礦井供電安全性的研究與應(yīng)用

　　摘 要: 電源變電所的運行方式關(guān)系到礦井供電的安全性。針對分列運行母線是由一個電源變電所引出兩回電源的必要條件，提出礦井變電所只能采取分列運行的方式。并根據(jù)兩部電價的管理制度，推薦了一種減少供電貼費的解決方案。

　　關(guān)鍵詞：安全性 雙電源 分列運行 變壓器

　　1 問題的提出

　　煤礦供電系統(tǒng)包括電源、配電網(wǎng)絡(luò)和用電設(shè)備。煤礦供電設(shè)計的安全性涉及導(dǎo)體、開關(guān)、變壓器、繼電保護、防雷接地和通信等諸多方面，其中容易忽略的一點是在確定電源點和礦井配電系統(tǒng)時，對運行方式的選擇。選定合理的供電電源，是保證礦井供電安全的設(shè)計基礎(chǔ)。筆者在實際工作中，發(fā)現(xiàn)一些同志對供電的安全性考慮不周，主要表現(xiàn)為：選擇電源點時，僅滿足于就近解決的原則，對所選的電源點資料收集不夠，了解不深；在礦井配電系統(tǒng)設(shè)計中，礦井變電所還在采用兩臺變壓器“一用一備”的運行方式，導(dǎo)致礦井供電的安全性降低。由于電源點的選定和礦井變電所運行方式?jīng)Q定著變壓器臺數(shù)和電氣主接線方式，影響到礦井供電的安全性和礦井建設(shè)的投資、運營成本，因此，應(yīng)該深入探討。

　　2 供電電源的確定

　　礦井兩回供電電源的引入有兩種方式：第一種引自域外供電網(wǎng)絡(luò)同一電源變電所的不同母線段，第二種方式引自域外供電網(wǎng)絡(luò)不同的電源變電所。由于礦井常常處于供電網(wǎng)絡(luò)的末端，所以設(shè)計中經(jīng)常采用第一種方式。在供電系統(tǒng)說明書中，一些同志只描述電源變電所的地理位置、主變?nèi)萘?、距礦井變電所的距離，依據(jù)礦井的計算負荷校驗，就得出電源可以滿足礦井供電要求的結(jié)論。這種論證方式的缺陷在于缺少對電源點的現(xiàn)狀加以評價：該電源點已經(jīng)帶有多少負荷?線路、變壓器還有多少富裕供電能力?該電源變電所有無出線間隔和出線走廊?若電力部門承諾擴建，隨著本項目的建設(shè)，該電源變電所擴容的時問和速度能否與礦井建設(shè)同步?該電源變電所采取何種運行方式?只有回答了這些問題,才能對電源點的可靠性得出準確結(jié)論。例如,某礦井兩回電源采用35kV 電壓等級引至地方1l～35kV 變電站。由于110 ／35kV 變電站主變壓器供電能力不足，電力部門承諾增加一臺變壓器，與原主變壓器并列運行。粗看起來，110 ／ 35kV 變電站改造后可以滿足礦井供電的需求。其實,110 ／35kV 變電站所采用的運行方式?jīng)Q定了該電源點只滿足了礦井用電負荷這一個條件，而不能滿足“礦井應(yīng)有兩回路電源線路”? 的供電要求。因為1 l ～35kV 變電站新增變壓器與原主變壓器采用并列運行方式，其二次側(cè)(35kV 側(cè))只能為單母線運行。礦井的兩回電源線都接在了35kV 一個運行母線上，當(dāng)發(fā)生故障時，母線一旦失電，礦井兩回線路會同時斷電。該電源變電所只能作為一個電源點對待，礦井的另一回電源，只好引自系統(tǒng)的另一變電所。只有電源變電所兩段母線分列運行時，接于兩段母線的饋電線路才能構(gòu)成兩回路電源，這是由一個

　　電源變電所引出兩回電源的必要條件。可見，電源變電所的運行方式，也影響到礦井供電電源點的確定。

　　3 礦井變電所的運行

　　隨著煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，礦井機械化、自動化程度的不斷提高，礦井負荷增加引起了礦井變電所的容量增大。礦井變電所的電源電壓常采用35kV 或1 1 0 k V ，造成礦井變電所與地方電力公司的供電網(wǎng)絡(luò)同網(wǎng)運行， 使相互問的調(diào)度聯(lián)絡(luò)更緊密、繼電保護要求更高，礦井變電所常常需要服從域外供電網(wǎng)絡(luò)安全運行的要求。在這種情況下，對于礦井變電所的運行方式更需要注意。礦井變電所有兩臺變壓器

　　分列運行和兩臺變壓器一用一備運行這樣兩種方式。主張礦井變電所兩臺主變壓器“一用一備”運行方式的同志認為：對域外電力系統(tǒng)來說，礦井是用電戶，從電源線路進線開關(guān)往后，都是負載，只要兩回電源線路一回工作( 一臺主變投入) ，另一回帶電備用( 另一臺主變不投入) ，就可以滿足礦井供電的要求，還節(jié)約了供電貼費。這種觀點從供電部門和用戶角度看，似乎有道理。其實，是把礦井用電的管理權(quán)與礦井變電所屬性混淆了。礦井配電網(wǎng)絡(luò)并不僅僅限于一個變電所，而是由地面、井下多個變電所組成。在“一用一備”運行方式中，礦井變電所的二次母線只能處在單母線運行方式。礦井范圍內(nèi)的全部用電設(shè)備都處在一個運行母線上，形成一個電源兩回線路的工作模式。其后果是把礦井一級負荷的供電方式都按二級負荷供電方式對待，以犧牲供電安全性為代價換取減少供電貼費，這樣做，并不可取。礦井變電所由開關(guān)、變壓器、母線及保護設(shè)備構(gòu)成。無論歸屬和管理權(quán)限如何，其屬性仍屬配電網(wǎng)絡(luò)，不是用電負荷。

　　城市電力系統(tǒng)的術(shù)語定義：城市供電電源——為城市提供電能來源的發(fā)電廠和接受市域外電力系統(tǒng)電能的電源變電所總稱；城市變電所——城網(wǎng)中起變換電壓，并起集中電力和分配電力作用的供電設(shè)施。由此可以得出礦井變電所是礦井的供電設(shè)施，是把電源與礦井用電設(shè)備(負荷)聯(lián)系起來的環(huán)節(jié)。沒有這個環(huán)節(jié)，礦井用電設(shè)備(負荷)就得不到電能。從這個意義上講，礦井變電所也可看作是礦井用電負荷的電源。既然如此，那么，礦井變電所的運行方式就應(yīng)滿足礦井用電負荷對電源的要求。與礦井供電類似，地鐵供電的中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級有3 5 k V 、2 0 k V 、l ０k V 。地鐵供電系統(tǒng)應(yīng)包括外部電源、主變電所( 或電源開閉所) 、牽引供電系統(tǒng)、動力照明供電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)。一級負荷應(yīng)由雙電源雙回線路供電，當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不應(yīng)同時受到損壞。供電系統(tǒng)中的各種變電所均應(yīng)有兩個電源，每個進線電源的容量應(yīng)滿足變電所全部一、二級負荷的要求，這兩個電源可以來自不同變電所，也可來自同一變電所的不同母線。地鐵供電對雙路電源的要求是：雙路電源應(yīng)分列運行。地鐵變配電系統(tǒng)降壓變電所，正常兩臺變壓器分列運行。地鐵供電設(shè)計之所以做這些規(guī)定和要求，主要是因為地鐵用電負荷中有一級負荷的原故。礦井也有一級負荷，主要包括：主要通風(fēng)機；井下主排水設(shè)備( 包括作主排水的煤水泵)、下山開采的采區(qū)排水沒備；升降人員的立井提升機；抽放瓦斯設(shè)備(包括井下移動抽放泵站設(shè)備)。一級負荷的供電要求對不同行業(yè)來說，都是一致的。確保礦井供電設(shè)計的安全性，很重要的一點，就是要滿足礦井一級負荷對供電電源的要求——應(yīng)有雙電源雙回線路供電。要滿足這個條件，作為礦井配電網(wǎng)絡(luò)的礦井變電所只能采用分列運行這一種方式。只有這種方式，才能實現(xiàn)二次母線為分列運行母線，接于兩段母線的礦井一級負荷才會有兩個供電電源，也才能做到一級負荷的兩回電源線路一回路運行另一回路帶電備用。

　　4 主變壓器臺數(shù)的選擇

　　礦井供電負荷中，主要為一、二級負荷，三級負荷所占比例很小。所以礦井變電所都是按兩回路電源一回路故障，另一回路可負擔(dān)礦井全部負荷來設(shè)計。礦井變電所主變壓器容量不單要滿足礦井全部負荷的需要，而且運行方式也要滿足一級負荷對雙電源的要求。礦井變電所主接線就有設(shè)兩臺主變壓器或設(shè)三臺主變壓器兩種方案。采用兩臺主變壓器方案時，在正常情況下兩臺變壓器分列運行，每臺變壓器帶50％負荷。變壓器二次側(cè)為分列運行母線。當(dāng)一回電源線路故障或一臺變壓器故障時，另一臺變壓器立刻帶全部負荷運行，此時礦井暫時處于單電源供電狀態(tài)，故障排除后再恢復(fù)分列運行。在整個切換過程中，對負荷來說不會出現(xiàn)兩回電源同時中斷的現(xiàn)象。這種方案的優(yōu)點是占地小，使用斷路器少，接線簡單，操作方便，提升了礦井供電的安全性和可靠度(礦井二級負荷也按一級負荷的雙電源要求供電了) 。缺點是正常運行時，變壓器負載率低，增加了供電貼費，加大了運行費用。采用三臺變壓器方案時，在正常情況下，兩臺變壓器以較高的負載率分列運行，第三臺變壓器備用。當(dāng)一回電源線路故障或一臺變壓器故障時，投入第三臺變壓器。此前，有一臺變壓器仍在帶電運行。第三臺變壓器的投入有兩種職能：一回電源發(fā)生故障時，可確保礦井全部負荷供電，此時礦井暫時處于單電源工作狀態(tài)；一臺變壓器發(fā)生故障時，可確保礦井雙電源供電。三臺變壓器這種運行方式與兩臺變壓器“一用一備”運行的區(qū)別在于，前者確保了礦井一級負荷的兩回電源不會同時中斷，滿足了一級負荷的供電要求。后者卻做不到這一點。三臺變壓器這種運行方案的優(yōu)點是變壓器負載率高，減少了供電貼費；缺點是占地面積比前一個方案大，接線和倒閘操作較復(fù)雜，為了避免正在運行的變壓器過載，在切換操作過程中要中斷一部分二級負荷的供電。上述兩種分列運行方案都滿足礦井供電的安全性要求，但從國內(nèi)兩部電價管理體制的實際出發(fā)，推薦大型礦井主變電所采用雙母線接線的三變壓器方案。

　　5 結(jié)語

　　電源變電所兩段母線分列運行時，接于兩段母線的饋電線路才能構(gòu)成兩回路電源，這是由一個電源變電所引出兩回電源的必要條件。在對所選電源的可靠性論證時。除了注意電源容量和環(huán)境距離外，還應(yīng)注意電源變電所的運行方式。礦井變電所是聯(lián)系電源與用電設(shè)備的環(huán)節(jié)。屬于礦井供電的配電網(wǎng)絡(luò)，可看作是礦井負荷的電源。礦井供電安全的重要一點，是應(yīng)該

　　滿足一級負荷對兩個電源的供電要求。因此，礦井變電所只能采用分列運行方式。礦井變電所主變壓器臺數(shù)的選擇，有兩變壓器和三變壓器兩種分列運行方案。在目前兩部電價管理體制的情況下，大型礦井推薦采用雙母線接線的三變壓器方案，是保證礦井供電安全、減少供電貼費的好辦法。