

双电源外的第三电源这种方式固然最可靠，但是也存在建设费用高，因征地问题带来的建设周期长等问题，规划时需要进行综合考虑。

3.2 自备电厂做应急电源

煤电一体化的联营项目可以考虑这种方式，煤矿产煤用于电厂发电，电厂厂用电向煤矿提供生产或应急电源，考虑到电厂存在检修期，可从地方供电公司引应急电源。

《煤炭工业矿井设计规范》GB 50215-2015的12.2.1中明确指出，“矿井供电电源宜取自地区公共电力网的变电所、矿区变电所；有条件时可从煤电联营的发电厂或矿区（矿山）自备发电厂获取电源”，这说明煤矿直接从发电厂引电源是符合规定的。

神华集团国神公司三道沟煤矿供电系统采取了这种模式，供电系统示意图见图3。

自备电厂做应急电源是煤矿最理想的供电模式，用电安全有保障又经济，以三道沟煤矿为例，如全部使用电厂的电，每年可以节约电费1500万元，这种供电方式存在的问题为，损害了地方供电公司的利益，建设时阻力较大。

《关于加强和规范燃煤自备电厂监督管理的指导意见》于2015年11月30日由国家发改委、国家能源局正式公布，该意见由国家发展改革委、国家能源局和中央编办、工业和信息化部、财政部、环境保护部、水利部、国资委、法制办等部门制定，经报请国务院同意，并经经济体制改革工作部际联席会议（电力专题）审议通过。

意见中明确要求要做好电网接入。电网企业应对符合规定的自备电厂无歧视开放电网，做好系统接入服务。并网自备电厂应按要求配置必要的继电保护与安全自动装置以及调度自动化、通信和电量计量等设备，切实做好并网安全等相关工作。鼓励有条件并网的自备电厂按自愿原则并网运行。

各有关煤炭企业应该借助《关于加强和规范燃煤自备电厂监督管理的指导意见》中的规定，从电厂直接向煤矿引电源，在提高供电可靠性的同时还可节约用电成本。

3.3 静态储能做应急电源

近年来，分布式发电，电网辅助智能服务以及电动汽车的应用，大大促进了储能技术的发展，尤其在用户侧，为智能配电网的发展提出了新思路。

2015年，神华集团乌海公司平沟煤矿即试验了煤矿保安负荷的静态储能应急电源项目，在煤矿配套的35kV变电站内，储能应急电源选取了两种模式，铅酸电池储能组（额定容量为2.4MWH）及对应的变流器系统、锂电池储能组（额定容量为1MWH）及对应的变流器系统，每種模式储能应急电源均可带926kW（平沟煤矿主扇、局扇的总负荷）负荷1小时。

上图给出了此系统的主要结构框图，应急电源的电气设备分为两大部分，分别连接到煤矿配电网6kV的两段母线上。在控制系统中，底层的控制设备统一归系统的总体监测与控制系统协调，并且保证与现有煤矿配电网的监测调度系统的数据共享与信息同步，以实现在线模式下对电网数据的在线分析与动态预测，在应急电源模式下对配电网提供主扇负荷的手动重构与局扇负荷的自动重构，保证重要负荷的电力供应。

乌海公司平沟煤矿静态储能应急电源于2015年底正式投运，可以带主扇、局扇等应急负荷一个小时以上，并据理论测算通过储能系统的削峰功能、有功与无功双重补偿功能、电能智能监控的节能功能，可节省电费支出180万元/年。

随着，电池技术的进一步成熟，成本的下降静态储能应急电源有可能在煤矿行业进一步得到推广应用，从目前来看，该方式不适用于大、中型煤矿。

3.4 车载柴油发电机组做应急电源

车载柴油发电机组（见图4）主要组成：牵引车头及挂车，柴油发电机组承载箱体，柴油发电机组本体、控制屏、开关柜、燃油箱、进、排风系统及降噪消音装置、排烟装置、机械支撑、倒车监控装置、车内交直流明灯具、消防设备、电缆收放装置、高、低压电缆和接头、防雷及接地装置、备品备件、专用工具、使用手册等。

随着，发电机组技术的革新，大型发电机组小型化并进行车载成为可能，目前，国内最大的10kV车载发电机组已经可以做到2400kW。通过理论计算，2台2400kW的车载柴油发电机组并列使用可以满足1200kW电动机直接启动要求，保证正常运行后，并且具备3960kW阻性负载容量空间，下一级最大直接启动容量仍可达到900kW。可以满足中、小型矿井的应急电源要求。

3.5 四种应急电源优缺点及适用范围

双电源外引入第三电源做应急电源，优点为：供电可靠性较高；缺点为：征地困难，建设成本较高。建议在高瓦斯、有较大水害的矿井供电系统中采用。

自备电厂做应急电源，优点为：供电可靠性较高，可大量节约购电成本。缺点为：损害了地方供电公司的利益，实现有一定的阻力。建议在条件许可的情况下，煤矿均可采用该种供电方式，并将电厂的电源作为主供电源。在条件许可的情况下，煤矿宜采用该种供电方式。

静态储能做应急电源，优点为：建设周期短；缺点为：储能系统容量有限，建设成本较高。建议可在小型煤矿中使用。

车载柴油发电机组做应急电源，优点为：应急电源可移动使用；缺点为：容量有限。建议：在煤矿较集中的区域可配置为抢险电源。

4 结束语

煤矿企业作为重要电力用户，有必要考虑配置应急电源。配置何种应急电源，可结合区域电网的可靠性、有无出线间隔、有无发电厂等外部条件，并兼顾考虑煤矿自身的瓦斯、水等灾害的厉害程度，进行选择。

参考文献：

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[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管

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[4]石林林，祝龙记，朱红.复合储能装置在煤矿应急电源中的应用[J].煤炭技术，2016（5）.