矿井供电安全性的研究与应用

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　　摘 要: 电源变电所的运行方式关系到矿井供电的安全性。针对分列运行母线是由一个电源变电所引出两回电源的必要条件，提出矿井变电所只能采取分列运行的方式。并根据两部电价的管理制度，推荐了一种减少供电贴费的解决方案。

　　关键词：安全性 双电源 分列运行 变压器

　　1 问题的提出

　　煤矿供电系统包括电源、配电网络和用电设备。煤矿供电设计的安全性涉及导体、开关、变压器、继电保护、防雷接地和通信等诸多方面，其中容易忽略的一点是在确定电源点和矿井配电系统时，对运行方式的选择。选定合理的供电电源，是保证矿井供电安全的设计基础。笔者在实际工作中，发现一些同志对供电的安全性考虑不周，主要表现为：选择电源点时，仅满足于就近解决的原则，对所选的电源点资料收集不够，了解不深；在矿井配电系统设计中，矿井变电所还在采用两台变压器“一用一备”的运行方式，导致矿井供电的安全性降低。由于电源点的选定和矿井变电所运行方式决定着变压器台数和电气主接线方式，影响到矿井供电的安全性和矿井建设的投资、运营成本，因此，应该深入探讨。

　　2 供电电源的确定

　　矿井两回供电电源的引入有两种方式：第一种引自域外供电网络同一电源变电所的不同母线段，第二种方式引自域外供电网络不同的电源变电所。由于矿井常常处于供电网络的末端，所以设计中经常采用第一种方式。在供电系统说明书中，一些同志只描述电源变电所的地理位置、主变容量、距矿井变电所的距离，依据矿井的计算负荷校验，就得出电源可以满足矿井供电要求的结论。这种论证方式的缺陷在于缺少对电源点的现状加以评价：该电源点已经带有多少负荷?线路、变压器还有多少富裕供电能力?该电源变电所有无出线间隔和出线走廊?若电力部门承诺扩建，随着本项目的建设，该电源变电所扩容的时问和速度能否与矿井建设同步?该电源变电所采取何种运行方式?只有回答了这些问题,才能对电源点的可靠性得出准确结论。例如,某矿井两回电源采用35kV 电压等级引至地方1l～35kV 变电站。由于110 ／35kV 变电站主变压器供电能力不足，电力部门承诺增加一台变压器，与原主变压器并列运行。粗看起来，110 ／ 35kV 变电站改造后可以满足矿井供电的需求。其实,110 ／35kV 变电站所采用的运行方式决定了该电源点只满足了矿井用电负荷这一个条件，而不能满足“矿井应有两回路电源线路”? 的供电要求。因为1 l ～35kV 变电站新增变压器与原主变压器采用并列运行方式，其二次侧(35kV 侧)只能为单母线运行。矿井的两回电源线都接在了35kV 一个运行母线上，当发生故障时，母线一旦失电，矿井两回线路会同时断电。该电源变电所只能作为一个电源点对待，矿井的另一回电源，只好引自系统的另一变电所。只有电源变电所两段母线分列运行时，接于两段母线的馈电线路才能构成两回路电源，这是由一个

　　电源变电所引出两回电源的必要条件。可见，电源变电所的运行方式，也影响到矿井供电电源点的确定。

　　3 矿井变电所的运行

　　随着煤炭工业现代化的发展，矿井机械化、自动化程度的不断提高，矿井负荷增加引起了矿井变电所的容量增大。矿井变电所的电源电压常采用35kV 或1 1 0 k V ，造成矿井变电所与地方电力公司的供电网络同网运行， 使相互问的调度联络更紧密、继电保护要求更高，矿井变电所常常需要服从域外供电网络安全运行的要求。在这种情况下，对于矿井变电所的运行方式更需要注意。矿井变电所有两台变压器

　　分列运行和两台变压器一用一备运行这样两种方式。主张矿井变电所两台主变压器“一用一备”运行方式的同志认为：对域外电力系统来说，矿井是用电户，从电源线路进线开关往后，都是负载，只要两回电源线路一回工作( 一台主变投入) ，另一回带电备用( 另一台主变不投入) ，就可以满足矿井供电的要求，还节约了供电贴费。这种观点从供电部门和用户角度看，似乎有道理。其实，是把矿井用电的管理权与矿井变电所属性混淆了。矿井配电网络并不仅仅限于一个变电所，而是由地面、井下多个变电所组成。在“一用一备”运行方式中，矿井变电所的二次母线只能处在单母线运行方式。矿井范围内的全部用电设备都处在一个运行母线上，形成一个电源两回线路的工作模式。其后果是把矿井一级负荷的供电方式都按二级负荷供电方式对待，以牺牲供电安全性为代价换取减少供电贴费，这样做，并不可取。矿井变电所由开关、变压器、母线及保护设备构成。无论归属和管理权限如何，其属性仍属配电网络，不是用电负荷。

　　城市电力系统的术语定义：城市供电电源——为城市提供电能来源的发电厂和接受市域外电力系统电能的电源变电所总称；城市变电所——城网中起变换电压，并起集中电力和分配电力作用的供电设施。由此可以得出矿井变电所是矿井的供电设施，是把电源与矿井用电设备(负荷)联系起来的环节。没有这个环节，矿井用电设备(负荷)就得不到电能。从这个意义上讲，矿井变电所也可看作是矿井用电负荷的电源。既然如此，那么，矿井变电所的运行方式就应满足矿井用电负荷对电源的要求。与矿井供电类似，地铁供电的中压网络电压等级有3 5 k V 、2 0 k V 、l ０k V 。地铁供电系统应包括外部电源、主变电所( 或电源开闭所) 、牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统。一级负荷应由双电源双回线路供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。供电系统中的各种变电所均应有两个电源，每个进线电源的容量应满足变电所全部一、二级负荷的要求，这两个电源可以来自不同变电所，也可来自同一变电所的不同母线。地铁供电对双路电源的要求是：双路电源应分列运行。地铁变配电系统降压变电所，正常两台变压器分列运行。地铁供电设计之所以做这些规定和要求，主要是因为地铁用电负荷中有一级负荷的原故。矿井也有一级负荷，主要包括：主要通风机；井下主排水设备( 包括作主排水的煤水泵)、下山开采的采区排水没备；升降人员的立井提升机；抽放瓦斯设备(包括井下移动抽放泵站设备)。一级负荷的供电要求对不同行业来说，都是一致的。确保矿井供电设计的安全性，很重要的一点，就是要满足矿井一级负荷对供电电源的要求——应有双电源双回线路供电。要满足这个条件，作为矿井配电网络的矿井变电所只能采用分列运行这一种方式。只有这种方式，才能实现二次母线为分列运行母线，接于两段母线的矿井一级负荷才会有两个供电电源，也才能做到一级负荷的两回电源线路一回路运行另一回路带电备用。

　　4 主变压器台数的选择

　　矿井供电负荷中，主要为一、二级负荷，三级负荷所占比例很小。所以矿井变电所都是按两回路电源一回路故障，另一回路可负担矿井全部负荷来设计。矿井变电所主变压器容量不单要满足矿井全部负荷的需要，而且运行方式也要满足一级负荷对双电源的要求。矿井变电所主接线就有设两台主变压器或设三台主变压器两种方案。采用两台主变压器方案时，在正常情况下两台变压器分列运行，每台变压器带50％负荷。变压器二次侧为分列运行母线。当一回电源线路故障或一台变压器故障时，另一台变压器立刻带全部负荷运行，此时矿井暂时处于单电源供电状态，故障排除后再恢复分列运行。在整个切换过程中，对负荷来说不会出现两回电源同时中断的现象。这种方案的优点是占地小，使用断路器少，接线简单，操作方便，提升了矿井供电的安全性和可靠度(矿井二级负荷也按一级负荷的双电源要求供电了) 。缺点是正常运行时，变压器负载率低，增加了供电贴费，加大了运行费用。采用三台变压器方案时，在正常情况下，两台变压器以较高的负载率分列运行，第三台变压器备用。当一回电源线路故障或一台变压器故障时，投入第三台变压器。此前，有一台变压器仍在带电运行。第三台变压器的投入有两种职能：一回电源发生故障时，可确保矿井全部负荷供电，此时矿井暂时处于单电源工作状态；一台变压器发生故障时，可确保矿井双电源供电。三台变压器这种运行方式与两台变压器“一用一备”运行的区别在于，前者确保了矿井一级负荷的两回电源不会同时中断，满足了一级负荷的供电要求。后者却做不到这一点。三台变压器这种运行方案的优点是变压器负载率高，减少了供电贴费；缺点是占地面积比前一个方案大，接线和倒闸操作较复杂，为了避免正在运行的变压器过载，在切换操作过程中要中断一部分二级负荷的供电。上述两种分列运行方案都满足矿井供电的安全性要求，但从国内两部电价管理体制的实际出发，推荐大型矿井主变电所采用双母线接线的三变压器方案。

　　5 结语

　　电源变电所两段母线分列运行时，接于两段母线的馈电线路才能构成两回路电源，这是由一个电源变电所引出两回电源的必要条件。在对所选电源的可靠性论证时。除了注意电源容量和环境距离外，还应注意电源变电所的运行方式。矿井变电所是联系电源与用电设备的环节。属于矿井供电的配电网络，可看作是矿井负荷的电源。矿井供电安全的重要一点，是应该

　　满足一级负荷对两个电源的供电要求。因此，矿井变电所只能采用分列运行方式。矿井变电所主变压器台数的选择，有两变压器和三变压器两种分列运行方案。在目前两部电价管理体制的情况下，大型矿井推荐采用双母线接线的三变压器方案，是保证矿井供电安全、减少供电贴费的好办法。

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