煤矿井下供用电系统存在的问题及发展趋势

2015-03-23彭红玲杜秋睿

电气开关 2015年6期

关键词：短路继电保护补偿

彭红玲，杜秋睿

(1.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037;2.国网重庆市电力公司检修分公司，重庆 400039)

1 引言

本文旨在紧密结合煤矿井下供电安全实践，对我国煤矿井下供电安全现状进行系统的调查研究，对主要制约因素进行系统性分析，研究提出提升我国煤矿井下供电安全的措施及对策建议，为提升煤矿井下供电安全保障水平，促进煤矿安全生产提供强有力的技术支撑。

2 煤矿井下供用系统存在的问题

经实地考察和调研煤矿供用系统在现阶段主要存在以下几个方面的问题:

(1)继电保护难以整定、单相接地故障选线技术不成熟、失压保护无延时功能、失压线圈低压跌落等原因引起的“越级跳闸”现象时有发生。造成线路开关越级跳闸的原因共3个:一是短路故障，流过上下级开关的短路电流均能达到整定值，且上级开关延时时限不够，无法区分故障区域，造成纵向上级开关跳闸，扩大了停电范围;二是对于小电流接地系统而言，当发生单相接地故障时，仅仅依靠开关本地采集的零序电压和零序电流无法正确选线，造成横向、纵向均可能发生误跳闸，造成大面积停电;三是失压线圈和失压保护引起的误跳闸。当某条线路在距离母线附近处发生相间短路故障时，母线线电压会瞬间跌落20% ～40%，其他高压配电装置中的PT电压相应降低;当电压低于额定电压的70% ～65%时，而且持续时间超过80ms时，这些配电装置的失压线圈均会失去磁力而释放，从而导致断路器跳闸，造成大面积停电;另外，高压配电装置设有欠压保护，当检测到的电压低于动作整定值时，欠压保护动作，发出跳闸指令，断路器跳闸。简单地说，因一条线路短路而引起的其他线路的开关跳闸，造成横向无选择性停电。煤矿设备继电保护的常见类型包括短路、过流、漏电等，并采用分级(三级或两级)整定的保护策略。当井下供电线路出现级数较多、线路相对较短等情况，或者不同类型的控制设备需要分级整定，配合工作时，保护整定值很难计算，偶尔会出现选择性保护无法实现、越级跳闸等事故。

(2)井下供电系统在线监测水平较低。目前不少煤矿尚未安装供电监控系统，电网在线监测水平较低，无法实时掌握井下供电系统及相关设备的实际运行工况数据信息，对所发生的故障情况无法及时做出整改和补救决策，从而造成事故进一步扩大，大大降低了煤矿供电安全性能。

(3)无功补偿在电容投入的过程中可能会产生较大的涌流，瞬间会降低电网电压，过多的投入电容会使电网电压升高，影响其他用电器的使用寿命;

(4)功能组合设备、新技术设备的引入对煤矿供电系统的影响。煤矿电气控制设备朝着大型化、智能化、功能综合化方向发展，一些功能组合设备(如动力中心、移动变电站式变频器、组合式馈电开关等)应用到煤矿供电系统中，这些设备的电气保护是否完备，电气性能参数是否合理，能否造成不安全隐患、确保供电安全等方面亟待进一步探索、研究。高压变频、动态滤波补偿、变压器有载调压等新技术引起了煤矿供电系统装备一次新的技术革命，但这些技术进步是否存在未知的安全隐患还需在工业性试运行，甚至需要更长的使用周期内跟踪、改进。

(5)电网电能质量差，谐波污染较为严重。随着变频、整流、软起动、功率补偿设备在井下大量使用，非线性电力电子器件在煤矿井下供电系统中的比例在逐年增加，从而导致谐波含量高，电网电压波形畸变严重等问题，致使井下电气设备的控制、保护电路出现了“误动”、“拒动”，降低了供电系统的可靠性。

3 煤矿井下供用电系统的发展趋势

3.1 继电保护的发展趋势

应用矿井供电安全的新技术、新设备，高低压开关设备必须具备数字处理功能、网络通信功能，逐步实现以“遥测、遥信、遥调、遥动、遥视”为特征的全矿井供电系统的综合自动化;在保证正确处理矿井供电系统继电保护技术的快速性、可靠性、灵敏性、选择性的关系的前提下，有条件的矿井应建立本质安全供电系统;大力开展基于WAMS的网络型短路保护和漏电保护技术，从根本上解决矿井供电系统的故障越级跳闸问题，进一步提高供电的可靠性，杜绝因大面积停电造成的瓦斯积聚现象。因此在未来的几年内，地面智能化变电站逐步发展到井下，井下的供用电设备发生革命性的变化。

3.2 电动机发展趋势

由于目前井下电动机烧毁比较严重，电动机烧毁的原因大部分因为温度过高造成绕组及端子损坏，因此未来几年电动机要加装温度传感器及温度报警装置。

3.3 无功补偿的发展趋势

为了保证井下供电网络的稳定性，提高电网功率因数，减少系统里的无功消耗，减少消耗电网输送无功功率的同时，也减少线路损耗和电压降。既然变压器的负荷减小了，线路损耗也也小了。不管是高压无功功率补偿还低压无功功率补偿，对电网所起的作用都是一样的。无功补偿装置是未来发展的一个大趋势，并且可能实现网络化综合补偿系统。