矿山供配电系统的优化设计.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 18 矿山供配电系统的优化设计 黄有兴 湖南黄金洞矿业有限责任公司，湖南 岳阳 414506 摘要：摘要：伴随着我国经济建设的持续加速，我国的工业化进程也在飞速地发展，尤其是在矿山行业，机械化和自动化程度的提高，使得矿山企业获得快速的发展，这也离不开电力的大力支持，因此，如果矿山行业想要在我国激烈竞争的市场经济中，获得更长期、更有效的发展，就必须对供电系统进行持续地改进，从而让供电系统可以达到更高的质量。在对矿山供配电系统分析研究的基础上，结合矿山的实际情况，探讨我国目前的矿山供配电系统，提出切实可行的运行方案，降低矿山的用电量和运行成本，为我国的节能事业做出贡献。关键词：关键词：矿山；供配电系统；优化 中图分类号：中图分类号：TD611 在现代工业中，电能扮演着重要的角色，它可以被其它形式的能源转化，也可以被转化为其它形式的能源，这一特性有助于实现生产过程中的自动化。因此，做好矿山电力供应工作，对于促进矿山工业的发展和实现矿山工业的现代化，有着非常重要的作用。尽管在矿山企业中，电能的使用已经变得越来越普遍，但在供配电设计中，仍需进行一些优化。做好矿山企业供电工作，对节约资源、支持国家经济建设具有重要作用。矿业企业在国家经济建设中的重要作用是毋庸置疑的，矿山企业对供电的最大需求就是不间断的供电，即使是在电力系统出现故障的时候，也要确保其不间断的运行，同时还要确保其人身安全和设备不会受到破坏。1 我国矿山供配电系统现况 1.1 地面供电系统 当前，我国矿山的电力供应主要分为两类：一是地面变电站，二是高、低压配电网。地面变电站有两条线路，其中一条线路出现故障，另外一条线路还能继续供电。入厂电压为 35KV 或 10KV 高压电。变电站内，至少要有两台变压器，这样才能保证其中一台不停地工作，另外一台也能保证安全生产。对于矿山一级负荷场合，则采用双回路双电源的供电系统，以确保其设备的电力供应安全。1.2 井下供电系统 矿山电力供应系统由中心变电站、采区变电站、高压配电柜、低压配电柜及高、低压电缆组成。井下中心变电站采用双回路供电。就像地面电力系统，当其中一条线路断电后，其它线路仍然可以继续供电。中心变电站一般都设置为井下高压变电站，通过高压配电柜分为多路高压电向井下采区变电站供电。随着矿山集中化、自动化程度的提高，采区内的装备能力有了很大的提高，需要更为稳定的工作电压。在六七十年代早期，一些大型矿山也把重点放在对配电网的优化上。2 矿山供电系统的基本特征 2.1 可靠性高 表 1 矿山电力负荷表 级别 特性 主要场景 一级负荷 突然中断供电会造成人员生命危险，重要设备损坏报废，造成重大经济损失的，均属一级负荷 如矿井的主排水泵，矿井主通风机和竖井载人提升机等 二级负荷 突然停电会严重减产，造成较大经济损失的为二级负荷 如井下和地面生产系统的主要设备 三级负荷 不属于一级和二级负荷的为三级负荷 如机修厂、生活福利设施 供电可靠性是指电力供应的连续性和稳定性，以及电力供应的可靠性。高可靠度要求矿山电力系统具有较强的持续性供电能力。当电力设备设施发生故障时，供电线路发生故障，电力设备发生故障时，应采取相应的保护措施，以确保电力系统的正常运行。在矿山供电系统中，为保证矿山设备设施一级负荷的不间断供电，一般采用两种电源。采用双回路独立供电线路，保证主要设备及电力系统安全运行。对于其他电气设备，应采取完善的安全防护措施，减少对生产的影响，保证矿山电力系统的高可靠性，不但能让电中国科技期刊数据库 工业 A 19 力供应系统更稳定地运行，减少电力供应故障对开采造成的影响，确保矿山的开采效率，而且还能降低电力供应系统的维护和保养费用，减轻维修人员的工作强度，从而极大地提升矿山的开采效率。其矿山电力负荷表如下表 1。2.2 具有安全保障 所谓安全保障，是指矿山供电系统必须具有高安全性。矿山电力系统因其特殊而复杂的地理环境，加之其特殊的自然条件，使得电力系统的安全运行，对矿山的正常生产有着重要的影响。为了确保矿山电力系统的平稳、持续、可靠地运行，采取防爆、防触电、防漏电等安全技术措施，以增强矿山电力系统的安全性。与此同时，利用先进的科技手段，对供电系统的参数展开动态监测，对供电线路和电气设备的运行状况进行实时监控，对供电系统实行动态实时管理，进而提升供电系统的整体安全性，保证矿山电气设备和操作人员的更高安全性。2.3 技术合理 技术合理指的是运用现代的先进技术，更好地保障了矿山供电系统的技术合理性。在矿山供电系统的建设和改造过程中，要根据供电系统中的负荷分布状况，对供电线路进行合理的布置，以降低线路的损耗。矿山电力设备的各种保护装置，必须有专门的人员进行设定。在供电系统运行过程中，随着供电系统负荷的剧烈波动，需要对各种保护装置进行适时的设置和调试。在对设备的保护设施进行设计与安装时，应采用选择性停电控制技术和分级保护技术，最大程度地保证矿山供电设备的稳定性和连续性。对电力设备、电力电缆等进行适当的防护，可达到对其进行防护的目的。同时，运用现代科学技术，科学合理地控制电网中的电压偏置、频率差、功率因数等功率参数，强化电力供应的技术管理，使供电系统更加合理。2.4 经济效益高 矿山企业以经济效益为中心，以利润最大化为终极目的，但矿山电力系统的电力消耗在整个企业的成本中所占的比重较大。所以，电力供应系统的建设与技术改造的好坏，将对企业的经济效益有很大的影响。在矿山供电系统的建设与技术改造过程中，应把满足生产需要、实现可持续发展作为根本目的，把降低投资、降低改造作为主要原则，确保供电系统技术的先进、简便。要使电力系统结构简单，技术先进，经济效益合理，持续稳定发展，同时又要保证电力系统的安全运行。与此同时，要采用高科技和高稳定性的设备，以减少对电力系统的维修费用，降低系统的维修费用，从而提升矿山电力系统的运转效率，不断提升企业的经济效益。3 矿山供电系统存在的问题 3.1 供电系统负荷不平衡 矿山供电系统在实际工作中经常受到电网负载不均衡的限制。首先，矿山井下供电系统通常采用三相三线制供电，矿山中的电力设备在恶劣的工作条件下，在使用电力设备的现场，由于粉尘大，在潮湿环境作业，容易造成电力设备的短路损坏，造成电力设备的失效，造成电力系统的三相负荷不均衡；其次，在矿山中，电缆在安装的时候，经常会受到挤压、撞击、切割等物理损伤，引起相间短路或者单相接地,出现电力事故。由于上述原因，矿山电力系统中的负载失衡问题十分严重,三相负载失衡不仅会极大地降低电力系统的运行效率,而且会严重地影响矿山的正常生产。3.2 用电设备与供电系统不匹配 当前，随着矿山生产机械化的应用和技术升级的加速，对矿山的供电系统提出更高的要求，在设备经过更新之后，由于原有的供电体系已不能很好地适应新设备的要求，因此，对原有的供电体系进行改造，将无法保证新设备在使用过程中的安全性。其次，随著矿山电力供应技术的进步，大量的电力电子设备被应用到了矿山中，同时，矿山中的电力电子设备也被广泛地应用到矿山中，这些设备的性能得到了很大的改善，但是，矿山中的无功问题、谐波污染问题也日益突出，造成矿山供电质量降低，功率因数降低，谐波含量增加。此外，由于矿山生产的实际工作需要，供电系统中经常出现临时布线，从而改变供电系统的平衡状态，加速供电系统内部元器件和开关设备的老化，这将直接影响矿山供电系统的稳定运行。矿山现有电力设备与供电系统的不匹配，一方面使矿山供电系统中的电力设施过载，影响供电系统的稳定，严重时造成大面积停电;另一方面，新的电力设备和设施的升级换代，会影响矿山供电质量，影响其他电气设施的正常运行，影响供电系统的稳定和安全，从而影响矿山生产的安全高效运行。中国科技期刊数据库 工业 A 20 3.3 谐波污染严重 随着科技的进步，矿山电力系统中使用的电子器件越来越多。然而，在矿山电力系统中引入高性能、高功率的变频器和调速器，将导致供电系统出现较大的谐波污染，从而影响供电系统的稳定运行。在电力系统中，由于谐波的存在，会造成额外的损失，进而影响电力系统的工作效率。大量的三次谐波电流会导致电机发热，机械振动力增加，噪音也会增加，使得变压器发生严重的局部过热，从而引起电容和电缆等设备的温度升高，绝缘材料的老化，缩短其使用寿命，严重的还会造成损坏。谐波还会导致电器保护装置误操作，造成不必要的供电中断和生产损失，还会对其他电子设备造成干扰，使一些精密电子仪器工作异常，对矿山电气设备的功能造成一定的破坏4。在电力系统中，由于高次谐波的存在，使得电力系统中的电力设备的感抗值与补偿电容的容抗值均呈几何倍数增大，从而导致电力设备、电容等绝缘材料的损坏，从而加速电力设备绝缘老化。4 矿山供电系统技术优化策略 4.1 稳定供电系统负荷 为了提高矿山电力系统的稳定性，供电系统负荷平衡问题显得尤为重要。在电力系统运行中，大负荷下必须与相关部门联系，并采取适当的保护措施，以降低大负荷对供电系统的冲击。由于矿山供电设备工作条件较差，因此，在电缆安装时应注意对其进行防护，以降低周边环境对其使用安全性的影响。同时主电气设备采用单线供电，减少其他设备故障和线路故障对主电气设备的影响。其次，针对电力线缆在使用过程中经常发生的挤压、挤压、撞击、切割等物理破坏，可以在线缆容易被破坏的配电箱上安装防漏电保护装置，以降低漏电事故给电力系统负载平衡带来的冲击。与此同时，在为矿山新增设备设计供电系统时，要选择电压低、技术先进的设备，从根本上减少三相负载不平衡对矿山供电系统运行的影响。4.2 优化供电系统，完善设备型号 解决供电系统与电气设备不匹配的问题，除优化设备外，还需分析矿山的实际情况和新技术的发展趋势，从而对供电系统进行进一步的技术改造和升级：（1）在对新项目进行设备升级的时候，要根据当前电力系统能够承受的负荷状况，进行新的电气装置的选型，减少因电力装置更新而引起的供电系统失配。（2）如果确实因为生产需求而对大型用电设备进行更新，而这些设备又无法与供电系统相匹配，那么就应该对整个供电系统的供电设施进行相应的改造和升级，确保新的设备能够在供电系统中安全、合理地使用。（3）为了改善供电系统的稳定性，需要在部分非线性电力电子装置中设置对应的谐波滤波装置，利用现场补偿原理，并尽可能实现与装置的同步切换。与此同时，要对矿用电源中的功率因数低的电力设备进行及时的更新，并在此基础上，逐渐推广防爆非功率补偿技术产品，对大型设备的功率因数进行提升，对供电线路进行积极的优化和改进，提升线路的传输容量，从而达到最大限度地发挥供电系统的效能。（4）在矿山中，要逐步应用计算机、微电脑等，来进行对设备的科学化控制，进而促使矿山供电系统的质量提高。要更有效的对已有的供电装置进行保养和故障排除，更换不满足使用条件的装置，必须逐步使用较现代化的先进设备来更换老旧的装置，逐步更新较陈旧过时的供电保护装置，以矿山的实际需求为依据，来替换更新的安全保护器，并采用较新型的装置以保证供电的稳定性和灵敏度，以此提高供电的安全性。5 结束语 伴随着矿业行业的飞速发展，矿山企业要在安全生产工作中始终坚持“以人为本”的理念，要有高度的责任感，要切实提高矿山供供电系统人员的业务素质。当然，除了提升员工的素质外，还应采取一些合理的供配电方式，通过对矿山系统的优化，这样才能实现有效的节能，降低能耗，这样不仅能给矿山的供配电系统带来巨大的经济效益，还能使有效的资源得到充分的利用，将系统运行时对环境造成的影响降到最低，从而达到矿业可持续发展的目的。参考文献 1王玉胜.矿山供电系统优化及技术改造分析J.电力设备管理,2020(4):3.2林辉勇.矿山供电系统优化和技术改造分析J.中国科技期刊数据库工业 A,2021(9):2.