基于大型露天矿山供电系统稳定策略的综述

安瑞斌

（江西铜业集团有限公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

德兴铜矿供电系统共有15座变电站。其中220kV变电站1座，110kV变电站1座，35kV变电站13座。输电线路总长达300多公里，线路故障种类多样化（雷击故障、接地故障、短路故障、断线故障等）。用电负荷情况多样化，比如采矿设备有电铲、钻机、排水泵等；选矿设备有球磨机、浮选设备、旋回破碎和各种回水泵等。目前大山220kV变电站拥有两台容量为180MVA的三绕组变压器，变压器的变压等级为220kV/35kV/6kV。选矿设备通常需要稳定电压，而采矿设备的工作会造成电压波动，以及输电线路的各类故障均会导致系统稳定性受到破坏甚至导致系统停机。因此保障供电系统及设备稳定运行是我们需要持续公关的课题。

2 影响供电稳定因素分析

2.1 多发的故障类型

（1）接地故障：架空线路多数位于山区，植被、树木等易被风吹搭在架空导线，造成接地故障。

（2）短路故障：户外树枝掉落等外力影响、设备绝缘击穿等造成相间短路。

（3）雷击故障：金属露天矿山为高雷暴地区，架空线在山区更容易引发雷击。

（4）过电压故障：大气过电压，操作过电压以及用户侧无规则开停设备导致的谐振过电压等。

（5）变电站近距离短路导致的系统晃电造成球磨机跳电停车事件。

2.2 外部线路日常维护困难

（1）用户侧负荷波动大、线路长，损耗大，压降大。线路以及线路上的设备（电缆、杆塔、接地线、横担、抱箍、螺栓等）的日常维护问题。

（2）受技术手段及信息收集困难影响，故障类型判断的准确性受限。由于复杂地形及恶劣天气影响，发现故障点的及时性难以保证。

3 解决办法

3.1 故障定位技术

对于频发的接地故障，采用线路故障定位技术，在输电线路产生接地故障时，线路中通常会有动态性的暂态电压行波以及电流行波，行波中收集了故障点的方向以及位置等信息。再通过采集、分析解读出这些信息。维修人员快速的定位故障点，解决故障，恢复生产［1］。

3.2 小电流接地选线装置

当发生永久性的单相接地故障时，为了防止因电压升高而导致事故扩大，必须尽快的确定故障线路并予以切除，所以小电流接地选线装置就很重要。小电流接地选线装置目前基于以下基本原理：（1）零序功率方向原理；（2）谐波电流方向原理；（3）外加高频信号电流原理。

当系统在发生单相接地故障时，故障与非故障线路零序电流相反，由零序功率继电器判别出故障，

当中性点不接地系统发生单相接地时，在各条线路中都会出现零序电流，由于谐波次数的增加，相对应的感抗增加，容抗减小，这时故障线路与非故障线路的谐波电流方向相反，同时对所有大于谐波的电流均满足这一关系［2］。

当中性点不接地系统发生单相接地时，通过电压互感器二次绕组向母线接地相注入外加高频信号电流，该信号电流主要沿故障线路接地相的接地点入地，部分信号电流经其他非故障线路对地电容入地。用信号电流探测器靠近线路的导体通过接受该线路中的故障相流过信号电流的方式和大小来判断故障线路和非故障相接地的线路［3］。一般是故障线路接地相流过的信号电流大,非故障相接地的信号电流小,他们之间的差距比值要远远大于10倍。

3.3 线路保护改造

大山220kV变电站现用高频从1989年投运，已连续运行30多年，220kV线路高频保护载波通道构成复杂，受外界环境影响大，稳定性较低，可以更换为光纤差动保护，同时架空地线更换为复合型光纤地线OPGW。光纤通道原理简单，不受系统振荡、线路串补电容、平行互感、系统非全相运行、单侧电源运行方式等影响，光纤通道的传输质量高，误码率低，传输的信息量大，抗干扰能力强。光纤差动保护确定故障位置更精确，保护反应速度更快，进一步提高了供电可靠性。

3.4 日常线路维护及防雷工作

（1）线路日常巡视要点。由于大部分架空线路在山区，雨季来临时有山洪和泥石流爆发，会对线路上的杆塔、拉线、接地线等发生冲击，造成接地、短路等故障，影响生产。因此，做好定期的巡线工作尤为重要，特别是重点区域建立台账，根据季节性特征开展有针对性的线路特巡。山区高植被区建立好台账，定期开展线路清障工作，防止高植被距离线路过近，导致线路接地故障发生。对于难以到达的区域采用无人机遥感技术设定巡视路径，实现无人机定期巡视，并做好比对分析，对及时发现线路隐患具有良好效果。

（2）线路防雷要点。根据季节性特征开展线路防雷检测，利用晴好天气开展好杆塔接地电阻的检测及整改工作，确保每级杆塔接地电阻值不得超过标准要求，对于阻值偏大的杆塔采用降阻技术进行整治，直到阻值达标。雷雨季节来临前，做好线路避雷器的检查和更换工作，以及线路绝缘子的检查更换。对于特别容易遭雷击的线路采取增加负角针或升级改造措施。

3.5 消除谐振的危害

（1）采用消弧消谐装置以及选线跳闸装置，打破谐振平衡。自动检测系统，当发生了谐振以后该装置自动选择一条负荷小，负荷不重要的线路跳闸，优先选择电容器。

（2）无功补偿装置分级投运。在35kV等级的变电站中，采用SVG无功补偿自动投切装置，可以在长线路中补偿的无功损耗，提高线路电压，同时在系统故障的情况下及时提供无功调节，提高供电系统的稳定性。

3.6 调整继电保护装置定值

定期核实用户侧的负荷情况，因为继电保护定值的大小是根据负荷的大小来计算的，所以当负荷情况变化剧烈时要适当的重新计算并更改定值，以确保继电保护装置能发挥应有的作用与“四性”功效。“四性”即：选择性、可靠性、速动性、灵敏性。

4 新技术管理系统的应用

4.1 接地故障管理系统的应用

接地故障管理系统应用在与35kV中性点不接地或经消弧线圈接地系统中，可以准确的判断出发生单相接地故障的线路。中性点不直接接地的系统中发生单相接地故障时，不是故障相的对地电压会升高至倍；然后在系统绝缘薄弱处发生闪络或者击穿，对绝缘的耐压要求较高，还会损伤绝缘系统；容易引发各种过电压。不仅可以快速的判断出故障线路还可以反映出接地故障点的位置，通过这些信息可以让变电运行人员快速有效准确的上报，方便上级做出准确的判断，做出最恰当的处理［6］。

4.2 全电压检测及SCADA系统的应用

德兴铜矿电力配电网地域分布广，监控点众多，又开始实行无人值守变电站制度，所以电压监测系统尤为重要。通过全电压检测系统可将电网中出现的操作过电压、雷电过电压、工频过电压及电压陡降等各种现象及发生过程快速、连续、完整进行记录，达到实时把脉电网波动，及时发出报警信号。通过SCADA系统将各变电站将“四遥”信号传入调度系统，再调度端监测某一个变电站内的任何一条线路的电压、电流、有功功率、无功功率和断路器的位置状态等。该系统通过光纤通信，手动分配地址，将一个变电站内的信息传输到有人值守的地方。监控多个变电站，节约大量的人力物力，实现无人值守或少人值守。

5 结语

通过以上策略的分析山区长距离输电故障高发、多种类无规则负荷波动影响。各种故障跳闸等问题得到有效的治理，极大提升了露天矿山供电系统的稳定性，减少故障次数和故障时间，为生产提供了安全稳定供电保障，也减少了电能的损耗与生产成本。间接的为社会做出了积极贡献，促进了经济发展和社会和谐。