礦井供電安全性的研究與應(yīng)用

　　關(guān)鍵詞：安全性 雙電源 分列運(yùn)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(jì)的安全性涉及導(dǎo)體、開關(guān)、變壓器、繼電保護(hù)、防雷接地和通信等諸多方面，其中容易忽略的一點(diǎn)是在確定電源點(diǎn)和礦井配電系統(tǒng)時(shí)，對(duì)運(yùn)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(jì)基礎(chǔ)。筆者在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)一些同志對(duì)供電的安全性考慮不周，主要表現(xiàn)為：選擇電源點(diǎn)時(shí)，僅滿足于就近解決的原則，對(duì)所選的電源點(diǎn)資料收集不夠，了解不深；在礦井配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，礦井變電所還在采用兩臺(tái)變壓器“一用一備”的運(yùn)行方式，導(dǎo)致礦井供電的安全性降低。由于電源點(diǎn)的選定和礦井變電所運(yùn)行方式?jīng)Q定著變壓器臺(tái)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(yùn)營(yíng)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(jì)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(jì)算負(fù)荷校驗(yàn)，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(duì)電源點(diǎn)的現(xiàn)狀加以評(píng)價(jià)：該電源點(diǎn)已經(jīng)帶有多少負(fù)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(kuò)建，隨著本項(xiàng)目的建設(shè)，該電源變電所擴(kuò)容的時(shí)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(yùn)行方式?只有回答了這些問題,才能對(duì)電源點(diǎn)的可靠性得出準(zhǔn)確結(jié)論。例如,某礦井兩回電源采用35kV 電壓等級(jí)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(tái)變壓器，與原主變壓器并列運(yùn)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(shí),110 ／35kV 變電站所采用的運(yùn)行方式?jīng)Q定了該電源點(diǎn)只滿足了礦井用電負(fù)荷這一個(gè)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?yàn)? l ～35kV 變電站新增變壓器與原主變壓器采用并列運(yùn)行方式，其二次側(cè)(35kV 側(cè))只能為單母線運(yùn)行。礦井的兩回電源線都接在了35kV 一個(gè)運(yùn)行母線上，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，母線一旦失電，礦井兩回線路會(huì)同時(shí)斷電。該電源變電所只能作為一個(gè)電源點(diǎn)對(duì)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(yùn)行時(shí)，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(gè)

　　電源變電所引出兩回電源的必要條件?？梢姡娫?a target="_blank" class="wordstyle">變電所的運(yùn)行方式，也影響到礦井供電電源點(diǎn)的確定。

　　3 礦井變電所的運(yùn)行

　　隨著煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，礦井機(jī)械化、自動(dòng)化程度的不斷提高，礦井負(fù)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(yùn)行， 使相互問的調(diào)度聯(lián)絡(luò)更緊密、繼電保護(hù)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(yùn)行的要求。在這種情況下，對(duì)于礦井變電所的運(yùn)行方式更需要注意。礦井變電所有兩臺(tái)變壓器

　　分列運(yùn)行和兩臺(tái)變壓器一用一備運(yùn)行這樣兩種方式。主張礦井變電所兩臺(tái)主變壓器“一用一備”運(yùn)行方式的同志認(rèn)為：對(duì)域外電力系統(tǒng)來說，礦井是用電戶，從電源線路進(jìn)線開關(guān)往后，都是負(fù)載，只要兩回電源線路一回工作( 一臺(tái)主變投入) ，另一回帶電備用( 另一臺(tái)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(fèi)。這種觀點(diǎn)從供電部門和用戶角度看，似乎有道理。其實(shí)，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(gè)變電所，而是由地面、井下多個(gè)變電所組成。在“一用一備”運(yùn)行方式中，礦井變電所的二次母線只能處在單母線運(yùn)行方式。礦井范圍內(nèi)的全部用電設(shè)備都處在一個(gè)運(yùn)行母線上，形成一個(gè)電源兩回線路的工作模式。其后果是把礦井一級(jí)負(fù)荷的供電方式都按二級(jí)負(fù)荷供電方式對(duì)待，以犧牲供電安全性為代價(jià)換取減少供電貼費(fèi)，這樣做，并不可取。礦井變電所由開關(guān)、變壓器、母線及保護(hù)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(fù)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(fù)荷)聯(lián)系起來的環(huán)節(jié)。沒有這個(gè)環(huán)節(jié)，礦井用電設(shè)備(負(fù)荷)就得不到電能。從這個(gè)意義上講，礦井變電所也可看作是礦井用電負(fù)荷的電源。既然如此，那么，礦井變電所的運(yùn)行方式就應(yīng)滿足礦井用電負(fù)荷對(duì)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(jí)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(dòng)力照明供電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)。一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由雙電源雙回線路供電，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。供電系統(tǒng)中的各種變電所均應(yīng)有兩個(gè)電源，每個(gè)進(jìn)線電源的容量應(yīng)滿足變電所全部一、二級(jí)負(fù)荷的要求，這兩個(gè)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(duì)雙路電源的要求是：雙路電源應(yīng)分列運(yùn)行。地鐵變配電系統(tǒng)降壓變電所，正常兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行。地鐵供電設(shè)計(jì)之所以做這些規(guī)定和要求，主要是因?yàn)榈罔F用電負(fù)荷中有一級(jí)負(fù)荷的原故。礦井也有一級(jí)負(fù)荷，主要包括：主要通風(fēng)機(jī)；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(jī)；抽放瓦斯設(shè)備(包括井下移動(dòng)抽放泵站設(shè)備)。一級(jí)負(fù)荷的供電要求對(duì)不同行業(yè)來說，都是一致的。確保礦井供電設(shè)計(jì)的安全性，很重要的一點(diǎn)，就是要滿足礦井一級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源的要求——應(yīng)有雙電源雙回線路供電。要滿足這個(gè)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(yùn)行這一種方式。只有這種方式，才能實(shí)現(xiàn)二次母線為分列運(yùn)行母線，接于兩段母線的礦井一級(jí)負(fù)荷才會(huì)有兩個(gè)供電電源，也才能做到一級(jí)負(fù)荷的兩回電源線路一回路運(yùn)行另一回路帶電備用。

　　4 主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇

　　礦井供電負(fù)荷中，主要為一、二級(jí)負(fù)荷，三級(jí)負(fù)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(fù)擔(dān)礦井全部負(fù)荷來設(shè)計(jì)。礦井變電所主變壓器容量不單要滿足礦井全部負(fù)荷的需要，而且運(yùn)行方式也要滿足一級(jí)負(fù)荷對(duì)雙電源的要求。礦井變電所主接線就有設(shè)兩臺(tái)主變壓器或設(shè)三臺(tái)主變壓器兩種方案。采用兩臺(tái)主變壓器方案時(shí)，在正常情況下兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行，每臺(tái)變壓器帶50％負(fù)荷。變壓器二次側(cè)為分列運(yùn)行母線。當(dāng)一回電源線路故障或一臺(tái)變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)變壓器立刻帶全部負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)礦井暫時(shí)處于單電源供電狀態(tài)，故障排除后再恢復(fù)分列運(yùn)行。在整個(gè)切換過程中，對(duì)負(fù)荷來說不會(huì)出現(xiàn)兩回電源同時(shí)中斷的現(xiàn)象。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是占地小，使用斷路器少，接線簡(jiǎn)單，操作方便，提升了礦井供電的安全性和可靠度(礦井二級(jí)負(fù)荷也按一級(jí)負(fù)荷的雙電源要求供電了) 。缺點(diǎn)是正常運(yùn)行時(shí)，變壓器負(fù)載率低，增加了供電貼費(fèi)，加大了運(yùn)行費(fèi)用。采用三臺(tái)變壓器方案時(shí)，在正常情況下，兩臺(tái)變壓器以較高的負(fù)載率分列運(yùn)行，第三臺(tái)變壓器備用。當(dāng)一回電源線路故障或一臺(tái)變壓器故障時(shí)，投入第三臺(tái)變壓器。此前，有一臺(tái)變壓器仍在帶電運(yùn)行。第三臺(tái)變壓器的投入有兩種職能：一回電源發(fā)生故障時(shí)，可確保礦井全部負(fù)荷供電，此時(shí)礦井暫時(shí)處于單電源工作狀態(tài)；一臺(tái)變壓器發(fā)生故障時(shí)，可確保礦井雙電源供電。三臺(tái)變壓器這種運(yùn)行方式與兩臺(tái)變壓器“一用一備”運(yùn)行的區(qū)別在于，前者確保了礦井一級(jí)負(fù)荷的兩回電源不會(huì)同時(shí)中斷，滿足了一級(jí)負(fù)荷的供電要求。后者卻做不到這一點(diǎn)。三臺(tái)變壓器這種運(yùn)行方案的優(yōu)點(diǎn)是變壓器負(fù)載率高，減少了供電貼費(fèi)；缺點(diǎn)是占地面積比前一個(gè)方案大，接線和倒閘操作較復(fù)雜，為了避免正在運(yùn)行的變壓器過載，在切換操作過程中要中斷一部分二級(jí)負(fù)荷的供電。上述兩種分列運(yùn)行方案都滿足礦井供電的安全性要求，但從國(guó)內(nèi)兩部電價(jià)管理體制的實(shí)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(yùn)行時(shí)，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(gè)電源變電所引出兩回電源的必要條件。在對(duì)所選電源的可靠性論證時(shí)。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(yùn)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(fù)荷的電源。礦井供電安全的重要一點(diǎn)，是應(yīng)該

　　滿足一級(jí)負(fù)荷對(duì)兩個(gè)電源的供電要求。因此，礦井變電所只能采用分列運(yùn)行方式。礦井變電所主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇，有兩變壓器和三變壓器兩種分列運(yùn)行方案。在目前兩部電價(jià)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(fèi)的好辦法。