煤矿供配电系统的的要求和危害简述

[摘要]我国煤炭资源开采大多是在井下进行，其特殊的开采空间、煤层结构使得煤矿井下环境十分恶劣。采掘面周围含有大量的瓦斯、煤尘等易燃、易爆物质，如果用电不当，很容易由于用电设备出现漏电等发生电火花引起井下发生瓦斯煤尘爆炸等严重事故。本文将结合我的工作经验，就工程中常用的提高煤矿供配电系统谐波的原因与危害及具体对策和措施进行归纳总结，以便为其它相关工程提供一定的理论依据。

1、煤矿对供电系统的主要要求

电力是煤矿的主要能源，是矿山一切生产生活活动的中心枢纽，为确保安全和生产，煤矿对供电有四个基本要求：

1．1 供电安全

供电安全包括人身安全、矿井安全、设备安全三个方面。煤矿主要是地下作业，井下巷道空间狭窄，顶板及外界因素可能受力于供电设备及电缆，环境潮湿易使绝缘降低。因此，煤矿供电必须保证安全，严格遵守《煤矿安全规程》的有关规定。

1．2供电可靠

供电可靠是指不间断供电。根据负荷重要程度不同，煤矿电力负荷分为三类，各类负荷对供电可靠的要求不同，采取的供电方式不同。矿井作为井上下作业，地面供电由于技术规范的原因，一些供电线路安装敷设安全系数低。使用裸露线增加了线路损坏的概率。

1．2．1一类负荷

凡因突然停电会导致人身伤亡事故或重要设备损坏或给生产造成重大损失的负荷。如主通风机、提升人员的立井提升机、井下主排水泵、高瓦斯矿井的区域扇风机以及上述设备的辅助设备等。对一类负荷供电必须有可靠的备用电源，一般是由变电所直接引出的双回路供电。

1．2．2二类负荷

因突然停电可能造成较大经济损失的负荷。生产设备大多是二类负荷，如非提升人员的主提升机、压风机以及没有一类负荷的井下变电所等。对大型矿井的二类负荷，一般采用具有备用电源的供电方式，即由变电所直接引出的双回路供电。

1．2．3三类负荷

不属于一、二类的所有负荷都属于三类负荷。如生产辅助设备、家属区、办公楼、机修厂等。对三类负荷供电可靠陛没有特殊要求，可采用一条线路向多个负荷供电，以减少设备投资

1．3供电质量

供电质量是指供电电压、频率保证为额定值。我国煤矿一般要求电压偏差不超过额定电压的±5％，而频率偏差不超过士0.2.0.5HZ。频率的质量是由发电厂保证的；电压的质量是靠降低电源内阻抗和输电线路上的电压损失而保证的。

1．4供电经济

供电经济是指矿井供电系统的投资、电能损耗及维护费用少。这就要求合理的确定供电系统，优选质量高、损耗小、价格低的系统设备，但是必须在满足上述三个要求的前提下，尽量保证供电的经济性。

2、煤矿供配电系统中谐波的原因

煤矿供配电系统中的主要谐波源是含半导体的非线性元件，如为矿井提升机、通风机、主排水泵、带式输送机、架线式电机车等设备节能和控制用的电力电子设备。诸如各种变频器、交直流换流设备、变流器、整流设备等。煤矿供电网络谐波的危害主要是造成电网的功率损耗增加，设备寿命缩短，接地保护功能失灵，遥控功能失常，线路和设备过热等，还会引起变电站局部的并联或串联谐振造成电力互感器。变电站系统中的设备和元件产生附加的谐波损耗，使造成供电网络设施损坏、元器件老化，造成电子保护装置误动作，增大附加磁场的干扰等。

3、煤矿供配电系统中谐波的危謇

3．1影响线路的稳定运行，供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对1O％以下含量高达40％时又导致继电保护误动作，因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。

3．2影响电网的质量，电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。如三相配电线路中，相线上的3的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。

3．3当谐波电流流经变压器时会导致铜损和杂散损耗增加，谐波电压则会使铁损增加。还可导致变压器的基波负载容量下降，效率降低以及变压器铁芯振动，噪声增加寿命缩短；谐波电流和电压会造成电动机铁损和铜损的增加引起额外温升，导致电动机效率降低，谐波会造成电容器过电流，使电容器与供配电系统产生并联谐振或串联谐振，这将造成电容器迅速发生故障。同时。电容器会放大谐波，增大谐波对矿井供配电系统的影响。此外，谐波会对通讯和信息系统产生干扰，降低信号的传输质量。另外，矿井供配电系统中的谐波电压和电流，会导致供配电系统中各类保护及自动装置产生误动或拒动。谐波如果不经过治理直接进入上级电网，将会给电网带来严重的谐波污染。

4、煤矿供配电系统谐波治理

鉴于谐波存在多方面的危害，对矿井安全生产和生活存在很大隐患。在矿井供配电系统中，应积极采取消除或抑制谐波危害的防范措施。

4．1电力电缆的选择

在矿井供配电系统电力电缆截面的选择中，应考虑谐波引起电缆发热的危害。对于连接谐波主要扰动源设备的配线。确定电缆载流量时应留有足够裕量，必要时可适当放大一级选择电缆截面。

4．2合理选择变压器

正确合理地选择变压器的接线方式，能阻止不平衡电流和3N次谐波电流从原边传到电源配电系统中。在三角形／星形变压器里。不平衡电流和3N次谐波电流在原边绕组内循环流动而不会传人电源配电系统中。矿井供配电系统中各级变压器应多采用三角形，星形变压器。在根据负载确定电力变压器额定容量时，应考虑谐波畸变而留有裕量。在矿井设计中一般应保证变压器负荷率在70％一80％，该裕量可防范谐波引起的变压器发热危害。

4．3谐波补偿装置进行补偿

对矿井中的主要谐波源，如：大功率提升机、通风机、带式输送机的变频设备，在运行过程中会引起较严重的高次谐波污染。为了拟制变频器在运行中产生的谐波，需增加谐波补偿装置，使输入电流成为正弦波。传统的谐波补偿装置是采用LC调谐滤波器，它既可补偿谐波。又可补偿无功功率。但其补偿特性受矿井供配电系统阻抗和运行状态影响。电力电子器件普及后。运用有源电力滤波器进行谐波补偿将成为主要方法，有源滤波器的工作原理是从补偿对象中检测出谐波电流，然后产生—个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含有基波分量。

4．4构筑完善井下低压供电系统继电保护系统

在低压供电系统继电保护设计和技术改造时，应充分结合分级闭锁和选择性断电控制技术，保证井下各机电设备高效稳定、节能经济运行，为矿井低压供电系统安全可靠供电提供重要支持。

总之，煤矿井下供电系统运行在一个复杂环境中，提高其运行安全可靠性是一项系统、长期持久的工作。抓好煤矿安全供电，电气设备和供电系统保护是基础只要管理到位，职工技术业务过硬，装备优良，严格执行相关规定，就一定能做好供电安全工作，确保矿山安全。