彭紅玲，杜秋睿

(1.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037;2.國網重慶市電力公司檢修分公司，重慶 400039)

1 引言

本文旨在緊密結合煤礦井下供電安全實踐，對我國煤礦井下供電安全現(xiàn)狀進行系統(tǒng)的調查研究，對主要制約因素進行系統(tǒng)性分析，研究提出提升我國煤礦井下供電安全的措施及對策建議，為提升煤礦井下供電安全保障水平，促進煤礦安全生產提供強有力的技術支撐。

2 煤礦井下供用系統(tǒng)存在的問題

經實地考察和調研煤礦供用系統(tǒng)在現(xiàn)階段主要存在以下幾個方面的問題:

(1)繼電保護難以整定、單相接地故障選線技術不成熟、失壓保護無延時功能、失壓線圈低壓跌落等原因引起的“越級跳閘”現(xiàn)象時有發(fā)生。造成線路開關越級跳閘的原因共3個:一是短路故障，流過上下級開關的短路電流均能達到整定值，且上級開關延時時限不夠，無法區(qū)分故障區(qū)域，造成縱向上級開關跳閘，擴大了停電范圍;二是對于小電流接地系統(tǒng)而言，當發(fā)生單相接地故障時，僅僅依靠開關本地采集的零序電壓和零序電流無法正確選線，造成橫向、縱向均可能發(fā)生誤跳閘，造成大面積停電;三是失壓線圈和失壓保護引起的誤跳閘。當某條線路在距離母線附近處發(fā)生相間短路故障時，母線線電壓會瞬間跌落20% ～40%，其他高壓配電裝置中的PT電壓相應降低;當電壓低于額定電壓的70% ～65%時，而且持續(xù)時間超過80ms時，這些配電裝置的失壓線圈均會失去磁力而釋放，從而導致斷路器跳閘，造成大面積停電;另外，高壓配電裝置設有欠壓保護，當檢測到的電壓低于動作整定值時，欠壓保護動作，發(fā)出跳閘指令，斷路器跳閘。簡單地說，因一條線路短路而引起的其他線路的開關跳閘，造成橫向無選擇性停電。煤礦設備繼電保護的常見類型包括短路、過流、漏電等，并采用分級(三級或兩級)整定的保護策略。當井下供電線路出現(xiàn)級數較多、線路相對較短等情況，或者不同類型的控制設備需要分級整定，配合工作時，保護整定值很難計算，偶爾會出現(xiàn)選擇性保護無法實現(xiàn)、越級跳閘等事故。

(2)井下供電系統(tǒng)在線監(jiān)測水平較低。目前不少煤礦尚未安裝供電監(jiān)控系統(tǒng)，電網在線監(jiān)測水平較低，無法實時掌握井下供電系統(tǒng)及相關設備的實際運行工況數據信息，對所發(fā)生的故障情況無法及時做出整改和補救決策，從而造成事故進一步擴大，大大降低了煤礦供電安全性能。

(3)無功補償在電容投入的過程中可能會產生較大的涌流，瞬間會降低電網電壓，過多的投入電容會使電網電壓升高，影響其他用電器的使用壽命;

(4)功能組合設備、新技術設備的引入對煤礦供電系統(tǒng)的影響。煤礦電氣控制設備朝著大型化、智能化、功能綜合化方向發(fā)展，一些功能組合設備(如動力中心、移動變電站式變頻器、組合式饋電開關等)應用到煤礦供電系統(tǒng)中，這些設備的電氣保護是否完備，電氣性能參數是否合理，能否造成不安全隱患、確保供電安全等方面亟待進一步探索、研究。高壓變頻、動態(tài)濾波補償、變壓器有載調壓等新技術引起了煤礦供電系統(tǒng)裝備一次新的技術革命，但這些技術進步是否存在未知的安全隱患還需在工業(yè)性試運行，甚至需要更長的使用周期內跟蹤、改進。

(5)電網電能質量差，諧波污染較為嚴重。隨著變頻、整流、軟起動、功率補償設備在井下大量使用，非線性電力電子器件在煤礦井下供電系統(tǒng)中的比例在逐年增加，從而導致諧波含量高，電網電壓波形畸變嚴重等問題，致使井下電氣設備的控制、保護電路出現(xiàn)了“誤動”、“拒動”，降低了供電系統(tǒng)的可靠性。

3 煤礦井下供用電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3.1 繼電保護的發(fā)展趨勢

應用礦井供電安全的新技術、新設備，高低壓開關設備必須具備數字處理功能、網絡通信功能，逐步實現(xiàn)以“遙測、遙信、遙調、遙動、遙視”為特征的全礦井供電系統(tǒng)的綜合自動化;在保證正確處理礦井供電系統(tǒng)繼電保護技術的快速性、可靠性、靈敏性、選擇性的關系的前提下，有條件的礦井應建立本質安全供電系統(tǒng);大力開展基于WAMS的網絡型短路保護和漏電保護技術，從根本上解決礦井供電系統(tǒng)的故障越級跳閘問題，進一步提高供電的可靠性，杜絕因大面積停電造成的瓦斯積聚現(xiàn)象。因此在未來的幾年內，地面智能化變電站逐步發(fā)展到井下，井下的供用電設備發(fā)生革命性的變化。

3.2 電動機發(fā)展趨勢

由于目前井下電動機燒毀比較嚴重，電動機燒毀的原因大部分因為溫度過高造成繞組及端子損壞，因此未來幾年電動機要加裝溫度傳感器及溫度報警裝置。

3.3 無功補償的發(fā)展趨勢

為了保證井下供電網絡的穩(wěn)定性，提高電網功率因數，減少系統(tǒng)里的無功消耗，減少消耗電網輸送無功功率的同時，也減少線路損耗和電壓降。既然變壓器的負荷減小了，線路損耗也也小了。不管是高壓無功功率補償還低壓無功功率補償，對電網所起的作用都是一樣的。無功補償裝置是未來發(fā)展的一個大趨勢，并且可能實現(xiàn)網絡化綜合補償系統(tǒng)。

4 結論

通過本次分析研究，以及對煤礦供用系統(tǒng)存在的問題以及發(fā)展趨勢的了解，其結論如下:

未來煤礦幾年將出現(xiàn)以下新裝備;①基于WAMS的網絡型繼電保護系統(tǒng);②基于WAMS的網絡型無功補償系統(tǒng);③具備數字處理功能、網絡通信功能的高低壓開關設備;④大功率高電壓變頻調速裝置。

未來幾年煤礦井下電壓等級的變化，10kV高壓母線下井的趨勢變化不會很明顯，用電設備的電壓等級更趨向于3.3kV或6.6kV。

［1］陳國強，提高煤礦供電系統(tǒng)可靠性的措施與對策［J］.能源技術與管理，2007(9).

［2］李繼濤，郭林海.煤礦井下供電設備安全現(xiàn)狀及對策［J］.山東煤炭科技，2008，(4).

［3］王兆安，楊君，劉進軍.諧波抑制和無功功率補償［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1998.

［4］新型TSC動態(tài)無功補償裝置的研究［D］.清華大學.

［5］煤礦安全生產基本條件規(guī)定［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2003.