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1、煤 矿 电 网 安全分析与评价,中 国 矿 业 大 学 电气安全与智能电器研究所,煤矿供电系统的特点煤矿供电系统存在的问题煤矿电网安全分析继电保护的整定电能质量中性点运行方式及接地保护典型故障,一、煤矿高压供电系统,1矿井对供电的要求,煤矿企业为电能的重要用户。由于煤矿生产的特殊性，在供电上要求更为严格。其主要要求如下：,1）供电可靠,2）供电安全,3）保证充足的供电量,4）技术经济合理,2矿井电压等级,3 矿井供电系统的结构,矿井供电方式的决定因素 矿区范围 采用机械化方式 矿层结构 采煤方法 矿层埋藏深浅 井下涌水量大小 典型供电方式：深井、浅井、平硐三种,电力网,深井供电,中央变电所,4
2、 矿井变电所及工作面配电点,地面变电所 井下中央变电所 采区变电所 工作面配电点,供电可靠性要求高井下人员 瓦斯 涌水 生产 损失惨重，教训深刻 同一电压等级的供电级数多地面变电所、井下中央变电所、采区变电所、移动变电站 负荷集中 大功率设备多大功率设备多且相对集中，负荷变化对供电系统影响大 运行环境恶劣 事故频繁环境潮湿，粉尘多，移动型设备多，挤压碰撞多 电缆供电为主高压电缆一般有几十公里，单相接地电流大，易拉起电弧，不易自恢复 新型电力电子设备逐渐增多谐波含量超标 自然功率因数低 供电设备技术水平参差不齐设备多且难以统一，配合复杂，管理维护困难,5 矿 井 供 电 的 特 点,二、煤矿电网
3、存在的问题,设计生产能力小，经过多次扩容改造，使得电网结构复杂； 对供电系统缺乏整体性的规划，使得运行管理混乱； 保护的越级和无选择性跳闸； 单相接地电容电流的治理； 电能质量的改善； 其它安全隐患。,为进一步提高煤矿的供电质量、供电可靠性，有必要针对煤矿电网特点，通过测试、仿真等手段对供电系统的现状进行分析研究，找出问题，提出整改方案，提高供电系统可靠性。,三、煤矿电网安全评价与分析,通过对煤矿供电系统进行仿真建模，可实现从系统整体角度对煤矿供电系统供电质量及可靠性进行安全分析与评价，对接地系统现状、无功补偿现状、继电保护设置及整定、谐波水平等几个方面进行专题分析与综合评价。在分析基础上找出
4、系统存在的问题，为进一步改造或扩容提供建议与方案。同时利用分析结果确定紧急预案，进一步提高供电系统可靠性，确保煤矿安全生产、增产增效。,电网相关参数测试、收集,谐波测试单相接地电容电流测试系统参数的收集、整理和分析,供电系统建模仿真与计算 高压供电安全可靠性分析 供电能力评估 供电经济性评估 继电保护的配置和整定 电能质量分析 中性点接地方式及接地保护 系统疑难故障分析,根据煤矿高压电网的特点和存在的问题，主要有以下几项工作：,系统建模仿真与计算,1 系统参数系统接线图；进线在各运行方式下的相关参数；各个设备的参数及运行情况（发电机、变压器、线路、电动机、无功补偿、电容或电抗器、CT、PT）。
5、2 负荷情况各条供电线路一段时间的负荷数据或正常负荷情况并附相关系统运行情况。3 保护配置二次接线图和各个保护的配置情况，现有的继电保护整定计算书，现在采用的整定值，各个保护装置的说明书等。4 存在问题已经发现的问题及故障时的相关材料。,1 煤矿电网基础参数的收集,系统建模仿真与计算,由于供电系统规模庞大、结构复杂，难以用手工计算进行细致分析； 系统设备参数繁多，不可能完全收集，影响模型真实性；,问 题,解决办法,利用已知参数推导未知参数； 根据国家标准、相关规程和系统特征确定参数； 利用局部手工计算验证模型准确性、真实性。,2 系统建模,3 潮流计算,对规划中的供电系统，通过潮流计算可以检验
6、所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求； 对运行中的供电系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全； 可以对煤矿电网进行全系统各种运行方式下的潮流计算与分析，给出运行分析评价报告，提出整改建议。,系统建模仿真与计算,4 短路计算,利用建立的电网仿真模型，采用电力系统专用仿真计算软件，可以对煤矿电网进行任意短路故障情况下，各种运行方式的全系统短路计算与分析、残压计算与分析，给出运行分析评价报告，提出整改建议。,系统建模仿真与计算,供电安全可靠性评估,随着煤矿矿井向深部开采，产量不断提高，井下供电线路在逐渐延伸，供电设备逐渐增多，井下供电的可靠性已经成为
7、制约安全生产的主要因素之一。 在出现电气故障后，要尽量减小停电范围，尤其要保证保安负荷的正常运转。针对现有网络系统各种运行方式下，对系统稳定性、可靠性进行分析，对指导电网安全运行具有重要意义。,供电可靠性就是供电的连续性和不间断性。随着煤矿矿井向深部开采，产量不断提高，井下供电线路在逐渐延伸，供电设备逐渐增多，井下供电的可靠性已经成为制约安全生产的主要因素之一。研究、改造供电方式，健全管理制度，对预防电气事故，减小停电范围，提高井下供电的可靠性，具有十分重要的意义。,供电安全可靠性评估,供电安全可靠性评估,供电安全可靠性评估主要考虑以下三个方面：,1）、从电网结构、系统各种运行方式角度分析电网
8、抗故障能力。,2）、在供电系统出现故障后，仿真评价系统能否迅速恢复供电能力，确保正常生产；若不能确保生产负荷，是否能保证保安负荷正常运转，确保安全。,3）、分析评价在短路故障情况下，各种设备的安全可靠性。,在各种运行方式下供电能力是否能够满足安全生产要求及必要的裕量 ？评估供电能力涉及到电网的基本情况、运行指标，考虑不同负荷运行水平，不同的运行方式下的需要，在本项评估内容中主要包括： 供电能力是否满足现有负荷的需要； 供电能力是否适应负荷增长的程度； 正常运行时各节点的电压水平及线路的电压损失； 系统的网络损耗； 线路和变压器的过负荷情况； 自备电厂,供电能力评估,作为企业，在保证供电安全的前
9、提下也要考虑供电的经济性。 在符合安全规程及安全生产前提下，对各种运行方式下的网损、网络结构、无功进行评估，最终得出供电成本结论及推荐最经济运行方式 。,供电经济性评估,高压供电系统继电保护分析与评价,1 高压供电系统保护装置配置分析,根据煤矿高压供电系统保护装置的现状，结合对网络结构的分析，分别从功能和设置上对地面高压供电系统保护配置和井下高压供电系统保护装置进行分析和评价，针对现存的问题进行优化设计，提出整改措施。,2 高压供电系统保护整定仿真校核,针对现在煤矿供电系统各保护装置的定值，利用建立的仿真模型进行仿真校核，分析各个定值设置的合理性，给出继电保护整定评价报告。,3 高压供电系统保
10、护整定计算,分析煤矿高压供电系统保护配置情况，根据保护整定规程确定整定规则，计算各常用运行方式下的保护定值，给出整定值建议修改意见和整定计算书。,电能质量分析,电能质量测试主要内容包括：因雷电或断路器操作造成的瞬态过电压(脉冲)；因大负荷启动造成的瞬间性电压下降；因雷电或供电线路开闭造成的电压浪涌；因供电质量或雷电造成的供电瞬间中断；因供电质量或电力电子设备造成的谐波；因供电或负载不平衡造成的电压/电流相位畸变等不平衡因素等。,电能质量分析,1 供电电压的稳定性GB12325-2003 电能质量 供电电压允许偏差 2 电压的跳变和闪变GB12326-2000 电能质量 电压允许波动和闪变 3
11、谐波水平GB/T14549-93 电能质量 公用电网谐波 4 三相电压不平衡度GB/T15543-1995 电能质量 三相电压允许不平衡度 5 过电压GB/T18481-2001电能质量 暂时过电压和瞬态过电压 6 无功损耗 功率因数水平,中性点接地方式及接地保护,煤矿高压供电系统中，高压供电系统中性点接地方式主要取决于系统单相接地电容电流值的大小，根据测试的系统单相接地电容电流值大小，选择合适的中性点接地方式对电网的安全运行至关重要。,煤矿电网故障中，单相接地故障比例最高，针对现在煤矿接地保护的配置情况，根据中性点接地方式的规划，分析评价接地保护的选择性能否满足要求，并制定相应整改方案，,关
12、于煤矿电网中性点运行方式的规定,煤矿安全规程第443条规定：严禁井下配电变压器中性点直接接地。严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。,我国、苏联、西德等国井下采用中性点不接地系统；其它国家，如英国采用中性点经高电阻接地的系统或其它类型的接地系统。,我国煤矿地面变电所一般采用中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地的系统。,煤矿安全规程第457条规定：矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。,2005版、20
13、03版、2001版等的煤矿安全规程第457条规定：“矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。”。而以前版本的煤矿安全规程是这样描述的：“矿井高压电网的单相接地电容电流不得超过20 A。否则，必须采取限制措施。”。从上述的文字描述也可以看出，对煤矿电网的电容电流的治理越来越受到关注。,457条规定的演化,治理方法综述,限制单相接地电容电流的方法主要有：,改变系统运行方式,改变中性点接地方式,缩小系统规模,采用接地分流装置,改变系统运行方式：该方法一般将系统运行方式由并列运行改为分列运行，相当于将6kV大系统分为2个或多个小系统，一般适用于电网规模不大，且从经济上考虑具备分列运
14、行条件的系统。,缩小系统规模：该方法采用6kV隔离变压器，将6kV大系统从根本上分隔为多个接地小系统，该方法因为采用6kV隔离变压器，造价较高，损耗加大，且系统的运行方式不灵活，同时会造成系统构造复杂化。,治理方法综述,采用接地分流装置：接地分流装置从严格意义上讲并非一种完善的治理方案，它的主要作用仅是在发生单相电弧接地时，利用并联分流原理，将不可控的接地点变为实接地点，使故障接地点的电弧熄灭，但系统单相接地电容电流值并未减小；分流装置对系统发生金属性接地不起作用，对电容电流危害的治理仅起到部分作用；因此该方法不符合煤矿安全规程要求，同时该方法安全性较差，不建议采用。,治理方法综述,治理方法综
15、述,不符合煤炭安全规程的要求；,接地点的电流很难控制在治理要求达到的残流5A以下 ；,选线困难；,对抑制间歇性电弧接地过电压效果差,会使非故障相电压无论在发生何种接地故障时都上升为线电压，对电缆绝缘构成威胁 ；,接地分流装置鉴相错误时，容易造成事故扩大 。,治理方法综述,改变中性点接地方式：即将中性点不接地系统改造为中性点经消弧线圈接地系统，利用消弧线圈产生的电感电流抵消系统的单相接地电容电流，从根本上使接地故障点的接地电流减小。随着技术的发展，目前自动跟踪补偿消弧线圈技术已经成熟，将中性点接地方式由中性点不接地改造为中性点经消弧线圈接地是治理电容电流超标的最有效解决方法。,XBSG系列自动跟
16、踪补偿消弧线圈介绍,XBSG系列自动跟踪补偿消弧线圈是中国矿业大学电气安全与智能电气研究所在国家“七五”攻关项目研究基础上自主开发的产品，申请了三相五柱式消弧线圈专利，并获得煤炭部二等奖、教育部三等奖等荣誉，由徐州和纬信电科技有限公司独家生产，现已得到广泛应用。该系列消弧线圈采用预调式调节原理，调感式无级调节方法，干式H级绝缘结构，单柜室内安装。,构成：三相五柱干式消弧线圈1台、低压电抗器2台、阻尼电阻箱1台、控制器1台、控制器附件1套、高压开关柜壳体及附件1套。,型号含义,工作原理,XBSG系列消弧线圈工作原理图 L：三相五柱消弧线圈；L1、L2：低压电抗器；RL:阻尼电阻SCR1SCR4: 可控硅；KM：低压交流接触器主触点,KYN28柜型,定制柜型,GG1A柜型,KGN 柜型,JYN2 柜型,高压供电系统疑难故障分析,针对煤矿提出的的典型故障进行特定分析，找出故障原因，提出整改方案。例如：PT经常烧毁故障短路引起大面积失压继电保护误动故障,
