露天煤矿供电系统安全性可靠性分析

韩玉林

摘 要：在露天煤矿的生产过程当中，煤矿的供电系统乃是煤矿生产当中至关重要的构成部分，也是露天煤矿实现安全性能生产的先决因素。然而，如果想要提高煤矿的供电系统安全性与可靠性，则是一项具有持续性与艰巨性的长期任务。并且在煤矿生产的过程当中，这也是一项非常错综复杂的庞大的系统工程。如果想要做好露天煤矿系统安全性以及可靠性的相关研究，必须采取极为有效的策略与手段，这对于增强露天煤矿的安全性能以及生产效率来说，都起到了不可估量的重要作用。该文的研究宗旨便是通过分析当前煤矿供电系统现状的一些所存弊端，且总结出一些相关的优化策略，希望从而能够有效的提高露天煤矿供电系统的安全性能与可靠性能，为我国露天煤矿的高效运行提供一份坚实可靠的保障。

关键词：露天煤矿 供电系统 可靠性 安全性

中图分类号：TD612 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（a）-0213-02

煤矿企业一直都是我国非常重要的能源企业，故此，确保其生产的安全性能与可靠性能对煤矿企业来说具有着至关重要的意义。但是，随着近年来煤矿企业工作任务的逐年递增，对于供电的需求量也日渐增大，可当前国内的诸多露天煤矿的供电系统方面的安全性能与可靠性能方面还存在着颇多问题，例如说：供电设备过于陈旧老化、供电设备超过使用期限没有及时更换、供电系统的自身构造不够科学合理、许多大中型供电设备的系统都存在着或多或少的故障等，这些因素都在很大程度上制约了露天煤矿供电系统其安全性与可靠性的发挥。故此，如果想要确保露天煤矿可以按照预计顺利生产，那么将这些安全隐患彻底解决便成为了煤矿企业的当务之急。该文便针对露天煤矿供电设备系统的现状进行了分析、阐述，并根据现状中的所存问题进行了简要的分析，且提出了相关的优化措施，希望能为煤矿企业的安全性能与可靠性能提供一份有效的保障。

1 增强露天煤矿供电系统安全性、可靠性的意义阐述

第一，增强煤矿供电系统的安全性、可靠性可以非常有效地避免事故以及故障的发生，这对于保证工作人员以及人民的生命财产安全来说，具有着至关重要的意义；第二，增强煤矿供电设备系统的安全性、可靠性能够降低供电设备的维修费用，且降低供电设备的维修周期，促使煤矿生产可以更为顺利的进行，这从很大的程度上提升了煤矿生产的经济效益。故此，无论是从安全性的角度出发，还是从经济性的角度出发，增强露天煤矿供电系统的安全性与可靠性对于煤矿企业来说，都是能够保证安全生产最为可靠的有效途径，也是当前露天煤矿生产的先决条件。

2 露天煤矿对于供电系统安全性、可靠性根本要求阐述

供电系统的安全性与可靠性乃是露天煤矿其生产设备的基本动力保障，故此，供电系统的安全性能与可靠性能实惠直接影响到生产设备的工作效率与露天煤矿的经济收益。除此之外，供电单位其管理水平的优劣与技术水平的高低也会由此反映出来。故此，保证露天煤矿供电设备系统的安全性能与可靠性能，是至关重要的事情。

根据国际国家标准中《电能质量供电电压允许偏差》以及《矿山电力设计规范》中的制定标准，露天煤矿的采矿现场其架空供电的线路按要求不应当少于两个回路。两个回路的供电线路，其每个回路的供电能力不应当小于全部电力负荷的70%。当使用三个回路的供电线路时，每个回路的供电能力不应当小于全部电力负荷的50%。而采矿场内部的供电线路，也应当使用沿着采矿场边缘所进行架设的环形或者半环形的干线式、固定式、放射式的供电线路。高压电力网所配备的电压，应当使用6 kV或者10 kV。如果是35 kV或以上的供电电压其偏移程度不应当超过额定电压的±5%。而10 kV或者以下的三相供电电压所允许偏差的数值为额定电压的±7%。

3 露天煤矿供电设备系统现状中所存的问题分析

3.1 煤矿供电系统中电气设备的问题

当前，国内诸多煤矿还都存在着一些普遍问题，例如说：瓦斯抽取系统的功率不足、通风设备老化，造成安全性能降低、井下电气设备的安全系数与可靠系数都非常低。部分的煤矿开采区其变电所自建设以来，只要当初的电气设备还能够使用，基本上都不曾进行更换，安全性能与可靠性能非常落后。除此之外，这些电气设备中的大部分设备都并不符合煤矿相关安全规程条例中的规定，其变电设备超过期限仍然“在岗服役”的情况早已数见不鲜，故障问题与事故问题频频发生；电气设备的防爆性能也没有达到相应标准，缺乏技术性的控制；其井下依然存在着非阻燃电缆等，这些情况的存在都导致供电系统的可靠性大大降低。

3.2 煤矿供电系统构造及运行模式有待规范化

由于当前部分矿井所采取的供电方式乃是电厂光电，所以一旦矿井所供电的电厂发生故障问题，便会直接影响到露天煤矿的供电系统，从而造成矿区供电系统安全性能的降低，从而触发安全事故。除此之外，大部分矿井也都存在着供电系统其电路接线复杂的情况，母线接线大多也不符合相关规定的要求，这些因素都在极大程度上对供电系统的安全性能与可靠性能带来了负面的影响。

3.3 露天煤矿供电系统的故障问题以及影响因素

（1）高压线路以及电缆连接器的故障问题。一般来说，该问题主要是由以下几个方面的原因导致的：其一，由于露天煤矿的生产环境，造成高压铠装电缆的钢丝层以及钢带非常容易生锈、腐蚀，甚至可能发生损坏；其二，由于高压屏蔽，电缆连接器的密封不够严密，便导致内部进水以及受潮，从而便引起了电缆或者连接器的绝缘性能下降，导致高压断电；其三，高压电缆因为被挤压变形、扎破或者划伤等情况，都会导致高压断电事故的发生。

（2）电气设备开关柜的故障问题。造成电气设备开关柜产生故障的原因如下：其一，检查维修以及维护都不到位，这便造成开关柜出现了断相或者误动作的现象；其二，开关柜继电保护系统装置其动作不够灵敏；其三，因人为原因造成开关损坏，从而引发故障发生。endprint

（3）变压器的故障问题。由于露天煤矿的产量逐年提高，各种电力设备都处于了满负荷运行的状态，这便造成变压器的容量根本无法满足其供电负荷，非常容易出现超负荷运转的情况。故此，变压器便会出现绝缘老化或机器过热的现象，在变压器保护装置失灵的情况下很容易造成变压器故障。

（4）工作人员违规操作的问题。露天煤矿当前所使用的防爆型电器其安全性能与可靠性能皆严重不足，并且接线腔内没有闭锁功能，这便增加了工作人员违规操作的可能性。

3.4 露天煤矿用电设备的供电距离问题

当前，我国露天煤矿的生产作业其供电的电源方式大多是从移动变电站的主干线，通过开关柜而后按照设备的电力负荷经过分线箱，通过支线是可以供给一个钻机以及一个电铲的动力电源。但是随着其露天煤矿生产规模的不断扩大，用电设备的装机容量也随之不断增加。当前露天煤矿的容量所使用的用电设备乃是产自太原重型机械厂所生产的挖掘机，型号为：WK-55，其装机容量已经达到3000 kVA。在挖掘机进行作业的过程中是，工作电流是非常巨大的，很容易造成电网电压的剥夺，这便阻碍了设备本身以及辅助设备转机的正常生产运作。科学合理的控制该项设备的供电距离以及供电的电缆使用规格才是提高此设备工作效率的基本保证。

4 提升露天煤矿供电系统的安全性与可靠性的具体应用措施

4.1 及时更换电气设备，从而提高供电系统的安全可靠性能

依照煤矿其安全规程的相关规定中对于现有的不够符合标准要求的电气设备进行及时的更换以及改造，其具体的实施措施如下：其一，保证高低压开关微机的智能控制、免维护与真空化，保护装置应当齐全且完好；其二，煤矿的变压器在选择上应当满足国家标准1094～2007中的有关标准，选用干式的变压器，而露天煤矿的大型机电设备在选择上应当满足国家标准1094～2007的有关标准，选用干式的变压器，煤矿中的大中型机电设备的选取上应当尽量以高效节能的大中型机电设备为主；其三，露天煤矿区的变电所应当配备远程的监控系统，且要具备“四遥”的功能。“四遥”功能指的是：遥控、遥测、遥信、遥视，从而实现电网监控的自动智能化。

4.2 露天煤矿的电网构造设计以及运行方式应当科学合理

（1）电网结构的设计问题改善措施。科学合理的电网结构乃是为煤矿供电系统提高安全运行、稳定运行的有效保障。当前，为了确保煤矿供电系统的安全性以及可靠性的对比有效途径乃是双回路设计与双电源设计。因为当前矿井中的电气设备比较多，这便造成了用电负荷过于巨大，所以矿井便必须具有双回路设计的独立电源线路。当其中的某一回路出现了问题与故障时，其中一条回路需要能够承担煤矿井内的所有符合，而两条回路不能做同时运行，但其中的一条回路在运行的过程中时，另一条回路也必须带电备用。除此之外，双回路与双电源也必须来自于不同的变压器以及不同的母线，并且确保各个不同的电源以及回路的独立性质。

露天煤矿电网的运行模式。在电网结构完全建立之后，一定要对其运行的方式做出非常科学合理的安排，并需要本着经济适用、安全可靠的原则进行。第一，为了避免因系统发生故障而影响了回路电源的正常运作，从而导致事故的范围增大，故此必须对双回路采用分列运行的方式；而环网供电则应当采用开环的运行方式；第二，应当加强对于电网运行模式的调度管理制度，应当始终对于变电所之内的母线所联络开关的分合闸的状态进行调度的监控与调整；第三，各种大中型的机械设备应当进行网络分流的管理，如此便能够有效减少不必要的消耗，也可以保证能源的有效节约，从而实现企业经济运行的模式；第四，环网供电的最大负荷量应当利于继电保护系统的设置，而且需要满足该保护装置的整体需要。

4.3 对坑下无人值守的移动变电站加强微机保护和监测系统的应用

黑岱沟露天开采方式。矿区内18台移动变电站负责采掘场的供电，移动变电站15台为加拿大培顿库克公司的，3台为加拿大UEE公司的，其技术在国际上处于领先地位，并且配置了先进的综合保护装置和移动变电站集中监控系统。

移动变电站综合保护装置有西门子、通用电气和SEL等几家，装置的通信接口有RS232和RS485等，各自的通信规约也有所不同，因此在集中监控系统中，要兼容各个厂家的通信接口和通信规约。

矿调度和供电工区以及矿主管部门对所有的移动变电站的运行数据实行集中采集并实现集中控制，同时运行人员有权对运行参数、方式进行修改。

15台为加拿大培顿库克公司生产的移动变电站能够实现：一台变压器油位、温度、压力越限报警，中性点接地报警信号上传，进线及配出柜的电压、电流、有功及接地故障告警信号的显示，开关的分合闸状态显示。3台UEE生产的移动变电站应实现：35 kV侧的保护故障的告警显示，变压器各种保护的监控，进线及配出柜的保护装置信号的显示，以及开关的分合闸状态。

监控主机具有主处理器及服务器的功能，是移动变电站集中监控系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询，操作指导，操作控制命令的解释和下达等，实现所有移动变电站的运行监视。采用双机配置原则，两台互为热备用工作方式，当一台主机故障时，另一台主机能执行全部功能，实现无扰动切换。

监控主机设在供电队，调度室设监控分机，数据存储期在1年以上。

分站与主机之站为无线联络，投标方应充分考虑露天矿的地形，天气因素，保证信号稳定传输，且符合无线通讯网络的有关规定。

移动站各点采集具有独立的采集功能，一个采集点的故障不得影响其他信息传输。

4.4 在矿区变电所采用SVC无功补偿装置提高功率因数和电压质量

无功补偿装置，在供电系统中起到提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的的非常重要装置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统电压波动，谐波增大等诸多因素。

黑岱沟变电站安装的静止无功补偿器（SVC）补偿容量达13000 kVar。SVC是一种的并联无功发生或者吸收装置，可以调整其输出为容性或感性电流从而达到控制电力系统特定参数（通常是母线电压）的目的。它包括TCR、TSR、TSC以及它们之间或与机械投切式无功补偿设备（MSC/MSR）构成的某种组合体，它属于基本晶闸管控制/投切型FACTS控制器。

5 结语

综上所述，露天煤矿的能源生产条件以其坑下的作业环境是比较复杂的，所以在煤矿供电设备系统中的安全隐患也有很多，故此，提高供电设备系统的安全性与可靠性一直都是露天煤矿供电管理人员刻不容缓的义务与责任。然而，加强煤矿供电设备的监督管理工作，还需要煤矿各级供电专业的技术人员与煤矿供电专业的管理人员共同协商，总结有效经验，而后创新出有效的管理策略与措施，缩短供电线路之间的距离并科学合理的分配供电负荷，从而有效的保证煤矿供电设备的检查、维修、维护的质量。如此一来，煤矿生产设备的故障停机时间便会有效缩短，露天煤矿的生产效率便会得到可靠的保障，其安全隐患也会缩小许多，这对促进煤矿企业的可持续发展来说，起到了不可忽略的重要意义。endprint