矿山供电系统优化及技术改造分析

1 矿山供电系统的基本特征

1.1 可靠性高

供电可靠性是指供电系统持续供电的能力和不间断供电的可靠程度。可靠性高即要求矿山供电系统要具有较强的持续供电的能力，在供电设备设施、供电线路故障和用电设备故障等情况下，要通过相应的保障措施，保证供电系统能够不间断供电。在矿山供电系统中通常对一级负荷采取双电源供电系统，以保证对矿山一级负荷设备设施实现不间断供电；对重要设备采取双回路独立的供电电源线路、规避分接负荷等措施，实现重要设备和供电系统的安全运行；对其他电器设备则要通过完善的安全保护措施，减少对生产的影响，保证矿山供电系统的高可靠性。提高供电系统的可靠性，不仅可以提升供电系统运行的稳定性，减少因供电系统故障造成的生产影响，保证矿山的生产效率，同时也可以减少供电系统维护、维修成本，降低检维修工作人员的劳动强度，大幅度地提高矿山的生产效率[1]。

1.2 具有安全保障

安全保障即要求矿山供电系统必须要具有较高的安全性，由于矿山本身环境的独特性、复杂性以及恶劣的自然条件影响，供电系统是否能安全运行将直接影响矿山的生产工作，为保证矿山供电系统稳定运行，保障电器设备设施安全持续运转，对供电系统采取防爆、防触电以及防漏电等安全保护措施改造，提高供电系统的安全性，同时还可以通过采用先进的科学技术手段，对供电系统的各项参数进行动态监测，实时监测供电线路与电器设备的运行情况，对供电系统实施动态实时管理，提高供电系统整体的安全性，保障矿山电器设备和操作人员具有更高的安全性。

1.3 技术合理

技术合理就是利用现代化先进技术，进一步保证矿山供电系统运行的技术合理性，在矿山供电系统建设和改造过程中，要针对电力系统中的负荷分布情况，合理设置供电线路的布局，减少线路损耗。矿山电力设备保护设施的参数整定必须定期由专业人员进行，当供电系统中当电力负荷发生较大变化的时候，要及时对相应的保护设施重新进行整定和调整，供电系统在设计和安装设备保护设施的时候，要采取选择性停电控制技术以及分级保护技术，最大限度的保护矿山供电设备运行的稳定性与连续性。通过设置合理的电器保护措施，实现对电气设施和供电电缆的保护，同时要通过现代技术手段，对电网的电压偏移量、频率差以及功率因数等电力参数进行科学、合理化的管控[2]，加强供电系统的技术管理，使矿山供电系统趋于合理。

1.4 经济效益高

经济效益是企业生产经营的核心，企业经营最终目标是要实现利益最大化，而矿山供电系统电力消耗成本在企业的总成本中占有较高比例，供电系统建设和技术改造的合理性直接影响企业的经济效益。在矿山供电系统的建设和技术改造时，要以满足生产需要和可持续发展为根本目标，以减少投资和减少改造量为原则，保证供电系统的技术先进性，实现供电系统的简单化。在保证现有的电气设备以及供电线路安全运行前提下，实现供电系统的结构简单、技术先进、经济效益合理、可持续稳定发展的要求，同时要通过使用高技术含量、高稳定性设备减少供电系统维护消耗，降低系统维护成本，提高矿山供电系统的运行效率，使企业的经济效益稳步提升。

2 矿山供电系统存在的问题

2.1 供电系统负荷不平衡

矿山供电系统在实际运行过程中，时常会受供电系统负荷不平衡因素的制约。首先矿山供电系统一般使用三相四线制输送电力，三相生产用电设备与单相负载混合使用，实际工作中由于电气技术人员疏忽加上大功率单相设备的增容及使用时间的不同时性影响，致使单相负载过大，形成了三相负载的不平衡；其次矿山生产电气设备运行环境恶劣，电气设备使用现场灰尘大、露天使用易导致电气设施短路损坏，致使电气设备故障运行，导致供电系统三相负载不平衡；三是由于矿山供电电缆的搭设的过程中时常会出现挤、压、砸、割等物理性的电缆损害，容易造成漏电事故，导致供电系统三相电流不平衡。受以上几项因素影响，矿山供电系统负荷不平衡问题非常突出，三相负荷的不平衡将大幅度降低供电系统运行效率，对矿山生产工作造成不良影响。

2.2 用电设备与供电系统不匹配

目前矿山生产机械化应用与技术升级速度加快给矿山供电系统提出了更高要求，设备更新后与原有供电系统不能够完全匹配，如供电系统未及时进行改造将无法满足新设备安全运行的要求。其次是矿山供电系统技术改造后，使用了大量的电力电子装置以及一些非线性的电力电子器件，虽然在一定程度上满足了矿山对电气设备功能的需求，但对电网中无功危害与谐波污染方面也越发严重，造成矿山电力系统供电质量下降、功率因数降低、谐波含量过高等问题。同时,因矿山生产实际工作需要供电系统中经常会临时性接线，改变了供电系统运行的平衡状态，加速供电系统中内部元件以及开关设备的老化程度，以上因素都直接影响到矿山供电系统的稳定运行。

矿山现有电气设备与供电系统不匹配的问题，一方面使得矿山供电系统电力设施存在超负荷的问题，降低供电系统的稳定性，甚至造成供电系统大范围的故障；另一方面新型电力设备设施技术升级影响矿山供电质量，影响其他电器的设施的正常运行，供电系统稳定性与安全性受到制约，直接影响矿山生产工作的安全高效运行。

2.3 谐波污染严重

随着科学技术的不断发展，越来越多的电子设备被应用到了矿山供电系统中。但是将性能高、功率大的变频器、调速器等电子设备应用到矿山供电系统中，会对供电系统产生大量的谐波污染，严重影响供电系统的稳定运行。

谐波会使供电系统中的产生附加的损耗，降低供电系统的运行效率，大量三次谐波电流会导致电动机发热、机械振动力加大、产生较大噪音，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以致损坏。谐波还会导致电器保护装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失，谐波还会对其他电子设备造成干扰产生失真的情况，致使一些精密电子仪器工作异常，对矿山电气设备的功能产生一定程度的破坏。同时谐波还能造成电网中的感性负载同电容器产生一定程度的谐振现象，当高次谐波干扰严重时，电网中的感性负载设备的感抗数值和补偿电容器的容抗数值都会成倍提高，使谐波电流进一步放大，谐波电流的增加将造成电器设备、电容器绝缘介质的进一步损坏，加速供电系统中相关电器设备的绝缘老化速度。

3 矿山供电系统技术优化及改造方法

3.1 稳定供电系统负荷

为提高矿山供电系统的稳定性，供电系统的负荷平衡是关键。电力系统在运行过程中大负荷的用电设备接入或从电网切除前要先同相应管理部门沟通并采取必要的防护措施，减少负荷波动对供电系统的影响，临时性接线或单相负载接线要在技术人员指导下接入电网，减少人为造成的负载不平衡问题。供电系统中采用三相四线制输送电力时，应使用3芯或4芯的电缆或使用低压集束导线供电，将三相四线制导线束延伸到每一个设备，减少地域分布影响，将分散的单相负荷重组为比较对称的三相负载，进一步平衡三相负载，减少中性线电流，实现供电系统的负荷平衡。

针对矿山电力设备运行环境恶劣的问题，可以在电力线缆的架设过程中加强对电缆的保护，以减少周边环境对电缆安全使用造成的影响，同时对重要用电设备要采取单一电线路供电，减少其他设备故障和线路故障对重要设备的影响；其次针对供电电缆运行中时常出现的挤、压、砸、割等的物理损害，可在易损坏的电缆设备的配电箱上加装上防漏电保护装置，减少漏电事故对供电系统负荷平衡造成的影响。同时在矿山新增设备的供电系统设计时，要选择使用电压低、技术先进的设备，从根源上降低三相负荷不平衡对矿山供电系统运行所造成的影响[3]。

3.2 优化供电系统，完善设备型号

为解决供电系统与用电设备不匹配的问题，不仅要完善设备型号匹配，还要分析矿山的实际运行情况以及新技术发展趋势，对供电系统实施进一步技术改造升级：

一是在新项目设备更新时，首先要根据现有供电系统所能承载的负荷情况选择新的电器设备，减少因为用电设备更新所造成的电网不匹配问题。

二是确因生产需要更新大型用电设备与电网不能匹配时，要对整个电网供电设施进行配套的改造升级，保证新设备在供电系统中安全合理使用。

三是要对一些非线性的电力电子器件的设备安装配套的谐波滤除设施，要采取就地补偿的原则，补偿设施要尽量同设备同时切换，提高供电系统的稳定性，同时要对矿山供电功率因数低的电力设备进行及时更换，逐步推广防爆型无功率补偿技术产品的使用，提升大型设备的功率因数，积极对供电线路进行优化升级，全面提升线路的输送电能力[4]，使供电系统最大限度的发挥应有的效能。

四是矿山电器设备要逐步采取计算机技术、微电脑技术实施科学化管理，进一步促进矿山供电系统技术管理升级，要及时对现有的电力设备进行检修、故障排查，对不符合使用标准的设备进行更新，逐步采用现代化的先进设备更新老旧设备，要对老旧落后的供电保护装置实施改造，依据矿山实际需求更换新型保护装置，利用先进的设备保证供电系统的可靠性与灵敏性，提高供电系统的稳定性。

3.3 实施抗谐波污染的技术改造

谐波污染对供电系统具有非常严重的危害，目前抑制谐波的方法主要是增加谐波补偿设施。对于矿山供电系统中相对固定的设备或负荷比较稳定的线路可采用无源滤波器进行补偿，无源滤波器是应用最广、成本最低、技术最为成熟的滤波方式之一，是利用电感、电力电容和电阻并联于系统中组成的滤波电路，对三次谐波电流或某一频率的谐波起到滤除的作用，大功率电器设备的补偿滤波装置应尽可能靠近电气设备进行安装，以抑制谐波对其他电器造成的影响，小功率的电器设备可采取集中补偿形式，以降低补偿设备的资金投入。

对于矿山供电系统中负荷变化较大或经常性接入临时负载的线路可采用有源滤波器进行补偿，有源滤波器可以动态滤除供电线路中的谐波，通过实时监测并向电网中注入一组和谐波电流大小相等方向相反的电流实现对谐波的动态滤除，同时还可以实现谐波、无功以及负序电流的动态补偿。由于有源滤波器的成本较高，实际应用中可采取混合型有源滤波器，将无源滤波器和有源滤波器组合起来，无源滤波器用来完成无功功率补偿和补偿部分谐波，有源滤波器部分则主要用来改善无源滤波器的特性，动态滤除剩余谐波分量，混合型有源电力滤波器具有无源滤波器成本低、容量大的优点，同时具备有源滤波器补偿效果好、安全可靠的优点，并且消除了无源滤波器效果差、易谐振的缺点，并解决了有源滤波器因成本高而难以应用到实际工业生产中去的问题，实现了优势互补，进一步改善了供电系统的供电质量[5]。

4 结语

以上对矿山供电系统存在的问题和优化措施，以及技术升级改造方法进行了浅显的研究与分析，着重对供电系统的负荷平衡、供电系统与用电设备的优化匹配以及电网中的谐波抑制等方面进行了阐述。实践证明通过上述的优化和改造，矿山供电系统整体的运行效率、稳定性和安全性得到了有效提高。相信随着科学技术的不断发展，现代化智能电气技术的不断推广，矿山供电系统和用电设备的技术水平将会逐步提高，既可以进一步满足矿山的生产运行的需求，保证矿山开采工作顺利进行，也可以为企业创造更高的经济效益，从而使矿山生产为我国现代化经济建设做出更大的贡献。