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煤在天山的博客

来自天山,感恩煤炭。

 
 
 

日志

 
 

【原创】采用分列运行方式供电 彰显煤矿科技装备效能  

2011-12-13 17:11:50|  分类: 论文学术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                      吴利军 -------- 感恩矿山、研讨发展  

         摘要:煤矿在少花钱甚至不花钱的条件下,对已形成两回路电源线路(双电源)供电的矿井,通过优化安全供电技术方案,放弃变配电所单母线分段、两台主要变压器1台使用1台热备用(1用1备)的常见井上下供电方式,采用单母线分段、两台主要变压器分列运行的供电方式;在满足《煤矿安全规程》规定的同时,最大限度地减少停电对矿井安全生产造成的影响和因主变空载而产生的感性无功功率,提高矿井供电的可靠性与经济性;为矿井拥有连续可靠的用电环境、发挥井上下科技装备效能,夯实供电基础;为煤矿实施科技兴安战略、体现科技装备在安全生产上的重要支撑作用,最大限度地营造全矿井各主要用配电点连续可靠的用电条件。

 

关键词:供电系统 分列运行 连续可靠 经济安全 装备效能

 

       前言:2011年5月,国家安监总局、科技部先后下发了"进一步加强煤矿企业安全技术管理工作的指导意见"和"进一步加强安全生产科技支撑工作的通知"等文件,并在本年度大力组织实施科技周等安全生产宣教活动,旨在充分发挥煤矿安全科技进步及煤矿科技装备在安全生产上的重要支撑作用、加快煤矿科技兴安战略的实施。显然,连续可靠、科学合理的井上下供电条件是提高煤矿企业安全科技装备保障能力的重要基础。

新疆行政区域内煤矿,特别是各类小型矿井,经过"十一五"期间的改造与发展,井型规模普遍不低于9万吨。技术领先、装备适用的理念已深入人心,机械化开采及科技装备程度有很大的提升,井下采掘一线的作业人员基本实现在"掩护"下作业,很多煤矿井下局部通风实现了"双风机、双电源、互相备用",架空乘人装置、平巷人车也不是大矿所独有。随着煤矿"采、掘、运、通"机械化科技装备水平的提高,无疑对煤矿供配电的安全性与连续可靠性提出了更高要求。

 

      一、问题的提出

 

       从供电电源上讲,矿井供电均设计或建设有双电源供电线路,但笔者发现,全区很多已经实现双电源线路供电的煤矿,有很大一部分不是采用分列运行的供电方式,而是采用两台主要变压器1台使用、1台热备用的井上下方式,认为"1台变压器运行,1台不用,可以减少1台变压器及所带线路设备的电力损耗。"但事实并不完全如此,一是这种方式要产生较多无功损耗,增大感性无功补偿设备投资与管理的运营成本,降低功率因数,不能获得最佳经济效益;二是这种方式从严格意义上讲不满足《煤矿安全规程》第四百四十条规定的"正常情况下,矿井电源应采用分列运行方式"的要求。需优化调整矿井供电系统"1用1备"至"分列"运行方式,在技术上提升供电连续可靠性。

 

       二、矿井供电系统的分析与优化调整方法

 

       1、双电源主结接方式

       实现两回路电源线路供电的矿井,供电系统线路在矿井地面主要变电所的主要结线方式主要有单母线分段、双母线分段和桥式结线等,采用的供电电源多取自110kv或10~35kv的电力网,经两回路架空线路送到为全矿井服务的地面主要变电所,并在变电所一次侧设两台大功率变压器,承担全矿井负荷的供电(电网电压等级与入井电压等级一致,并直接入井的除外)。

       因我区绝大多数实现双回路电源供电的矿井,主结线均采用单母线分段、两台主要变器"一用一备"或分列运行方式,因此本文只分析矿井两回路电源线路在采用单母线分段方式工作的条件下,地面两台主要变器和井下供配电均采用分列运行同时使用的优点。

 

       2、分析优化矿井地面变电所典型的单母线分段供电方式

      新疆煤矿矿井地面主要变电所供电系统典型结线示意图,见附图1

 

 

附图1

 

       从附图1可知,只要不是1、2号主要变压器同时投入使用(均承担矿井有效负荷、两路电源线路均要产生矿井用电设备有功功率),无论1、2号主变低压侧分段开关处于打开或闭合状态,我们通常均认为主变处于"1用1备"状态,即使备用主变处于热备用状态,往往也因矿井无功补偿大而不能获得最佳经济效益,不是《煤矿安全规程》所规定的"正常情况下,矿井电源应采用分列运行方式。" 不利于井下电气设备供电的连续可靠。在供电连续性与可靠性等安全性能上分析,最大的问题是一旦一路矿井供电电源停电,或因入井10kv侧发生短路等故障而造成出线保护失灵发生越级跳闸时,往往立即造成全矿井停电,而此时投入另一路电源需较多的人工分闸、合闸工作量,停电影响的范围大、时间长。

      而在矿井正常运行时,将主变高、低压侧的分段开关均打开,将处于"1用1备"状态的两台主变调整为单母线分段、同时使用,即矿井两路电源及两台主变同时使用、共同分担矿井全部负荷并相互备用,这就是常说的分列运行方式。这样,即使有一路电源停电,或10kv低压侧出线保护失灵而发生越级跳闸现象时,全矿井也只能是部分停电,而恢复部分停电区域的人工分闸、合闸工作量相对也小,同时因短路容量小,出现越级跳闸的可能性也相对要小,对煤矿安全生产危害相对最小。考虑如上技术优越性,笔者认为地面主要变电所主变结线必须采用分列运行方式。

 

       3、分析优化矿井井下典型的供配电系统图

       新疆多数煤矿井下中央变电所典型的供配电系统图,见附图2。

附图2

 

       结合前述矿井地面主要变电所供电系统典型结线示意图及其分列运行方式的调整优化,并从附图2可知,联络开关处于分开状态,两路入井电源同时分担矿井有效负荷,均产生有功功率时,我们称之为井下单母线分段、分列运行。即使出线侧的保护失灵而出现跳闸或一路10kv电源停电时,井下只能是部分停电,同时相对井下"1用1备"或"分段母线并段运行"方式,因短路容量减小,出现越级跳闸的可能性也更小,有利于井下中央变电所和地面主变的连续运行,供电连续可靠性大,对煤矿安全生产危害小。另外想要说明的是,很多矿井局部通风机已采用"双风机、双电源、自动切换"方式,而供电电源采用单母线分段分列运行时,各种原因造成一路电源停电,局部通风机仍能通过自动切换,几乎可以实现不间断运行,对彰显装备效能、保障矿井通风可靠有很大意义。特别是针对高瓦斯矿井所要求的"双风机、双电源、自动切换"、确保通风可靠上讲,只有实施井上下供电电源(变配电所)单母线分段、分列运行,才能满足《煤矿安全规程》规定。

       综上述,笔者认为,已实现双电源线路供电的煤矿企业,正常作业时,井上下中央变电所均应采用单母线分段、分列运行方式供电,在减少无功损耗、不必要管理成本的同时,能充分地利用双电源供电连续可靠的优点,最大限度地为井上下安全科技装备提供连续可靠的电力保障,最大程度支撑与彰显安全生产效能建设。

 

       三、结束语

 

       总结井上下供电系统,采用单母线分段、分列运行,相对"1用1备"方式,在经济与安全上主要优点有:一是因感性无功小,电容补偿少,供电经济,管理成本低;二是各种原因引起的全矿井停电概率相对最低、范围最小,供电连续可靠性最高;三是满足《煤矿安全规程》要求,符合矿井做大做强的技术需要。但还是要说明并注意以下几点。

       1、单母线分段、分列运行的两台主要变压器负荷率不宜过低(主变选型不宜过大),否则相对"1用1备"方式,在保障供电连续可靠性上相对较好,但经济效益提升上则不明显。另外就是要适当调整负荷,使两台主要变压器负荷率尽量一致。

       2、对于大型矿井,如当地供电部门实施两种电价管理体制(根据功率因数不同而确定电价或有政策鼓励高功率因数下用电),可以考虑采用双母线结线的三变压器方案,也是保证矿井供电安全、减少供电贴费的好办法。

       3、对于高瓦斯矿井或低瓦斯矿井一级负荷的两路供电电源,如明确要求一级负荷设备的两路供电电源必须是"不同母线段的、同时带电的、相互独立的"两个电源,例如井下局部通风机采用"双风机、双电源、自动切换"确保连续运行方式时,井上下为之提升电力保障的变电所只能采用分列运行方式,以达到《煤矿安全规程》的规定。

       4、因矿井变压器负荷率与无功补偿等的量化计算,各类刊物、教课书论述较多,所以本文只从符合《煤矿安全规程》要求和保障煤矿安全科技装备电力连续可靠上分析供电方式的选择,不再对变压器等运行进行量化计算。

       最后,借贵刊一角,向关心与支持新疆煤炭科技装备效能建设的朋友们,特别是积极与本人研讨《深入理解国发23号文件研讨煤矿安全生产避险"六大系统"建设完善与适用好用的关键点》、《图解介绍煤矿瓦斯抽采布置 探索煤炭经济增长方式转变》、《思考煤矿科技装备推广应用与我区煤炭大开发的和谐发展》的煤炭同仁,再表感谢,并希望继续与广大致力于推动煤炭科技装备事业健康发展的仁人志士多多交流。

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