浅谈煤矿供电系统设计

【摘 要】本文简述了煤矿企业对电力系统的要求、供电系统的分类、供电系统的设计依据及供电方案的确定及设计过程中应考虑的几个问题。

【关键词】供电系统；设计；分类；谐波；电容电流

能源是社会生产力的重要基础，我国支柱型能源之一的煤炭，他的生产具有十分重要的意义。煤矿供电系统是煤矿生产的重要组成部分。是现代矿山企业的动力，因此，矿区总体供电必须紧密结合所在电力系统和电站的具体情况，全面的分析有关因素，合理的确定矿区供电系统。

1.矿区电力系统的基本要求

1.1首先应保证供电的安全、可靠

供电的可靠性是指供电系统不间断供电的可能程度。比如说当电气设备检修或是故障时，应要求保证对一级负荷及全部（或大部）二级负荷的供电。矿山如果断电，不仅影响产量，而且有可能造成人身事故和设备损坏，严重可能会造成矿井的破坏。因此为了保证矿井供电可靠性的要求，《煤矿安全规程》第四百四十一条明确规定，矿井应有两回供电线路。当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。年产60000t以下（不含60000t）的矿井采用单回路供电时，必须有备用电源。矿井的两回电源线路上都不得分接任何负荷。

安全是指不发生人身触电和因电气设备故障而引起的爆炸、火灾等重大事故，由于煤矿井下环境条件的特殊性，生产环境复杂，在采掘过程中容易产生有爆炸危险的瓦斯（甲烷）和煤尘，并且由于电气设备经常处于温度湿度较高的状态下，设备内部产生凝露现象比较普遍，霉菌现象也时有发生。据有关资料统计，在煤矿瓦斯、煤尘爆炸事故中，电火花引起的事故约占50%；在煤矿发生的触电事故中，煤矿井下触电死亡人数约占64%。因此，井下电气设备，必须符合《煤矿安全规程》第四百四十四条的规定及制定相应的管理规程，从而确保供电的安全性。

1.2接线系统在运行中应具有一定的灵活性

调度时，可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，满足所有运行方式下的调度要求。

检修时不影响电力网的运行和满足用户的供电要求。

扩建时，不影响连续供电，或停电时间在用户允许的范围内。

2.供电系统的设计依据及供电方案的确定

供电系统的设计首先需要的资料是整个矿区各户电负荷的大小，以及每个用户在矿井当中的重要性。供电负荷分三类，一类负荷、二类负荷和三类负荷。煤矿中的通风、排水、升降人员、抽放瓦斯、医院等也都属于一类负荷，又称保安负荷。因此是煤矿中最重要的用户，要求供电绝对可靠。为此，对这类用户的供电，必须设有备用电源和备用供电线路。矿井用电负荷的估算有很多种，无论选用哪种算法，计算过程中应注意几个问题：某些设备应尽量选用合理的需用系数、选用合理的重合系数及合理的工作制度。这样在设计过程中才会避免不必要的浪费和积压。其次，根据各类负荷的分布，应确定矿井主变电所的合理位置。同时变电所的选址时应注意节约用地、进出线的方便、变电所的地址应有适宜的地址条件、交通方便及周围环境要清洁。

3.供电系统的分类

电力系统的接线方式对于保证安全、优质和经济地向用户供电具有重要的作用，无备用接线的网络中包括：放射式、干线式和链式，有备用界限的网络中包括放射式、干线式和链式，两端供电网和环形网。在设计过程中，由于矿区内的用电负荷的电压等级不同，和实际情况的需要，因此单一的供电方式不能满足供电需要，实际供配电系统是集中供电方式相结合。在可研设计阶段会根据矿上实际的情况选择几种供电方式，进行全面的综合比较，从而确定最佳供电方案。

4.设计过程中应考虑的问题

（1）随着煤炭、电力行业技术的飞速发展，煤炭的产量也随之增加。设计完成几年后，原来认为很先进的设备已经变为落后设备，因此矿区会选用功率较大的采煤机组及运输设备，同时相应的问题也会随之产生，井下负荷容量如果大于供电系统原设计容量，矿井主变电所的供电能力将不能满足供电要求，主变压器长期运行在低效运行工况条件下，降低了供电系统供电可靠性和供电质量水平，同时系统长期运行在过负荷条件下，很容易导致变压器出现过热，甚至引发电力系统供电中断。

（2）谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。谐波对于配电系统的影响，表现在对线路上所配置的保护及测量设备的影响。因这些设备一般采用电磁式继电器、感应继电器元件，容易接受谐波干扰而误动和拒动，系统中存在的不明原因的误动和拒动，与谐波不无关系。所以谐波超标，会严重威胁配电系统的安全稳定运行。此外，谐波会通过静电感应、电磁感应以及传导等多种方式祸合进通讯系统，影响它们的正常运行。对于人体，谐波会刺激人体细胞，使正常的细胞膜电位发生快速波动或可逆的翻转，当这种波动或翻转频率接近谐波频率时，会影响人体大脑与心脏。

（3）电网随着生产规模的不断扩大，井下供电范围逐渐扩大，造成系统单相接地电容电流较大。根据对部分矿井的实测和调查，矿井6kV电网的接地电容电流在几安至几十安之间变化。由于电容电流而引起的电缆放炮现象较多，特别是雷雨季节，这种现象则更为突出，有的矿务局电缆放炮多达百次，每次事故停电面积均较大，即使在同一个矿井，正常的电容电流也不是固定不变的，它随着电力系统的改变，采区和工作面的移动等诸多因素的影响而变化，当大量电缆和设备投入、切除时，电容电流的变化很大，会影响电网安全运行。因此在设计过程中应考虑电容电流的影响因素，采取相应的措施。限制电网单相接地电容电流不超过20A的措施：①采用全补偿的方法。②采用过补偿的方法。③采用消弧线圈补偿方法。

一般均采用过补偿的方法，在过补偿的情况下，当电网中的线路减少时，不致成为全补偿。如果采用欠补偿方式，在切除部分线路后也可能造成全补偿。

（4）由于煤矿井下环境的原因比较复杂，煤矿井下高压供电系统中电缆线成为安全可靠性的薄弱的环节。首先，高压铠装电缆外层钢带或钢丝铠装层由于潮湿很容易锈蚀；其次，如果运输大巷到采掘负荷中心对空间小，高压电缆在巷道内运输时就很容易刮破、挤坏，高压屏蔽电缆也容易被扎，从而造成高压停电事故；再次，高压电缆长时间处于过载状态，也很容易出现事故；最后，单相接地会使另两相对地电压升高，严重影响煤矿井下高压供电系统的可靠性。

为了避免事故的发生，提高高压线路的可靠性，在固定场所铺设电缆时，应选择聚氯乙烯绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘铠装电缆、交联聚乙烯电缆、交联聚乙烯护套钢丝铠装电缆或其它新型高绝缘电缆。并且在选用电缆时必须保证载流量满足现有设备要求，并留有一定的富余系数。

5.结束语

煤矿在发展，电力在发展，煤矿的发展与电力系统的运行密切相关，如何设计出更好的供电系统、如何更好的提高供电系统运行的稳定性、可靠性还需要进一步的探索、研究。

【参考文献】

[1]顾永辉.煤矿电工手册（修订本）.

[2]孟祥萍.电力系统分析.

[3]国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程.

[4]煤炭工业矿井设计规范.

[5]张保会.电力系统继电保护.

[6]煤炭工业部.煤矿井下供电的三大保护细则.