矿井电网安全与可靠性运行研究

石爱军+郝为恒+张亚琳

摘要：针对煤矿供电电网波动，突然短路等事故，多级开关同时跳闸，造成煤矿井下大面积停电，威胁矿井安全，为避免大面积停电事故的发生，对电网电能质量进行测试，采用就地无功自动补偿和集中无功自动补偿相结合的方法，以及从失压延时保护和高压选择性漏电保护方面进行了更新，缩小停电范围，达到供电安全可靠。

关键词：矿井电网 电容补偿 延时保护 安全 运行

1 矿井电网运行现状

1.1 矿井电网波动情况 陶二煤矿高压供电系统中，从地面六千伏配电厅到井下中央变电所以及各采区变电所之间，多采用纵向、短距离垂直供电模式。由于供电线路距离较短，容易造成某一处供电线路的突然短路或单相时电流或零序电流急剧升高，线路多级开关同时检测到电流信息，加之馈出线保护延时定值较小，井下多级开关跳闸先后顺序无法通过延时整定来完成，结果一处短路，造成多级开关同时跳闸，进而引发煤矿井下大面积停电。矿井供电6kV网络在受到强雷雨天气或局部的单相接地、短路都易引起电网的电压波动，造成陶二煤矿井上、井下大范围跳闸。电网波动单相接地电容电流过大，使接地点热效应增大，对电缆等设备造成热破坏。井下电缆线路受外界环境条件影响小，瞬时接地故障很少，接地故障一般是永久性故障。当电缆线路发生接地故障时，接地电弧为封闭性电弧，电弧不易自行熄灭，如不及时跳闸，很容易造成相间短路，扩大事故；另外在消弧线圈接地系统中，查找故障点时间较长，电缆长时间承受工频或暂态过电压作用，易发展成相间短路，造成一线或多线跳闸，所以有必要对电网单相接地电容电流的检测和治理。

1.2 电网运行现状分析 煤矿电网安全评价是对煤矿高压电网供电系统的特点，通过测试、分析等手段对煤矿高压供电系统的现状分析研究。测试内容包括电能质量测试和中性点接地参数测试。电能质量测试的测点位置是110kV变电站主变压器低压侧出线、地面变电所和配电室中进线和负荷较大的支路。测试仪器采用HIOKI3196电能质量测试仪器。中性点不接地电网绝缘参数测量模型参见图一。

1.2.1 电压偏差。电压偏差概念：指供配电系统改变运行方式和负荷缓慢地变化使供配电系统各点的电压也随之变化，各点的实际电压与系统的额定电压之差称为电压偏差。各测试点的电压偏差超标，具体数据如下：645#入井线路三相电压上、下偏差均大。电压偏差问题属于基波无功的范畴，主要与电能传输的导线线径、供电距离、潮流分布、调压手段、无功补偿方式及其容量、负荷用电特性等因素有关。电压偏差产生的实质是电流流经传输网在其内阻抗上产生的压降所致。系统无功功率不平衡是引起系统电压偏离标称值的根本原因。

1.2.2 谐波电压。各测试点电压谐波总畸变率、各次电压谐波含量均符合国标要求；谐波电流：测试的线路中，线路电流谐波含量均符合国标要求；三相电压允许不平衡度：各测试点的三相电压允许不平衡度均符合国家标准要求的限值，不存在超标情况；电压闪变：所测试的线路中，分短时间闪变值（15min）和长时间闪变值（2h），大部分线路的三相电压闪变值（包括短时间闪变值和长时间闪变值）超出国标。突然的电压变化导致电气保护装置停顿或误动；变频调速器停顿，电动机、电梯暂停，破坏生产；计算机系统线路，反复出现电压骤升的情形。这些反复出现的电压骤升降可能导致硬件损坏、死机、异常；导致设备损坏甚至系统瘫痪。

2 电网运行安全措施

2.1 采用就地无功自动补偿和集中无功自动补偿相结合的方法，补偿无功冲击电流和谐波电流。

2.2 添加电能质量治理仪，改善电能质量，保证支路电压偏差和矿井电压波动符合要求，保证电源电压稳定，提高供电质量，最大程度的避免引起大范围停电情况发生。

2.3 针对经常出现的大范围跳闸进行重点分析，对经常出现的电压波动造成供电质量下降，影响供电可靠性的补救措施，主要从失压延时保护和高压选择性漏电保护方面进行了更新。

2.4 在6kV或110kV线路发生暂时性短路故障时，能够在1s内自动恢复正常，由于110kV线路装有自动重合闸，发生故障时，保护装置先动作于跳闸，再经1-2s延时自动重合线路开关，使系统恢复正常供电，系统电压也会在1-2s内恢复正常。

2.5 目前高爆开关欠电压保护都是瞬动的，一般在电压85%UN时可靠吸合，当电压在35%UN时则瞬时释放，由此引起的系统电压波动使高压开关欠压释放造成井下大面积停电。更换保护器，增加失压延时可调脱扣功能，以躲过地面自动重合闸和电网电压波动所需要的时间，提高系统电压波动和发生暂时性短路故障时供电系统的可靠性。

2.6 安装高压选择性漏电保护，根据零序电压、零序电流和零序功率方向来判别接地状况，根据定值实现选择性漏电保护。

2.7 采取零序功率方向保护，通过测定的单相接地电容电流确定消弧线圈在接地时是否投用，并推理计算矿井的零序电流与零序电压的功率角确定漏电保护的工作状态，即先确定是投零序有功还是零序无功。然后对零序电压和零序电流进行整定。当发生漏电时，保护根据定值实现选择性跳闸。

3 技术关键及创新点

3.1 采用国内先进仪器进行全电网的电能质量测试，测试项目齐全、相互数据联系紧密、数据概率性强，利用电参数分析仪及科学计算得出结论，准确客观地反映了该矿供电系统电能质量存在的问题，并做出了综合技术测试报告。

3.2 单相接地电容电流的单相电阻接地的间接测量方法，简单、易实施、测试过程安全、测量精度高、测试时间短、应用范围广。

3.3 根据综合测试报告对数据进行分析后，提出了整改方案的后续配套产品的研发与更换，提出了采用就地无功自动补偿和集中无功自动补偿相结合的方法，以保证入井支路电压偏差和矿井电压波动符合要求，以保证电源电压稳定，提高供电质量。

3.4 针对当前供电系统电能质量状况，未进行有效无功补偿情况下，实施了最优替代方案，重新更换了综合保护器，利用失压延时和零序功率型选择性漏电保护等综合保护措施，达到缩小停电范围的目的。endprint