煤矿变电供电安全监测及管理系统

　　最近，兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿应用AUTOCAD和网络技术对分散的供电系统进行了改造，实现了采区变电所电网状态及绝缘监测。他们在地面建立了机电管理网，将地面35kV微机监测纳入矿WINDOWS NT网络，实现了全矿井上下变电所的微机监测和管理，并对井下在线监测做了有益的探索，目前已经由专家通过了技术鉴定。

　　鲍店煤矿供电安全监测及管理系统是一个集矿井供电系统、计算机辅助设计、供电设备管理及供电系统运行参数监测、供电系统运行电量监测为一体的供电监测和管理系统，包括地面35kV变电所供电监测子系统、供电系统CAD及供电设备管理子系统、井下低压电网安全监测子系统三个组成部分，由微机智能多功能串卡、调制解调MODEM通过电话线组网。经过一年多的运行，整个系统的运行情况良好，所监测的数据准确、可靠。35kV变电所完成了全部电量监测，能显示负荷曲线、功率因数曲线，并能生成操作票和报表的打印功能。供电系统CAD可视化设计技术的运用，进一步提高了供电设计的自动化程度，使供电管理更加规范。该系统采用附加低频电源法测量电网的绝缘参数，成功地实现了对井下低压电网分支线路的绝缘参数在线监测，并把检测量传至地面，为管理、指挥人员快速处理供电故障提供了准确、可靠的依据。实践表明：该系统的建立，可以调整电网的峰谷值，减少了供电故障，达到了增产增收的目的。专家们指出：此项成果使供电系统从运行状态到设备的完好情况、储备情况、在修情况，通过供电管理网络实现了资源共享，有助于供电质量、运行效率的提高。 （李剑峰）

　　三相五柱式消弧线圈应用效果好

　　由兖州矿业（集团）公司综机管理中心和鲍店煤矿共同研制的三相五柱式消弧线圈，在结构上突破了传统消弧线圈的模式，将接地变压器与消弧线圈有机地结合成为一个整体，通过可控硅调节副边电感电流的方法实现对电网对地电容电流的自动跟踪补偿，不仅减小了体积和降低了成本，而且减少了总容量，提高了设备效率，安装、运行、维护更加方便，受到了现场的欢迎。

　　目前，我国的工矿企业和城市6～10kV电网中性点大多还是采用不接地方式。但是，随着科学技术的进步，企业电网的供电范围越来越大，不少已经采用电缆作为供电线路，城市电网也从原来以架空线为主逐渐改变为以电缆为主。这些都必然使得单相接地电容电流大大增加。限制单相接地电流通常采用中性点经消弧线圈接地，用消弧线圈的电感电流来抵消电网对地的电容电流，因此研究中性点经消弧线圈接地具有重要的现实意义。传统的消弧线圈都做成单相油浸式，经接地变压器与电网相连。新研制的消弧线圈有5个铁芯柱，中间3个铁芯柱绕有线圈，边柱与中间柱之间上下共有4个气隙，边柱上没有线圈。此项研究成果采用干式结构，体积小、重量轻，全部控制保护装置可以放在1台与GG-1A尺寸相同的开关柜内；此外，对电网电容电流的自动跟踪调节是采用可控硅控制的二次调感方法来实现的，没有机械传动部分，运行可靠、跟踪调节速度快、噪声低。迄今为止，三相五柱式消弧线圈已经在鲍店煤矿6kV电网和邢台、开滦、龙口、枣庄、徐州等矿区的部分煤矿电网上使用，经多次现场测试，残余电流均小于5A，运行可靠。（李剑峰）

　　6kV高压系统单相接地电容电流危害治理

　　兖州矿业（集团）公司东滩煤矿的供电系统非常复杂。其35kV变电所6kV系统有8段母线（其中主母线6段、副母线2段），正常运行时为4Ⅰ、4Ⅱ段副母线负责全矿除主、副井绞车之外的其它负荷。其馈出线中仅高压电缆线路就长达80km，系统电容性电流较大，对用电设备绝缘造成很大冲击，严重威胁矿井安全、稳定供电。因此，他们与中国矿业大学研究并实施了“东滩矿6kV供电系统单相接地电容电流危害治理”，收到了良好的效果。

　　根据对国内各种补偿系统的比较及补偿系统必须配合原有功率方向型“高漏”装置正常工作的要求，他们决定在矿井35kV变电所6kV系统4Ⅰ、4Ⅱ段副母线各装设1套动态补偿装置，选取“动态补偿”系统限制电容电流。动态补偿成套装置是由接地变压器、电控消弧线圈（与接地变压器一体化设计）、微机控制器3个部分组成的。目前国内已有的自动跟踪调节消弧线圈补偿系统实际上都是一种“随动系统”，即消弧电抗器的电抗自动跟踪电网电容电流的变化而调整。这种调整发生在单相接地故障之前，调整的过程也就是电网出现串联谐振的过电压过程，而且这些方法都不能实时检测电网电容电流的具体数值，很难定量地调节线圈的脱谐度。东滩煤矿的此项新成果利用微机计算能力强的特点，采取了一系列提高精度的措施，可以比较精确地实时测定电网的电容电流值，并且直观显示。该补偿系统自投运以来几乎无维护量，运行可靠，补偿迅速，显示打印准确，消除了接地点间歇性电弧及系统接地故障时弧光过电压与连锁接地故障的发生，对井下采区煤巷设备及人身安全有着十分重要的意义。（李剑峰）

　　煤矿供变电系统运行中不安全因素研究

　　随着科学技术的发展，原先的先进设备现在已经落后，矿井原有的主供电能力明显不足，时常发生大的供电事故，对安全生产构成威胁，因此必须对矿井变电所进行大的增容改造。为此，兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿对煤矿供电系统运行中的不安全因素开展了研究。

　　鉴于主系统短路容量的增加，原有的井下高压电气设备短路容量明显不足，为更好地实现系统的短路保护，应更换井上、下使用的真空开关。该矿在供电系统改造后，将井下-270变电所的DN-10型断路器更换为ZN5-10/630型真空开关即可满足短路保护的要求，对于变电所的下一级开关及地面应用的高压开关也作出相应更换。高压开关柜内配置的电流互感器的热稳定性能不足，容易使电流互感器失去作用导致断电保护失效而扩大事故范围，因此对变电所和配电点的电流互感器应经常进行检验，以保证系统的正常运行。矿井主变电所的供电配置一定要本着安全、可靠、经济运行的原则进行优化。以该矿为例，现在1#主变带矿井负荷运行，3#主变压器带选煤厂和工人新村负荷，2#主变压器备用。3#主变压器实际上起了电厂6kV并网线路上网变压器的作用，而电力部门对于电厂的上网变压器不收取基本容量费，因此现在3#主变压器收取的基本容量费是不合理的。可以调整供电母线的配置，取消3#主变压器的供电运行。优化后的电厂6kV并网线路不能与35kV变电所6kVⅠ、Ⅱ二段母线直接相连，可以在电厂设置1台隔离变压器以保证发电机组的安全运行。优化后还可以将选煤厂的负荷调整到6kVⅠ、Ⅱ二段母线上，从而保证选煤厂的双回路供电。（李剑峰）

　　隔离电力变压器在煤矿的应用

　　兖州矿业（集团）公司济宁三号煤矿东西布置2个大型采区，单面供电负荷为2600～3000kW。若由中央变电所馈电，则电压质量无法保证。为此，他们采取了使用隔离电力变压器单独向东西2个大型采区馈电的供电方式，取得了良好的效果。

　　煤矿井下传统的供电方式是由地面的总降压变电站以双回或多回线路馈送至井下中央变电所，然后再以放射式供电方式馈送至各用电负荷。由于供电负荷极不均匀，供电距离长短不一，造成供电质量不佳。采用隔离电力变压器供电具有以下优点：①提高了采区的供电质量。该矿隔离电力变压器的变压比为6.3±2.25%/6.3kV，所以可以根据矿井总降压站6kV母线电压水平来独立调节隔离变压器的二次侧电压，从而改善了采区的供电质量。②降低短路故障电流。由于采区负荷移动性强且采场条件恶劣，供电事故率高于一般负荷。目前，采区大功率负载多采用高压电机拖动，当采区发生高压短路事故时，一般均会引起6kV母线电压下降，有低电压保护的部分动力及采用自保持接触器启动的动力将引起停机，严重影响生产的正常进行。当采用隔离电力变压器后，由于隔离电力变压器的阻抗电压较高，对故障电流起到限流作用，减小短路电流在6kV母线上的反应，亦减少了母线压降，不会造成大范围的听机事故。③降低接地电流。 一般采用中性点不接地的变压器往井下馈电。当矿井总降压变电所馈出线路较长较多时，单相接地引起的电容电流会大大超标。这个矿2大采区采用隔离变压器馈电后，由于此变压器一、二次侧没有电的联系，所以当二次侧接地后，一次侧的相电压仍保持对称，从而降低了接地电容电流，保证了系统安全运行。（李剑峰）

　　660V供变电系统中性点接地研究

　　济南煤矿设计研究院在入选能力为1.5Mt/a的岱庄煤矿选煤厂和入选能力为5Mt/a的兖州矿业（集团）公司济宁三号煤矿选煤厂的设计中均采用了660V供电，并对660V配电系统的中性点接地方式进行了研究分析。

　　变压器中性点的接地方式一般分为中性点绝缘的不接地方式、直接接地方式、低电阻接地或高电阻接地的电阻接地方式、消弧线圈接地方式四类。中性点接地与否对供电系统的设计、维护运转及安全都有重大关系。当发生一相接地时，电压随着接地方式的不同而差别很大。对于直接接地和低电阻接地方式的电网，一相接地的接地短路电流较大，除能使继电保护迅速动作外，还有降低内部过电压的优点。不接地、高阻接地和消弧线圈接地方式的电网，单相接地电流很小，对提高系统稳定性和供电可靠性有利。两类接地方式中，一方的优点恰为另一方的缺点，应根据电网运行的不同要求确定接地方式。对地面660V配电系统，其中性点接地方式目前没有明确规定。《煤矿安全规程》要求井下660V配电采用三相三线中性点绝缘系统，这是因为井下电缆的敷设受到条件限制，人体容易直接触摸，采用中性点绝缘系统可避免大的接地电流对人员生命造成危害；中性点绝缘系统单相接地电流小于中性点直接接地系统单相短路电流，一旦发生单相接地故障时，小的接地电流不会引起井下火灾或瓦斯、煤尘爆炸事故。中性绝缘系统的缺点是由于网络电容电流和系统漏电电流很小，不便于实现保护的选择性。为此，地面660V配电系统采用中性点经高阻接地的方式，通过适当调整接地电阻值，从而实现既能保证保护装置的选择性，又可抑制单相电弧接地时的过电压。（李剑峰）

　　微机保护在矿山变压器上的应用

　　与传统的机械式继电器相比，微机保护因其具有保护动作灵敏可靠、能够记录故障信息、可以进行远程控制和管理、自检功能强大等特点，所以在全国各类矿区电力系统的35kV变电所得到了迅速推广。目前，兖州矿业（集团）有限责任公司正在使用的微机保护产品就有南京南瑞、山东鲁能、浙江三辰等几种类型。最近，他们对这些产品在本矿区的调试、运行情况及问题进行了总结分析。

　　其主要内容如下：①操作和测试有困难。有些厂家的微机保护装置前面板采用全英文界面，而且操作较复杂，对现场维护人员提出了较高的要求。厂家没有提供完善的后台分析和调试软件，缺乏综合试验手段，对于现场操作人员熟悉和了解微机保护的运行带来了难题。②产品标准不同。不同厂家的产品使用数据接口和硬件不同，在软件上也是使用各自的标准，计算电流和系统参数也是标准不一。不同产品的软、硬件难以通用，基层保护人员需要在装置的调试和软件分析上投入更多的注意力。③控制的问题。目前只有少数煤矿使用集中控制系统，大多数煤矿还是使用单机，造成整个系统的自动化程度低；微机保护的远程控制处于长期关闭状态，造成微机保护装置的部分功能闲置，不能适应变电所自动化运行的要求。④微机保护的功能应用不够。有些微机保护产品采用的CPU是16位单片机，受到结构、时钟和总线的限制，其指令功能有限，寻址空间小、运算能力弱，开发平台局限于汇编语言上，微机产品的优势不能充分发挥。微机保护在安装和使用上，大多数仍然沿用原先电磁式继电器固有的功能或者略有增加。微机保护固有的多种保护和后备保护没有投入，极大地浪费了微机保护的资源。 （李剑峰）

　　济二选煤厂推广660V电压供变电

　　我国上世纪70年代中期在煤矿井下采用660V配电技术获得成功后，国家能源部曾于1990年颁发了《关于推广采用660V电压供电的通知》，要求凡新设计的选煤厂及矿井地面生产系统均应采用660V电压供电。兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿选煤厂低压供电系统是继阳泉四矿选煤厂和九龙口煤矿选煤厂之后的又一个采用660V电压供电的试点厂。几年来的运行实践证明，采用660V供电与380V供电相比较，具有节约能源、降低有色金属消耗、减少初期投资、提高供电安全性和可靠性的优点，值得更加广泛地推广应用。

　　该厂共有设备223台，安装容量6960kW，工作容量5600kW，自然功率因数0.8左右。选煤厂660V供电系统包括原煤车间变电所、动筛车间变电所、筛分车间变电所和洗煤车间变电所。其中，原煤车间变电所和动筛车间变电所分别选用1台SC9-1250/6 6.3/0.69kV新型干式节能变压器，筛分车间变电所和洗煤车间变电所分别选用2台S9-800/6 6.3/0.69kV油浸变压器。全厂共有原煤、动筛、产品仓、堆取料机、洗煤、浓缩、压滤、泵房、筛分、装车仓上和装车仓下11个配电室，共有配电柜158面。各车间变电所的接线方式基本相同，变压器中性点经电阻接地，系统设有电流型漏电保护，配电室内设有带智能控制器的集中电容补偿柜，用于改善系统的功率因素。原煤车间变电所和动筛车间变电所为单变压器供电，低压母线设有联络，可以做到相互备用。筛分车间变电所和洗煤车间变电所为双变压器供电，两变压器低压侧母线间也设有联络开关。因此，该选煤厂供电系统的灵活性和可靠性都比较高。 （李剑峰）