煤礦供配電系統的的要求和危害簡述

[摘要]我國煤炭資源開采大多是在井下進行，其特殊的開采空間、煤層結構使得煤礦井下環境十分惡劣。采掘面周圍含有大量的瓦斯、煤塵等易燃、易爆物質，如果用電不當，很容易由于用電設備出現漏電等發生電火花引起井下發生瓦斯煤塵爆炸等嚴重事故。本文將結合我的工作經驗，就工程中常用的提高煤礦供配電系統諧波的原因與危害及具體對策和措施進行歸納總結，以便為其它相關工程提供一定的理論依據。

1、煤礦對供電系統的主要要求

電力是煤礦的主要能源，是礦山一切生產生活活動的中心樞紐，為確保安全和生產，煤礦對供電有四個基本要求：

1．1 供電安全

供電安全包括人身安全、礦井安全、設備安全三個方面。煤礦主要是地下作業，井下巷道空間狹窄，頂板及外界因素可能受力于供電設備及電纜，環境潮濕易使絕緣降低。因此，煤礦供電必須保證安全，嚴格遵守《煤礦安全規程》的有關規定。

1．2供電可靠

供電可靠是指不間斷供電。根據負荷重要程度不同，煤礦電力負荷分為三類，各類負荷對供電可靠的要求不同，采取的供電方式不同。礦井作為井上下作業，地面供電由于技術規范的原因，一些供電線路安裝敷設安全系數低。使用裸露線增加了線路損壞的概率。

1．2．1一類負荷

凡因突然停電會導致人身傷亡事故或重要設備損壞或給生產造成重大損失的負荷。如主通風機、提升人員的立井提升機、井下主排水泵、高瓦斯礦井的區域扇風機以及上述設備的輔助設備等。對一類負荷供電必須有可靠的備用電源，一般是由變電所直接引出的雙回路供電。

1．2．2二類負荷

因突然停電可能造成較大經濟損失的負荷。生產設備大多是二類負荷，如非提升人員的主提升機、壓風機以及沒有一類負荷的井下變電所等。對大型礦井的二類負荷，一般采用具有備用電源的供電方式，即由變電所直接引出的雙回路供電。

1．2．3三類負荷

不屬于一、二類的所有負荷都屬于三類負荷。如生產輔助設備、家屬區、辦公樓、機修廠等。對三類負荷供電可靠陛沒有特殊要求，可采用一條線路向多個負荷供電，以減少設備投資

1．3供電質量

供電質量是指供電電壓、頻率保證為額定值。我國煤礦一般要求電壓偏差不超過額定電壓的±5％，而頻率偏差不超過士0.2.0.5HZ。頻率的質量是由發電廠保證的；電壓的質量是靠降低電源內阻抗和輸電線路上的電壓損失而保證的。

1．4供電經濟

供電經濟是指礦井供電系統的投資、電能損耗及維護費用少。這就要求合理的確定供電系統，優選質量高、損耗小、價格低的系統設備，但是必須在滿足上述三個要求的前提下，盡量保證供電的經濟性。

2、煤礦供配電系統中諧波的原因

煤礦供配電系統中的主要諧波源是含半導體的非線性元件，如為礦井提升機、通風機、主排水泵、帶式輸送機、架線式電機車等設備節能和控制用的電力電子設備。諸如各種變頻器、交直流換流設備、變流器、整流設備等。煤礦供電網絡諧波的危害主要是造成電網的功率損耗增加，設備壽命縮短，接地保護功能失靈，遙控功能失常，線路和設備過熱等，還會引起變電站局部的并聯或串聯諧振造成電力互感器。變電站系統中的設備和元件產生附加的諧波損耗，使造成供電網絡設施損壞、元器件老化，造成電子保護裝置誤動作，增大附加磁場的干擾等。

3、煤礦供配電系統中諧波的危謇

3．1影響線路的穩定運行，供配電系統中的電力線路與電力變壓器一般采用電磁式繼電器、感應式繼電器或晶體管繼電器予以檢測保護，使得在故障情況下保證線路與設備的安全。但由于電磁式繼電器與感應式繼電器對1O％以下含量高達40％時又導致繼電保護誤動作，因而在諧波影響下不能全面有效地起到保護作用。

3．2影響電網的質量，電力系統中的諧波能使電網的電壓與電流波形發生畸變。如三相配電線路中，相線上的3的整數倍諧波在中性線上會疊加，使中性線的電流值可能超過相線上的電流另外，相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產生同次諧波的有功功率與無功功率，從而降低電網電壓，浪費電網的容量。

3．3當諧波電流流經變壓器時會導致銅損和雜散損耗增加，諧波電壓則會使鐵損增加。還可導致變壓器的基波負載容量下降，效率降低以及變壓器鐵芯振動，噪聲增加壽命縮短；諧波電流和電壓會造成電動機鐵損和銅損的增加引起額外溫升，導致電動機效率降低，諧波會造成電容器過電流，使電容器與供配電系統產生并聯諧振或串聯諧振，這將造成電容器迅速發生故障。同時。電容器會放大諧波，增大諧波對礦井供配電系統的影響。此外，諧波會對通訊和信息系統產生干擾，降低信號的傳輸質量。另外，礦井供配電系統中的諧波電壓和電流，會導致供配電系統中各類保護及自動裝置產生誤動或拒動。諧波如果不經過治理直接進入上級電網，將會給電網帶來嚴重的諧波污染。

4、煤礦供配電系統諧波治理

鑒于諧波存在多方面的危害，對礦井安全生產和生活存在很大隱患。在礦井供配電系統中，應積極采取消除或抑制諧波危害的防范措施。

4．1電力電纜的選擇

在礦井供配電系統電力電纜截面的選擇中，應考慮諧波引起電纜發熱的危害。對于連接諧波主要擾動源設備的配線。確定電纜載流量時應留有足夠裕量，必要時可適當放大一級選擇電纜截面。

4．2合理選擇變壓器

正確合理地選擇變壓器的接線方式，能阻止不平衡電流和3N次諧波電流從原邊傳到電源配電系統中。在三角形／星形變壓器里。不平衡電流和3N次諧波電流在原邊繞組內循環流動而不會傳人電源配電系統中。礦井供配電系統中各級變壓器應多采用三角形，星形變壓器。在根據負載確定電力變壓器額定容量時，應考慮諧波畸變而留有裕量。在礦井設計中一般應保證變壓器負荷率在70％一80％，該裕量可防范諧波引起的變壓器發熱危害。

4．3諧波補償裝置進行補償

對礦井中的主要諧波源，如：大功率提升機、通風機、帶式輸送機的變頻設備，在運行過程中會引起較嚴重的高次諧波污染。為了擬制變頻器在運行中產生的諧波，需增加諧波補償裝置，使輸入電流成為正弦波。傳統的諧波補償裝置是采用LC調諧濾波器，它既可補償諧波。又可補償無功功率。但其補償特性受礦井供配電系統阻抗和運行狀態影響。電力電子器件普及后。運用有源電力濾波器進行諧波補償將成為主要方法，有源濾波器的工作原理是從補償對象中檢測出諧波電流，然后產生—個與該諧波電流大小相等、極性相反的補償電流，從而使電網電流只含有基波分量。

4．4構筑完善井下低壓供電系統繼電保護系統

在低壓供電系統繼電保護設計和技術改造時，應充分結合分級閉鎖和選擇性斷電控制技術，保證井下各機電設備高效穩定、節能經濟運行，為礦井低壓供電系統安全可靠供電提供重要支持。

總之，煤礦井下供電系統運行在一個復雜環境中，提高其運行安全可靠性是一項系統、長期持久的工作。抓好煤礦安全供電，電氣設備和供電系統保護是基礎只要管理到位，職工技術業務過硬，裝備優良，嚴格執行相關規定，就一定能做好供電安全工作，確保礦山安全。