煤矿井下电网安全,经济运行的有效措施

　一、目前煤矿供、用电基本概况
　　煤矿工业是我国目前最主要的能源行业。由于井下机械化设备不断增加,已成为工业系统耗能大户,电力消耗在煤矿生产成本中占有很大比例。以某矿业集团公司为例,2008年煤炭产量6000万吨,从电网接入总装机容量480MVA,集团全年生产用电量约为24亿度,加地面居民用电部分,总量超过25亿度,电费支出超过10个亿,2009年用电量达到30亿度,电费支出12个亿;从节电情况看,虽然加强了用电管理,推广了部分节电产品,但远远没有达到国家对重点煤矿企业节能降耗的要求,尤其是井下采、掘、开、运、通系统,功率因素长期运行在0.4-0.7之间,随着煤炭产量增加,巷道延伸,负荷增加,井下无功损耗相当严重,这种状况在全国煤炭系统带有普遍性,而且大部分矿井没有采取任何节电措施。由于目前煤矿井下大量使用变频设备、整流设备,以及广泛应用电力电子设备,这些电器设备产生谐波电流、谐波电压,正在严重污染井下电网,导致谐波问题日益严重的主要原因是:对无功、谐波、三相不平衡等问题不能实施有效,灵活的控制,进而不能改善电压质量,降低谐波含量,使电网运行环境日趋恶劣。
　　从技术层面讲,煤炭企业电力浪费具体表现在以下几个方面:
　　1.用电设备频繁出现轻载运行和空载运行。
　　2.大量非线性负载产生谐波注入电网,给安全供电带来潜在的威胁。
　　3.井下变电所,移动变电站及采、掘、开系统用电设备,普遍长期处在低功率因素状态下运行。
　　4.电气设备低效率运行所带来的电网损耗显著增加,电压品质降低,设备老化加速。用电设备(电动机)与电源之间无功电流往复循环,增加了电气设备事故率,影响安全供电和正常生产。
　　5.供电系统普遍存在“大马拉小车”现象,忽视经济合理性,出现严重的“技术浪费”。
　　从上述情况分析明显看出,煤炭行业既是生产能源的重要企业,又是耗费电能最为严重的企业,特别是对井下电网节能降耗,治理谐波,努力营造绿色电网,任重道远。为此国家发改委、国家环保总局下发了《煤矿工业节能减排意见的通知》中明确指出:“煤矿井下宜采用动态无功补偿和就地补偿,矿井平均功率因素不得低于0.9,这是针对全国煤矿井下节约电能,实现安全、经济用电十分有效的具体措施”。
　　二、井下无功功率,谐波污染给安全供电带来的危害
　　1.在井下供电系统中大量使用三相异步电动机和干式变压器,这种感性负荷必须需要无功功率;无功功率不做功,但占用电网容量和导线截面积,造成线路压降增大,电能损耗增加,因无功功率动态变化,引起系统电压波动,端电压下降,使电动机起动困难,在欠压情况下强行重复起动,导致系统电流显著增加,造成烧毁开关和电动机事故经常发生。
　　2.由于无功功率过剩,在电源与负载间往复循环,引起设备和供电线路发热,使绝缘下降,老化,造成漏电、短路等各种电气事故,直接影响安全供电和正常生产。
　　3.引起电能损耗。无功电流流过系统电阻时,转化为热能被损耗掉,这种由无功引起的有功损耗根据电缆截面、长度可按电流平方比例计算。
　　4.因无功电流大引起线路、接线盒、变压器、各级开关、电动机发生漏电后烧毁设备,甚至导致漏电伤人事故,引爆瓦斯煤层爆炸等恶性重大事故的机率大大增加。
　　5.谐波无功使电网污染,甚至引起电网振荡颠覆。
　　6.谐波使供电线路,用电设备发热,产生集肤效应,使电气设备及电动机产生机械振荡。
　　7.谐波引起电磁干扰使通信设备不能正常工作,直接影响地面调度指挥。
　　8.谐波造成井下各类开关内部漏电保护工作出现紊乱、拒动、误动现象。
　　9.谐波影响井下电器设备中电压、电流互感器,各种仪表精准度,同时影响电能计量考核。
　　10.无功、谐波都会缩短设备使用寿命,增加矿井设备维修更新周期。
　　三、采用自动无功功率补偿设备,实现井下电网安全,经济运行。
　　煤矿井下无功补偿可分为系统补偿和负荷补偿。系统补偿主要在高压侧进行集中补偿,其目的是为了提高井下输电网的传输容量,改善电网稳定性;负荷补偿主要是在靠近负荷中心进行集中或就地补偿,以提高系统功率因素和供电质量,减少线路损耗和变压器铜损。传统的补偿办法是直接安装补偿电容,但是目前井下不同程度存在各种谐波,谐波进入补偿电容后会产生谐波电流放大,进而可能引起谐振,使电器设备受损。
　　如何达到既能节电降耗,又能抑制谐波,使井下电网实现安全,经济运行呢?采用具有专门抑制谐波、涌流,动态无功补偿技术是最佳选择;补偿方式一般选择在井下变压器二次侧与馈电开关之间进行安装,通过补偿装置内部电路优化设计,增设特制三相电抗器,进行有效抑制电网中谐波和电容投入瞬间涌流。通过高智能控制器实现动态跟踪电网无功潮流,自动投切电容器组,就近供给所需无功量,达到就地平衡无功功率,能量交换距离最短,可以最大限度实现井下电网节电降耗,同时达到安全供电的目的。
　　四、结语
　　当前,煤矿井下电网推广安全、经济运行措施,广泛应用自动无功补偿技术潜力巨大、任务艰巨,特别是部分矿井设备陈旧,输配电设施落后,使用大量非节电型设备,不仅使安全供电存在很大隐患,而且电能浪费相当严重,因此采用新工艺、新技术、新设备进行技术节电确保井下电网安全、可靠、经济运行具有十分显著的安全效益、经济效益和社会效益。