高瓦斯矿井供电模式的可靠性技术研究与应用学位论文.doc

太原理工大学工程硕士研究生学位论文 I 高瓦斯矿井供电模式的可靠性技术研究与应用 摘 要 煤矿供电系统是煤矿正常生产的主要动力来源和保障 随着煤矿开采 技术水平的不断发展 煤矿生产已经逐步从条件较好的煤层开采深入到条 件恶劣的区域 因此造成高瓦斯矿井的逐步增多 目前高瓦斯矿井的现代 化 机械化水平已逐步提升 在煤矿事故中因地质 水害 瓦斯 通风等 造成事故的数量已经显著下降 但是由于煤矿供电系统造成的停电事故却 在逐年上升 为了杜绝因煤矿停电而造成的瓦斯 顶板 运输等事故的发 生 必须有一个连续 可靠 稳定的电力保障 这对煤矿供电安全提出了 更高的标准 而高瓦斯矿井更是如此 因此 如何为高瓦斯矿井提供安全 可靠 连续的供电电源成为当今各煤炭企业迫切需解决的问题 本文在分 析高瓦斯矿井供电系统存在的问题 根据目前的高瓦斯矿井供电系统的现 状 提出了如何提升保障高瓦斯矿井供电可靠性的一系列措施及有效方法 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖 煤矿安全规程及国家电监会对煤矿供电系统 均提出了要具备双电源 的供电系统 而供电系统的运行方式分为 一用一备 并联运行 分列运 行等 其供电系统运行方式的选择直接影响着煤矿的安全性与可靠性 晋 城煤业集团 110kV 电网供电系统主网结构由寺河 110kV 变电站 成庄 110kV 变电站 老区 110kV 变电站及赵庄 110kV 变电站组成 从表面看每 一 110kV 供电系统均为双电源供电 实际供电情况为一用一备的运行方式 虽然系统内均装有发电机组 但发电机组为瓦斯发电 单机容量小 抗冲 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 II 击能力较弱 可靠性较差 系统出现故障时备用电源无法及时快速投入运 行 可能会造成矿井局部停电 甚至大面积停电的风险 对高瓦斯矿井的 安全生产形成巨大危险 高瓦斯矿井对电力系统的稳定性 连续性要求极 高 因此在具备双电源的情况下如何确定及选用最佳运行方式已成为煤矿 供电系统亟待解决的重要问题 聞創沟燴鐺險爱氇谴净 晋煤集团内部供电网络无论是高瓦斯矿井成庄矿还是寺河矿所有下级 35kV 变电站在正常运行情况下 均有可靠的双回路电源 且该电源运行方 式为大分列方式 但是在其中 I 回线路停电检修时 就会造成单回路供电 的运行方式 如果在此时另 I 回线路一旦发生停电 将造成矿井非计划停 电 如 2009 年 10 月 18 日寺河矿东风井无计划停电事故 当时 35KV 东风 井 II 回线路停电检修 35KV 东风井 I 回路正常运行 由于刮大风 35KV 东风井 I 回线路进线穿墙套管与导线线夹连接处刮上树枝 造成相间短路 导致寺河矿东区发生无计划停电 因此在一回线路检修 另一回线路运行 时 如何还能保障矿井双回电源供电也已成为需解决的重要问题 残骛楼諍锩 瀨濟溆塹籟 现阶段高瓦斯发生矿井非计划停电事故 仍采用的是人工逐级恢复送 电 按照 山西晋煤集团供电公司停电事故应急预案 人工恢复送电 即 由调度中心命令 变电站当值运行人员操作的程序恢复送电 这种事故应 急处理的方式必然需要一定的处理时间 在这处理的时间内 对于高瓦斯 矿来说 可能会造成井下瓦斯浓度上升等问题 对矿井的安全 连续生产 造成严重影响 所以对高瓦斯矿井供电系统在发生停电故障时 研究如何 快速恢复的对策是非常有必要的 酽锕极額閉镇桧猪訣锥 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 III 本文通过对高瓦斯矿井供电系统进行有针对性的分析研究 即通过仿 真分析确定合理选用 110kV 和 35kV 系统运行以保证电网失电后对煤矿重 要负荷的支撑 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑 在具备有双回路电源点的 35kV 变电站 其中 I 回线路检修或出现单 回路供电的情况下 提出在该类型 35kV 变电站之间建立手拉手 环网 供电的方式 实现矿井在任何情况下的双回路供电 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔 在部分 35KV 变电站 因条件不具备的情况下 只能采用一回路运行 一回路备用的运行方式下 在电源点和矿井主通风机 局部通风机处安装 电源快速切换装置 以保证主供电源在停电后 煤矿的重要负荷都能快速 自动切换到备用电源上 以保证矿井连续生产 主扇不停机 瓦斯不超限 的目的 厦礴恳蹒骈時盡继價骚 通过采取 电源大分列运行方式 双电源快速切换 环网供 电 等供电模式的技术研究及应用 可大大提高高瓦斯矿井连续供电的可 靠性 茕桢广鳓鯡选块网羈泪 关键词 供电可靠性 高瓦斯矿井 大分列运行方式 环网 电源快速切 换 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 IV RESEARCH AND APPLICATION OF RELIABILITY TECHNIQUE FOR HIGH GAS COAL MINE POWER SUPPLY MODE鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴 ABSTRACT Coal mine power supply system is the main source of power and guarantee the normal production of coal mine with the continuous development of the level of mining technology of coal mine coal mine production has gradually from the better condition of the coal mining depth to the harsh conditions of the region thus resulting in high gas mine gradually increased with the high gas coal mine mechanization operation level in the number gradually progress In mine accidents due to other mistake accident has decreased significantly However the power supply accidents caused by the safety of mine power supply problems are gradually increased in order to curb the coal mine gas outburst roof water damage and other accidents there must be a continuous reliable power support This is for the safety of mine power put forward higher requirements Power system reliable efficient safe is more to become the core of high gas coal mine production Therefore to provide a reliable secure uninterrupted power supply become the coal enterprises and problems to be 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 V solved for high gas coal mine This paper discusses the existent problems in high gas coal mine power supply based on the analysis of the current high gas coal mine power supply security situation extract the effective methods to protect the power supply reliable operation and a series of high gas mine 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨 Coal mine safety regulations and the State Electricity Regulatory Commission has proposed a dual power supply requirements for the power supply system of coal mine power supply dual power supply operation mode includes one with a prepared parallel operation independent operation its main operation mode selection of different will has a direct impact on the safety and reliability of coal mine production system Shanxi coal group power grid 110kV power system network structure is divided into the Temple River 110kV substation 110kV substation the old Cheng Zhuang Zhao Zhuang 110kV substation and 110kV substation Look from the surface of each 110kV power supply system for dual power supply the actual supply situation for a with the operation mode of preparation while generating units are equipped with the system but the generators for gas power generation stand alone capacity of small impact resistant ability is weak poor reliability system failure of standby power supply can not be timely quickly put into operation there may be a large area of mine even full outage risk forming a huge hidden dangers of high gas coal mine safety production High gas coal mine safety reliability of power system requirements is extremely high so in the case of double power supply 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 VI with how to determine and choose the best mode of operation has become an important problem to be solved 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴 Shanxi coal group internal power supply network of both high gas mine of Chengzhuang coal mine or the Temple River mine all lower 35kV substation under normal operating conditions has reliable double loop power supply and the power operation mode for large disaggregated manner but in a back line maintenance will cause the single loop power supply at this time if the other a back once the outage occurred causing unplanned outage will be mine In October 18 2009 as the Temple River Mine Dongfeng well without a plan blackout when 35KV Dongfeng well II back line outage maintenance Dongfeng 35KV well I loop normal operation due to strong winds Dongfeng 35KV well I back line into the line of wall bushing with a wire clamp is connected with the scratches on the branches causing short circuit between phases resulting in Sihe mine east the occurrence of unplanned outage So in a back line maintenance operation of the other lines how can guarantee the mine double circuit power supply has become an important problem to be solved 渗釤呛 俨匀谔鱉调硯錦 High gas mine unplanned blackouts still uses manual recovery of power supply company in accordance with the production safety accident emergency plan artificial restoring power supply power supply branch member of Shanxi coal group operating duty by electric power dispatching command center the recovery of power supply substation program This kind of accident treatment 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 VII model needs a certain time in the natural inherent time for high gas mine mine gas accumulation may cause problems serious impact on mine safety continuous production Therefore according to the fault occurs in high gas coal mine power supply system how to fast recovery is very necessary 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡 In this paper through the analysis of the high gas coal mine power supply system reliability is proposed to solve the Shanxi coal group in the power grid has owned power plant and network operation mode for combination through simulation analysis to determine the reasonable selection of 110kV and 35kV systems are running and add owned power plant with low cycle load shedding device matched to ensure grid support to mine important load loss after power 擁 締凤袜备訊顎轮烂蔷 According to the 35kV substation with double loop power supply a circuit fault or maintenance after the single loop power supply problem presented in section 35kV substation realizes that hand in hand ring power supply mode The realization of double loop power supply of mine in any case 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷 In the part of the 35KV substation because do not have the condition of circumstances can only use a loop operation operation mode of a loop in the backup automatic switching line and double power supply coal mine main ventilator installation quick power supply switching device and fan double fan to ensure that the main power supply any loop after the loss of electricity important load of coal mine can quickly switch to the standby power supply so 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 VIII as to achieve the mine without power failure stop the wind wind turbine gas not overrun the purpose 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚 By adopting the power of large independent operation mode double quick power switching ring network power supply mode of power supply technology research and application of reliability can greatly improve the high gas mine continuous power supply 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘 Keywords Keywords power supply reliability high gas coal mine large independent operation mode ring network fast switching power supply買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 IX 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 3 3綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴 1 1 高瓦斯矿井的概念 3驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦 1 1 1 供电安全对煤矿安全生产的意义 3猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑 1 1 2 供电可靠性的概念 6锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔 1 2 高瓦斯矿井供电管理存在的问题 8構氽頑黉碩饨荠龈话骛 1 3 提高供电可靠性的有效措施 10輒峄陽檉簖疖網儂號泶 1 4 本论文的主要研究内容 13尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅 第二章第二章 电源快速切换装置的研究及应用电源快速切换装置的研究及应用 1414识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒 2 1 电源快速切换的基本概念 14凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴 2 1 1 发展及应用现状 14恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦 2 1 2 同类技术比较 16鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫 2 2 适用于煤矿的电源快速切换装置的开发及应用 17硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹 2 2 1 电源快速切换的原理 18阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖 2 2 2 在煤矿地面供电系统中的应用 20氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩 2 2 3 在井下供电系统中的应用 22釷鹆資贏車贖孙滅獅赘 第三章第三章 双电源分列运行方式的双电源分列运行方式的研研究及应用究及应用 2525怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉 3 1 电力系统运行方式 25谚辞調担鈧谄动禪泻類 3 2 煤矿供电系统的运行方式分类 25嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩 3 3 不同运行方式的安全可靠性分析 26熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库 3 3 1 测试结果 26鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞 3 3 2 结果分析 28纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛 第四章第四章 环形电网构架在高瓦斯矿井的研究及应用环形电网构架在高瓦斯矿井的研究及应用 3838颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷 4 1 环形电网的概念 38濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻 4 2 双电源构架在线路检修时存在的问题 38銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼 4 3 煤矿环形电网的模型及应用 39挤貼綬电麥结鈺贖哓类 第五章第五章 总结总结 6464赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈 参考文献参考文献 6565塤礙籟馐决穩賽釙冊庫 致致 谢谢 6868裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺 攻读学位期间发表的攻读学位期间发表的学学术论文术论文 6969仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 1 符号说明符号说明 RX 表示元件的可靠性均用 Rb 表示断路器的可靠度 R快b 表示考虑了快速切换装置成功切换概率后的断路器的可靠度 RT 表示变压器的可靠度 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 2 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 高瓦斯矿井的概念高瓦斯矿井的概念 矿井瓦斯等级是以相对瓦斯涌出量的大小来划分的 煤矿安全规程 规定 在一 个矿井中 只要有一个煤 岩 层发现瓦斯 该矿井即定为瓦斯矿井 并依照矿井瓦斯 等级工作制度进行管理 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧 矿井瓦斯等级 根据矿井相对瓦斯涌出量 矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式 划分为 高瓦斯矿井 矿井相对瓦斯涌出量大于 10 立方米 吨或矿井绝对瓦斯涌出量大于 40 立方米 分 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙 我国大多数煤矿为高瓦斯 高突出矿井 新中国成立以来煤矿发生的较大型的安 全生产事故中 大多数为瓦斯事故 山西晋城煤业集团是我国优质无烟煤的重要生产 基地 全国最大的煤化工企业集团和全国最大的煤层气抽采利用基地以及山西最具活 力的煤机制造集团 企业现有 12 对生产矿井 5000 万吨 年煤炭生产能力 下属生产 矿井多为高瓦斯生产矿井 其中寺河矿更是国内乃至世界罕见的高瓦斯矿井 该矿于 1996 年 12 月 30 日奠基开工 是我过 九五 期间重点建设工程 矿井位于沁水煤田 东南侧 2002 年 11 月 8 日由国家验收正式投入生产 2006 年经山西省煤炭工业局批 准矿井生产能力为一千零八十万吨 年 是山西晋城煤业集团第一个千万吨级矿井 该 矿区瓦斯含量为 102 63 亿立方米 而其中 3 号主采煤层瓦斯含量为 54 15 亿立方米 矿井绝对瓦斯涌出量为 486 6 立方米 分钟 超出高瓦斯矿井等级标准的 12 倍多 瑣钋濺 暧惲锟缟馭篩凉 1 1 11 1 1 供电安全对煤矿安全生产的意义供电安全对煤矿安全生产的意义 众所周知 我国的能源结构以煤为主 三分之二的能源消耗都来自煤炭 安全是 煤矿生产的重要核心 而现有的绝大多数矿山的动力设备都是直接或者间接以电力为 驱动力的 因此电气设备的正常运转是煤炭企业安全连续生产的前提 而安全 连续 可靠的供电系统不但是电气设备正常运行的基础 更是煤矿安全生产的基本保障 目 前 我国煤炭经济正处于高速成长的黄金时期 对电力的需求极端迫切 为煤矿提供 安全 可靠的电力保障就显得尤为重要 鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 3 电能是各行各业生产 生活的重要动力来源 也是煤矿生产的主要动力来源 而 安全 高效 连续的供电系统不但是煤矿生产的重要保障 更是安全生产的关键环节 为煤矿安全生产提供可靠的电力保障 国家对煤矿安全生产出台了一系列严格的管理 规定 对于高瓦斯矿井的供电管理工作和员工队伍业务素质提出了更高的标准 电能 是矿井生产的主要能源 煤矿及矿井中的主要机电设备一旦中断供电 不但影响矿井 连续生产 而且会对矿井安全及作业人员的生命造成严重威胁 比如高瓦斯矿井的主 通风机停运 会导致井下瓦斯气体的大量集聚 导致井下作业人员窒息死亡 或遇明 火造成瓦斯爆炸 主排水系统停运 可能会造成淹井事故 所以 为保障煤矿安全生 产 就必须保证煤矿和矿井中重要机电设备连续供电 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬 1 1 21 1 2 供电可靠性的概念供电可靠性的概念 供电的可靠性是衡量电力系统电能质量的重要指标 可以说 电力系统可靠性的 形成和发展是电力工业本身发展的客观规律所决定的 是客观反映供电系统持续供电 的能力 是电力工业针对国民经济电能需求的满足程度 已经成为衡量一个国家经济 发展水平的重要标准之一 辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应 电力系统可靠性的研究是从多方面 多环节入手 研究系统的故障现象 提出定 量的指标和提升可靠性的措施 电力系统可靠性研究要考虑从发 输 变 配电等不 同情况出发 突出主要矛盾 形成各个条件下的可靠性计算方法 比如研究发电机组 与负荷之间的可靠性称之为电源可靠性 研究变电所主接线及组成主接线的断路器 变压器 母线等元件的可靠性称之为变电所的可靠性 从可靠性管理的角度 电力系 统可靠性分为几个分支 例如 电源可靠性 电网可靠性 电气主接线可靠性 输电 网可靠性等 描述电力系统的各个环节 可靠性的性能指标参数是不同的 可靠与不 可靠的标准也是有差异的 研究电力系统可靠性的目的就是在寻找提高电力系统可靠 性的措施和方法 最终来提高经济效益 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺 1 评价电力系统的可靠性 就是通过一套定量指标来衡量供电部门向客户提供连 续不断的 质量合格的电力供应的能力 包括对系统充裕性和安全性两方面的研究 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜 1 充裕性 即静态可靠性 2 安全性 即动态可靠性 2 电力系统供电规程 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 4 1 保证系统的安全经济运行和连续可靠供电 2 保证操作的灵活性 3 潮流分布合理 电气设备不过负荷 4 便于事故处理 限制事故范围 避免事故扩大 5 使电力系统的电能质量符合要求 3 配电系统供电可靠性 1 配电系统是电力系统与客户联接的重要一环 涵盖了各级电压的配电网 变配 电设备和客户联接的设施 研究配电系统可靠性分为以下三个方面 配电系统可靠 性指标 配电系统可靠性指标的统计 配电系统可靠性预测 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷 2 我国配电系统可靠性的管理 根据国家电力行业标准 配电系统供电可靠性统 计办法 的规定执行 配电系统供电可靠性统计是指供电部门负责运行 维护和管理 的配电系统对用户供电可靠性的统计 可靠性统计中的配电系统 是指由变电所 发电 厂 的 10 6 kV 母线出线侧隔离开关至配电变压器的二次出线侧套管 和 10 6 kV 客户 的电气设备与供电部门产权分界点范围内所形成的网络 如以一台公用配电变压器或 一个 10 6 kV 用电客户单位作为一个用户统计单位 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻 3 供电可靠性评价指标及应用 为了改进配电系统的运行管理 提高供电可靠性 对用户供电可靠性的统计 是 以是否造成对用户停电为标准进行的 为了考察和分析对用户连续供电的能力和配电 系统中各类设备的特性和功能 以及其对供电能力的影响等 对配电系统的供电可靠 性创建了主要评价指标及参考评价指标 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減 随着逐渐加大煤炭的开采量 煤矿的供电系统负荷的也在不断增加 还有矿井电 网中存在的如上下级保护定值配合问题 电网谐振问题 供电半径延长引起的井下压 降过大等问题的出现 也提出了对矿井电网的供电可靠性更高的要求 为了考察和分 析对煤矿供电系统持续供电的能力及其对供电能力的影响等 对煤矿供电系统的供电 可靠性相应建立了同样的评价指标和参考评价指标 稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜 供电可靠性主要评价指标如下 供电可靠率 Rs 可分别统计 1 1 11100 RS 用户平均停电时间 统计期间时间 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 5 式中 RS1 统计期间 对用户有效供电时间总小时数与统计期间小时数比 1 2 21100 RS 用户平均停电时间用户平均受外部影响停电时间 统计期间时间 式中 RS2 统计期间内 不计由于外部影响对用户有效供电时间总小时与统计 期间小时数比值 1 3 31100 RS 用户平均停电时间用户平均限电停电时间 统计期间时间 式中 RS3 在统计期间内 不计系统电源不足限电时 对用户有效供电 时间总小时数与统计期间小时数比值 配电系统供电可靠性评价指标是配电系统从规划 设计 设备制造和安装 直至 生产 运行 管理等各方面的质量和水平的综合体现 其主要应用于 对配电系统 囊括网络架构 设计 运维管理 进行可靠性分析 评价 进行故障分析 开展 可靠性指标预测 确定最佳 合理 的停电检修方式和更换周期 运行方式进行可 靠性定量评价 分析设备的制造和安装质量 陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟 4 影响供电可靠性的因素 1 网络结构方面 供电网络的架构型式 是否为双回或者多回路 双回或者多电源或环网等 网络 的联络方式 供电范围是否合理等 沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應 2 设备方面 设备的技术性能 设计 制造和安装质量 设备自动化程度 设备老化程度 设 备裕度及线路的传输容量 继电保护和自动装置动作的正确性 钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺 3 运行维护和管理方面 设备操作和运行能力水平 维护检修质量及试验水平 带电工作的水平和能力 处理停电事故的能力 通信联络方式 计划停电安排的合理性 人员的业务素质水平 和培训工作 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮 4 环境方面 地理条件 恶劣气象和环境影响的防护水平 社会环境条件和宣传工作情况 5 负荷及上 下级网络方面 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 6 负荷高低及分布情况 负荷的增长 上下级电网网络的影响 包括电源容量 网 络架构 性能和管理水平等 5 提高供电可靠性的措施 提高配电系统供电可靠性应因地制宜 不但要考虑技术上的可行性和必要性 更 要考虑经济上的可能性 以使供电可靠性达到合理的高度 加强配电系统供电的可靠 性 可采用以下措施 謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘 1 改善电源及输电方式 提高电源系统的可靠性 减少对配电系统可靠性的影响 2 改善配电系统网络架构模式 提高运行方式的灵活性 3 提高设备的制造和安装质量 降低设备的使用故障率 尽可能选用先进的技术 装备 提高装备水平 4 合理安排计划停电 统一协调 统筹安排减少重复停电 5 提高运行维护管理水平 加强检修质量 6 加强宣传范围 减少外界及环境因素对运行的干扰 6 煤矿企业对供电的基本要求 6 1 供电可靠 保证不间断供电 2 供电安全 不发生人身触电 不引爆瓦斯煤尘等事故 3 有良好的供电质量 电压 频率稳定 谐波含量在规定允许值 4 供电的经济性 在保证前三项的前提下力求低成本 1 21 2 高瓦斯矿井供电管理存在的问题高瓦斯矿井供电管理存在的问题 煤矿矿井由于受井下环境条件等因素影响 供电环境恶劣 用电不当极易发生供 电事故 给井下生产安全用电提出了更高要求 不断提高供电系统安全可靠性是煤矿 供电系统永恒不变的主题 是企业安全发展经济运行的重要保证 呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚 一 煤矿井下供电系统现状分析 1 1 煤矿井上下供电系统综合自动化水平存有漏洞 实时在线监测监控系统不能及 时配套使用 供电系统的运行的遥信 遥测数据信息等情况不能实时反馈显示 造成 煤矿供电管理人员无法及时掌握矿井供电系统运行的情况 对可能发生的停电故障和 隐患不能及时做出有预见性的防范措施 以避免事故进一步扩大 造成巨大的经济损 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 7 失 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减 2 随着煤矿井下开采能力的延伸需要 提速 提效成为重中之重 大功率机电设 备被广泛推广应用于供电系统中 很大程度上提高了煤矿井下开采综合机械化水平 但其产生的谐波 破坏了低压配电系统中有功和无功间的平衡 使电压出现低质量电 能 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶 3 部分设备老化 运行环境差 故障率高 配置不合理 负荷分配不均匀 谐波 污染等问题 严重影响了设备的高效运行 降低了井下供电系统运行安全可靠性納畴鳗吶 鄖禎銣腻鰲锬 4 软件方面 从管理角度来看 没有长期的计划和具体的规章制度 常常出现应 付了事的情况 对于一部分自动化水平较高的电器设备 还依靠原有的经验来使用 如果煤矿企业不重视对工作人员专业素质的培养 那么不仅会给煤矿的生产效率造成 极大的影响 也会给其带来巨大的安全隐患 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙 5 硬件方面 目前 在我国大部分的煤矿中或多或少都存在着一些共性的问题 例如矿井电气设施的安全系数低 瓦斯抽采系统的功率不足 通风设施的性能降低 老化等现象 一部分的电气设备安全防护性能较差 带着隐患运行 故障率高 超龄 服役 继电保护的灵敏性差或者保护不完善 矿井井下依然有与供电电压不相符的电 缆等状况 这些状况的出现都会降低矿井供电系统的可靠性 灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹 6 矿井用电的负荷容量增长超过供电系统的设计容量 使供电设备长期运行在超 负荷的工作状态 很容易导致设备出现过热 老化 燃烧等状况 导致矿井的供电系 统存在巨大的安全隐患 进而导致事故的发生 后果严重者可能会造成设备人员伤亡 和巨大的经济损失 此外 过负荷运行 使供电设备长期工作在恶劣的环境下 降低 了供电系统的可靠性及供电质量 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝 7 供电电能质量水平降低 随着煤矿机械开采技术的不断进步 煤矿机电设备不 断完善 大型设备不断增加 大幅度的提高了煤矿的开采机械化水平 同时大量变频 整流设备 启动电流较大的设备 变频调速控制系统等应用于井下 它们正常工作时 的频繁启动以及产生的谐波 会直接影响整个矿井的供电系统 破坏供电系统的有功 和无功间的平衡 容易发生谐振等事故 不但影响设备的正常运行 还可能导致井下 各类继电保护和在线检测系统出现 误动 拒动 降低了矿井供电系统的安全可靠 性 攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 8 8 煤矿供电系统实时在线安全监测系统自动化水平较低 由于矿井建设时 受到 资金 工程建设水平等因素的制约 很多矿井没有配置电力安全实时监测系统 或者 在线安全监测系统的自动化水平较低 导致井下的综合运行数据信息不能实时的反馈 回地面 地面上供电系统地操作人员不能实时的掌握供电系统的运行情况 无法对井 下供电系统存在的故障进行检测和控制 这也是导致事故发生的一个因素 趕輾雏纨颗锊 讨跃满賺 9 防爆电器自身防爆性能不符合规范要求 在实际生产中 一些企业和矿井因为 资金短缺或安全意识缺失 应用一些国家已经颁布相关文件明令禁止使用的非防爆开 关或淘汰设备 这些设备在使用中会产生较大能量的电弧 对矿井供电系统的安全可 靠性造成了极大的隐患 同时也对井下作业员工的生命安全造成了极大的威胁 夹覡闾辁 駁档驀迁锬減 山西晋煤集团是省属五大煤炭企业集团之一 其地处沁水煤田 因各矿及各产业 大多为高危行业 被列为山西省一级重要电力用户 2010 年开始 晋煤集团在山西省 资源整合工作指导下 以集团内 10 个大 中型煤矿为主体矿井 对地方煤矿资源进行 整合 形成了几十对的整合矿井 因采掘延伸及区域变化等各种原因 高瓦斯矿井日 益增多 这类矿井对供电连续可靠性要求极高 要求主通风机电源失电不得超过 10 分 钟 而各煤炭资源整合矿井相比主体矿井更是存在设备 技术 管理等各方面的欠缺 这些都对晋煤集团的供电网络及供电安全工作带来了极大的压力 从 2003 年 9 月份至 2014 年 9 月份 主体矿井单回路停电 51 次 双回路停电 32 次 故障全停 23 次 这些 都对矿山供电质量提出了更高的要求 因此亟需构建一个更加科学 完备 合理的供 电模式 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝 1 31 3 提高供电可靠性的有效措施提高供电可靠性的有效措施 针对以上矿井供电中可能存在的问题 和高瓦斯矿井供电的具体情况相结合 煤 矿行业要想保证高瓦斯矿井供电安全可靠的运行 就应该采取以下措施 2 偽澀锟攢鴛擋 緬铹鈞錠 1 增加矿井供电硬件设备的投资力度 尽早将一些落后的供电设施淘汰掉 选择 一些更加先进的矿井供电设备 在选择新的供电设备时 应该以节能高效为主 高低 压的电缆一定要选择煤矿专用的阻燃电缆 并且要及时对矿井的供电设施进行检查和 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 9 维修 緦徑铫膾龋轿级镗挢廟 2 合理规划矿井供电系统的电网架构和运行方式 当前 确保煤矿供电系统可靠 运行的有效方法是双回路 双电源设计 即矿井进线采用双回路电源及两台主变同时 供电 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 或者一台主变高 低压侧断路器跳闸时 全矿井也只能是一半停电 而恢复另一半停电区域的人工操作的工作量相对也小 同时因开关短路开断容量小 出现越级跳闸的可能性也相对要小 对煤矿安全生产危害也最小 除此之外 其他的 主要矿井设施也应该有专门的双回路 比如说通风机 騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼 3 大功率高压电气设备直接启动 瞬间启动电流高 电网压降大 对于供电网络 的冲击也比较大 造成一些对供电质量要求较高的电子元器件设备以及微机保护装置 误动作或者不工作甚至损坏 严重危害矿井正常的安全生产 建议采用变频器或者软 启动控制高压电机启动 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮 4 上下级不同保护装置之间不配合 定值整定不合理或着保护投入不正确等情况 易造成停电事故 在保护配合方面 合理选用保护装置 确保保护装置间协调配合 根据实际负荷情况 对保护定值进行统一整定和计算 根据保护装置的保护范围 合理投入各类保护 确保电气设备安全可靠运行 实现对煤矿井上 下负荷变化 继电保护定值调整 设备运行情况进行实时监测监控 对于在设备出现停电事故时能 够及时告警并作出应急处理 防止事故扩大化 减少停电事故影响范围 应在变电站 或者地面监控中心安装一套井上 下电力系统监测监控系统 确保电气设备安全金额 考地运行 镞锊过润启婭澗骆讕瀘 5 在地面高压变电所就地安装无功补偿装置 或将安装完成的无功补偿装置有效 的投入运行 6 建立健全各种用电管理规章制度 为安全供用电提供依据 7 制定完善的事故应急预案并加强有针对性的演练 预防事故发生 8 加大矿井工作人员的培训力度 提升员工的专业素质 为了做好矿井供电设施 的维修和运行 必须加强对工作人员的技能培训 提升工作人员处理事故 维护 检 修的能力 首先 邀请具有专业技术的工程师到现场对工作人员进行培训 其次 在 煤矿内部 要经常组织技术工程师对工作人员进行专业的岗位训练和专业培训 最后 加强工作人员安全意识的学习 加强矿井工作人员的责任心和服务意识 从而使每一 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 10 位矿井工作人员能够从根本上适应自身的岗位 做好自己的本职工作 促进高瓦斯矿 井供电系统的可靠运行 榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛 9 建立矿井供 用电分析制度 认真分析每月矿井用电量 对井下各地点用电量 进行比较 研究用电负荷分析 设备启动方式分析 供电系统的优化改造的可行性分 析等 认真排查矿井高低压供电线路及供配电设备情况 尤其对 6KV 以上供配电设备 及供电线路进行重点排查 并及时修改井上下高低压供电系统图 做到 数量清 型 号准 状态明 技术资料齐全 建立矿用电缆报废标准和鉴定制度 针对矿井发生 的电缆事故 本着三不放过的原则 积极组织分析 查找原因 对高低压电缆的使用 时间 损伤程度 绝缘护套与芯线的粘连度作出具体规定 杜绝状态差的电缆下井使 用 避免电缆事故发生 提高线路电缆的绝缘 对提高供电可靠性效果显著 邁茑赚陉 宾呗擷鹪讼凑 10 提高实时在线监测系统能力 安装电缆 架空线实时在线监测管理系统 在矿 井变电站安装投运线路接地选线装置 实时监测零序及漏电电流 安装应用红外测温 装置 高压断路器触头和母线上安装测温探头 实时监测母线温度 通过无线传输至 信号采集系统 利用工业网传输实现超温报警等信息化实时监测功能 为检查检修提 供数据信息 实现故障区段在线诊断及恢复 网络过负荷在线实时监测 有目的做好 绘制和分析矿井负荷曲线 计算和统计好电气设备运行技术参数 发现问题 及时指 定整改措施和整改时间 保证井下生产高效经济进行 提高供电的安全可靠性 嵝硖贪塒 廩袞悯倉華糲 总之 煤矿供电系统的运行工作环境较复杂恶劣 因此如何提升高瓦斯矿井供电 系统的安全可靠性将是一个需要长时间研究的课题 促使矿井供电系统改善安全可靠 性的现状 应该结合多方面因素 结合实际情况 综合考虑人力 财力 物力等因素 制定完善可靠的供电系统结构 保证矿井生产安全可靠 稳定高效的进行 该栎谖碼戆沖巋 鳧薩锭 1 41 4 本论文的主要研究内容本论文的主要研究内容 煤矿的供电系统 一般来自于地方电网的变电站或发电厂 电能送到煤矿以后再 经变压器降压后供给煤矿各个用户 这样就组成了煤矿供电系统 煤矿的用电电压一 般为 6 110kv 根据煤矿的井型及所在地区的电力系统的电压而定 一般为 太原理工大学工程硕士研究生学位论文 11 35 110kv 的双电源受电 经总降压站后 以高压向地面 井下变电所及高压用电设备 等配电 组成高压供电系统 各变电所经变压器向低压用电设备配电 组成低压供电 系统 劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙 煤矿电力负荷的分类 1 一类负荷 一级 I 类 监测监控 主排水 主通风机房 立井绞车 瓦斯抽 放泵站设备 会造成人员死亡或者经济重大损失者 臠龍讹驄桠业變墊罗蘄 2 二类负荷 二级 II 类 会导致经济较大损失或重要用户正常生产者 3 三类负荷 三级 III 类 中断供电不会造成经济损失或其他方面的损失者 矿井供电系统的分类 1 深井供电系统 对于开采煤层较深 用电负荷大 供电距离长的矿井 直接将 6kv 或者 10kv 高压送入井下的系统一般称为深井供电 鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞 2 浅井供电系统 对于开采煤层埋藏浅 用电负荷较小 供电距离短的矿井 可 通过井筒或钻孔直接将低压送入井下 称为浅井供