煤矿中央变电所供电系统的改进

【摘 要】分析了目前国内煤矿中央变电所供电系统存在的技术问题，并针对这些问题提出了一种新型煤矿中央变电所供电系统的设计思路。

【关键词】煤矿中央变电所；控制电源；新型供电系统

目前，国内煤矿中央变电所供电系统普遍采用单一形式的隔爆型高压真空配电装置，用于控制、保护和测量三相交流中性点不直接接地的供电系统，并可直接启动高压电动机。而这种供电系统由于存在技术上的不足，即控制电源的不稳定性，使得煤矿中央变电所经常发生越级跳闸、断路器拒动等现象。针对上述问题，笔者介绍一种新型煤矿中央变电所供电系统的设计思路。

1 传统的煤矿中央变电所供电系统存在的技术问题

国内传统的煤矿中央变电所采用单一形式的隔爆型高压真空配电装置，其供电系统结构如图1所示。

1.1 该供电系统存在的技术问题

（1）从图1可看出，虽然该系统有双电源供电，但目前矿用隔爆型高压真空配电装置还不能做到当一路电源出现故障时，另一路处在热备用中的矿用隔爆型高压真空配电装置能在很短的时间内合上（有的煤矿企业通过人工将另一路备用电源合上）。随着煤矿自动化技术的实施，如何实现煤矿中央变电所备用电源的自动、准确、可靠地投入，减少备用电源投入时间是煤矿面临的一个实际问题。

（2）当供电线路的任一台出线柜出现接地故障时，那么所有的高压真空配电装置就会出现零序电压，每台高压真空配电装置就会检测到零序电压。由于零序电压值受电压互感器的容量、测量误差和综合保护器的检测精度的影响，很容易出现每台高压真空配电装置检测到的零序电压值不一样，这给综合保护器的判断带来不确定性。将电压互感器安装在断路器小车上不利于隔爆腔体的小型化。

（3）由于母线联络配电装置的电源只能在一端获得电源。所以，在一路电源出现故障，另一路如何将控制电源送到综合保护器中去控制断路器合闸，是煤矿普遍存在的问题。

1.2 该供电系统控制电源存在的技术问题

高压真空配电装置的控制和操作回路有直流操作电源和交流操作电源2种。目前矿用隔爆型高压真空配电装置的控制和操作电源采用交流操作电源，它通过电压互感器将一次主回路电压变换为100V供断路器和综合保护器使用。在采用微机综合保护器以后，继电保护跳闸由微机综合保护器的跳闸继电器的输出接点接通分励线圈控制，微机综合保护器的控制电源与合分闸电源的可靠性必须保证，本身的供电电源的可靠性也必须得到保证，以上任一电源出现故障，继电保护回路都会拒动。这就是微机综合保护器用于交流操作的矿用隔爆型高压真气配电装置时出现的新问题。

由于煤矿井下环境比较恶劣，供电线路的可靠性无法得到保证。在高压真空配电装置的母线和出线发生短路故障时，母线电压突然下降很多，难以保证继电保护动作的可靠性。

为此，《JB8739-1998矿用隔爆型高压真空配电装置》第5.3.4.3规定短路保护采用复式电源应满足下述要求：当配电系统发生近端短路、电源电压为零、电流互感器一次通过4倍额定电流时，其二次电流源绕组的输出应为25V·A（负载电阻为25Ω），使断路器可靠分闸。而断路器能够可靠分闸使用的电流源及母线电压主要受下列因素的影响：

（1）标准规定短路点为近端短路，电源电压为零；短路时产生的电流在电流互感器二次侧形成的电压及容量是否能够推动断路器的分励线圈（考虑失压线圈失效）。

（2）电流互感器的磁滞饱和曲线；电流源变压器磁滞饱和曲线以及输出容量。

（3）如果短路点介于近端和远端之间，此时线路的残压是否能够满足高压真空配电装置控制电源的需求。

2 新型煤矿中央变电所供电系统介绍

新型煤矿中央变电所供电系统主要由中央变电所的新型供电系统和直流操作电源控制系统2个部分组成。

2.1 新型供电系统

新型供电系统结构如图2所示。

2.1.1 新型供电系统采用的断路器

矿用隔爆型高压真空配电装置的断路器目前主要有弹簧操作机构断路器和永磁操作机构断路器2种。弹簧操作机构断路器在弹簧进行储能时，需要从电压互感器获得比较大的电流。而永磁操作机构断路器由于在充电回路中限流电阻的存在使得电压互感器的容量相应要比弹簧操作机构断路器的电压互感器小很多。所以，新型供电系统采用永磁真空断路器。

2.1.2 新型供电系统的组成

从图2可看出，该系统主要由以下几种隔爆型高压真空配电装置组成：

（1）进线隔离开关配电装置：进线隔离柜用于对电源进行有效的电气隔离，并和另一路的电源进线隔离柜进行电气闭锁。

（2）电压互感器配电装置：将每台电压互感器柜的输出电源引到双电源切换装置，并通过控制电路对蓄电池进行浮充电。同时，电压互感器柜提供零序电压信号，为别的矿用隔爆型高压出线柜电缆是否接地的判断提供依据，减少由原来每台电压互感器和测量回路形成的误差，并依据综合保护器检测各回路的零序电流形成判断依据。

（3）母线联络配电装置：母线联络柜是在保证1号或2号回路出现问题时进行有效的故障隔离，防止故障进一步扩大；或当母线联络柜出现故障时形成分裂运行状态，确保各自回路能够正常运行。

（4）出线配电装置。

2.2 直流操作电源控制系统

2.2.1 双电源装置一次系统

随着永磁真空断路器在煤矿的推广应用，采用直流电源作为矿用隔爆型高压真空配电装置的控制和操作电源成为可能，直流操作电源具有供电可靠性高的优点。

2.2.2 主要功能

（1）为保证控制的可靠性，双电源装置具有双电源输出：一路作为断路器的工作电源，一路作为综合保护器的工作电源。这两路电源相互独立。

（2）具有实时直流电压、电流检测、显示功能。

（3）由于煤矿井下比较潮湿，增加了输出直流电源的绝缘监视功能。

（4）具有通信功能，能够传输直流电源装置的基本信息。

（5）具有可靠的开盖直流放电回路。

2.3 矿用隔爆型高压真空配电装置设计更改内容

（1）将原来每台高压真空配电装置的电压互感器去除，采用专门一台电压互感器配电装置，有利于高压真空配电装置的小型化；

（2）每台高压真空配电装置增加了开门断控制电源的机械闭锁装置；

（3）将电流互感器电流源绕组恢复为原来保护测量功能，降低了原来测量、保护公用一组绕组而引起的磁滞饱和现象，使综合保护器测量的电流值更加准确，范围更宽。

参考文献：

[1]张宏伟，吕洪生，颜之静.矿用高压配电装置的信号采集设计[J].山东煤炭科技，2009（1）.

[2]丁宁.井下高压配电装置微机综合保护器的研究[D].焦作：河南理工大学，2009.

作者简介：

郭燕平，女，出生于1984年3月，供职于山西新元煤炭有限责任公司机电动力部。