兗州礦業：礦山電力供電係統新技術的研究與應用
兗州礦業（集團）有限責任公司及其下屬各礦針對礦區電力供電係統在運行實踐中發現的問題進行認真03manbetx ，並和相關專業院校合作，從輸配電線路、電力調度、微機監測、繼電保護、遠程控製等多個方麵進行了技術改造，同時還取得了一批極具實用價值的研究成果，有效保障了礦區電力輸配電係統的安全、優質運行，對於國內同行業有較好的參考價值。
兗州礦業（集團）有限責任公司通過03manbetx 電力工程施工項目安全生產的根本目的及生產過程中決定安全的基本因素,總結出了對電力施工項目安全生產管理的有效工作方法。
⑴通過直接實踐和間接實踐來提高項目安全管理人員水平。間接實踐就是通過學習國家法律法規、行業標準、安全管理專業知識和企業規章製度提高自身素質。直接實踐則是吃一塹長一智，從02manbetx.com 中得到經驗和教訓。
⑵知己知彼，百戰不殆。
①控製設備是控製物不安全狀態的基礎。任何設備的故障都有規律性。隻要掌握其規律，在施工過程中加強檢查、維護和保養，就能有效控製物的不安全狀態。用高科技、新技術解決安全生產中存在的問題，爭取作到即使發生誤操作也不發生02manbetx.com 和即使設備有缺陷也不發生02manbetx.com 。
②要控製人的不安全行為，首先要求操作人員按01manbetx 操作、正確使用設備；及時發現和處理異常或危險狀態；正確使用防護用品，熟悉避險方法；準確、及時和全麵提供生產過程各種信息資料，不弄虛作假，勇於同一切危及自身或他人安全、健康的行為做鬥爭。
③合理利用、適應環境（時間、空間和技術）條件。空間是指作業環境。作業時間要考慮夜班、節假日、人的精神狀態等因素，要百倍警惕02manbetx.com 多發季節。任何先進技術都有特殊的安全問題，選擇生產技術的首要條件是安全可靠。安全技術研究就是針對生產過程中發生的事故、危險現象、潛在危險並結合新技術發展提出的新問題開展研究。
④加強安全管理。安全生產管理是項目管理的重要組成部分。管理不善是項目失敗的主要原因。“兵熊熊一個，將熊熊一窩”，項目安全管理存在缺陷是所有事故的普遍原因，管理失誤往往是從項目經理管理不到位造成的。
2 提高礦井供電可靠性的措施
山東省煤炭科學研究所和山東科技大學通過對礦區供電係統在過流保護和高壓漏電保護方麵存在問題的03manbetx ，提出了有效的解決方法。
此項研究指出：
⑴采取相應措施提高過流保護的可靠性。對於設備起動電流大、線路短路電流小引起的問題，可根據係統運行情況采取以下方法解決。
①人為增大短路電流，使起動電流和短路電流明顯區別開，保證發生短路故障時保護裝置可靠動作，起動時電機順利起動。在電力係統中，短路電流的大小主要是由電源容量和係統阻抗決定的。在一定條件下，盡量選用大容量變壓器和大截麵供電電纜（減少係統阻抗）來相應提高短路電流值，其缺點是增大了設備的投資。
②在保護裝置中增加相敏保護。短路狀態時係統中的阻抗主要是由線路電阻阻抗決定的，係統功率因數比設備起動時要大得多。根據相敏角cosφ大小差異來判斷係統處於起動或短路狀態非常可行，但現有保護裝置改裝技術要求較高。
⑵采取安全監測方法，保證電網安全運行。煤礦6kV電網主要由電纜構成，電纜絕緣監測是電網安全的重要保證。如在絕緣下降到超出運行標準允許值或發展為接地事故前發出報警信號，現場人員就能夠有目的地處理其存在隱患，從而有效避免電弧、電火花、過電壓等危險情況及電纜放炮、燃燒、火災等事故。
此外，電網發生突發性單相接地或者監測器雖然已經發出絕緣隱患報警信號但是尚未及時處理而發展為接地事故的時候，在電網上裝設的接地保護裝置能夠及時在0.2s內迅速切除單相接地故障。許多科研院所一直在進行這方麵的研究，目前已經有了成熟的產品。
3 智能巡檢綜合管理係統在輸配電線路應用
兗州礦業（集團）有限責任公司供電部管理的6kV及以上高壓線路共計46條，總長度163.4km，杆塔1180基，遍布濟寧市任城、兗州與鄒城三個區市。他們通過引入GPS智能巡檢綜合管理係統，完成對業務流程的控製及對信息充分共享和利用等綜合管理，使輸配電線路的運行管理逐步走上標準化、規範化和科學化的軌道。
GPS智能巡檢綜合管理係統由掌上電腦數據采集器、服務器軟件、工作站軟件、掌上電腦軟件等組成，具有多種接口模塊可與MIS、缺陷管理和狀態檢修等其它係統集成。其中，係統軟件部分主要有衛星定位與地圖管理子係統、巡檢後台管理子係統、移動數據采集子係統及數據通信子係統。GPS智能巡檢綜合管理係統充分利用全球定位係統、掌上電腦和計算機網絡通信技術的最新研究成果，采用“移動信息平台”概念改變了傳統巡檢工作方式，最大限度減少漏檢、錯檢現象發生。同時，該係統無需在杆塔或線路上安裝任何信息識別載體，直接利用全球衛星定位係統實現線路巡檢自動定位、自動記時，具有減少錄入工作量及係統總成本的優點。
通過掌上電腦完成缺陷詳細規範記錄，實現從缺陷發現到處理及注銷的全過程高效監管，巡檢管理一目了然，消除缺陷及時準確，使消除缺陷管理逐步走向電子化、信息化。掌上電腦數據采集器可通過USB口接入後台管理機。後台管理機收集掌上電腦數據采集器中的巡檢記錄信息，完成巡檢數據的存儲、查詢、03manbetx 、彙總和報表輸出，實現巡檢數據的遠程傳輸。網絡化的多級機構縱向巡檢業務管理使上級部門可隨時對其下屬機構的巡檢數據進行查詢、分析及統計，並提供必要的數據接口使線路走向與杆塔位置顯示在電子地圖上。
4煤礦配電網電容電流的治理
兗州礦業（集團）公司興隆莊煤礦成功采用消弧線圈裝置自動跟蹤電網對地的電容電流，根據電容電流變化自動跟蹤補償，始終使接地電流最小，完全解決了電網電容電流超標問題，電纜放炮和擊穿事故得到了有效的控製，對於電纜單相接地故障的分析處理更為迅速，保證了煤礦生產安全。
考慮到煤礦6kV電網單相接地電容電流現狀和發展趨勢，該礦采用2套XBSG-6/65型自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置，總補償量達130A，其中固定補償60A、可調部分70A，可較好滿足6kV電網變化（包括供電電纜大麵積跳閘或電纜長度減小）和將來發展要求（包括供電電纜長度增加、電纜型號與界麵變化等情況）。使用消弧線圈後，電網零序電流方向發生根本性變化，原有中性點不接地係統的無功功率方向型接地保護裝置全部無法使用。
該礦的35kV變電所現有6kV饋出線路25條，他們選用WLD-6型小電流接地係統微機選線裝置1套；配套采用FLHO-2型零序電流互感器，圓形對接式鐵芯結構拆裝極為方便，線圈參數進行合理選擇，相位控製增加補償調節措施，其結構和性能都有較大突破。WLD-6型小電流接地係統微機選線裝置在消弧線圈接地係統采用零序電流有功分量方向原理，並設置一定的零序電流動作門檻，以躲過電網中的不平衡電流。為了隨時考核裝置本身是否完好，設置了自檢電路，能夠對裝置的完好性及主要元件（包括零序電流互感器）進行完善自檢。該裝置時刻監視電網的運行狀況，一旦零序電壓達到動作值，裝置即檢測與比較各路零序電流值；若零序電流動作值和方向等都滿足，則輸出報警信號。
5 CAN總線技術在電力調度自動化係統應用
山東科技大學與兗州礦業（集團）公司興隆莊煤礦在實施電力調度係統時，設計應用了站點內部數據采集模塊的通信解決措施。經實際運行證明，CAN總線在電力調度的大係統中作為站點內部智能數據模塊與計算機間的通信網絡，在通信速度、通信距離、抗幹擾等方麵完全能滿足控製係統的要求。
計算機科學的發展和現場總線控製係統在數據交換的實時性、準確性、快速性方麵的突破性進展，為電力網係統經濟、合理的調度運行提供了技術保證和技術支持。CAN總線是一種有效支持分布式控製或實時控製的串行通信網絡。在該電力調度係統，每個分站點均由工控機和若幹測控接點組成。所有測控點都以“平等主體”掛接在總線上，每一點對應35kV回路或6kV回路的測控。測控點能采集對應回路的遙信量及遙測量，根據接收到的命令主動將數據發送到CAN總線，通過預先設定的驗收碼和驗收屏蔽碼可控製該測控點從總線上接收哪些數據或命令。站點工控機通過CAN卡從CAN總線上接收各節點數據進行處理，再通過網卡到集團千兆網，轉發到總調度中心。
該智能測控節點的軟件由兩部分組成：一部分為初始化程序，包括對單片機本身的中斷、定時器串行口等初始化和CAN控製器初始化；另一部分為測控供電回路電量參數的數據采集處理。
經過此次煤礦電力調度自動化站點測控節點CAN總線的設計及實踐應用，他們體會到了CAN總線比以往采用的其它形式總線在速度、抗幹擾能力及高性能上有著巨大的區別，CAN總線設計靈活、可靠性高、布線方便，更適合工業領域到各種集散控製係統。
6 礦井供電網監測與管理係統
中國礦業大學和兗州礦業（集團）有限責任公司研製的煤礦供電係統及供電設備微機監測和管理係統，不僅可監測供電係統運行方式和有關電氣參數、電氣設備工作狀態，並且可以對全礦所有的供電設備和材料進行動態管理，極大地提高了煤礦電網管理水平和設備使用效率。
礦井供電網監測與管理係統包括供電管理係統、井下電網監測係統、供電設備管理係統三個部分。
供電管理係統由一個微型計算機網絡組成。網絡服務器安裝在機電科，各有關單位安裝計算機終端，服務器與工作站間用同軸電纜相連。中央變電所和采區變電所監測到的電網參數通過串行口或者網卡送到機電科，並通過計算機屏幕動態顯示供電係統運行狀態，繪製電力運行負荷曲線，建立數據庫，將各子係統實時數據經處理後生成電力參數統計報表。同時，按照工作時間段進行峰穀電費計價管理。
井下電網監測係統由地麵微機管理主站和井下中央變電所監測分站組成。地麵微機管理主站通過RS232通訊口、光端機與井下監測分站相連，收集分站送來的有關電氣參數，根據用戶的要求對信息進行加工、分析和儲存，形成各種文件與報表，建立數據庫，並具備如下功能：通過鍵盤實現人機對話以便隨時了解井下變電所設備的運行狀態；顯示器實時顯示井下變電所及電氣設備運行狀態和有關參數；可隨時打印檢測數據和報表。井下監測分站設置在井下中央變電所或采區變電所，由多功能轉接盒和本安下位機分站構成係統。
供電設備管理係統可以對全礦各個有關部門在用和庫存、在修和待修的各種供電設備和材料進行動態綜合管理。
7 大型礦井供電網絡的無功補償
感應式異步電動機及其它感應負載在大型礦井的用電設備中占有相當大的比重。這些設備在運行的過程中消耗大量的無功功率，致使供電網絡自然功率因數（cosα）一般僅0.8左右。為此，兗州礦業（集團）公司物資部開展了此項研究，提出了大型礦井供電網絡的無功補償設計原則。
①從供配電係統設計上采取措施。供電係統構成形式對補償方式影響很大，全礦用電負荷（特別是工業廣場的低壓負荷）作全運行過程中需消耗大量無功功率，進行供配電係統設計時盡可能接近用電設備進行分組補償。對不便設置集中配電所供電的負荷，可在變電所低壓側集中補償。照明負荷非常分散，一般可在照明專用變壓器低壓側集中補償。礦井地麵單機容量大，無功損耗的低壓感性負荷較少，一般不個別補償。
②補償能力確定。過多從電網吸收無功和大量倒送無功同樣有害，合理確定補償能力對電網穩定運行和降低運行費用都至關重要。供電網絡在空載和滿載運行時，從電網吸收的無功數量差別很大，負荷高峰期和正常負荷下也大不相同，供電電壓對不同用電設備壽命影響也不一樣。另外，由於功率因數與補償裝置容量呈非線形關係，在補償到0.95後cosα值即增長很慢，提高同樣數值需投入更多補償容量，供電部門在計算用戶無功損耗時是以每月的日平均值為基準的，因此在確定補償能力時應以平均負載為基礎，適當兼顧負荷高峰，使cosα值在空載時接近1，平均負載時不低於0.95，負荷高峰時不低於0.93為宜。考慮到電壓升高對照明用電設備使用壽命影響較大，照明供電網絡的補償能力應適當降低。
8 自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置的應用
兗州礦業（集團）公司濟寧三號煤礦鑒於礦井6kV中性點不接地係統存在電容電流超標危害，通過對傳統消弧線圈運行問題的深入研究，決定改用XBSG-6/40型自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置後，電網殘餘無功電流實測值均小於3A，完全符合《煤礦安全01manbetx 》的規定，而且投入補償速度快，運行安全穩定性良好。
該礦110/6kV終端變電所一次側采用110kV進線。隨著礦井負荷增大，6kV配電網絡中單相接地電容電流急劇增加到46A，而《煤礦安全01manbetx 》規定電容電流不允許超過20A。傳統的消弧線圈接地為避免產生共諧振而一直處於過補償狀態運行，估算得到的電容電流與實際存在較大誤差，有可能由於殘流達不到有效抑製而產生弧光過電壓；手工調諧需短時停電而失去補償連續性，如遇係統故障又恰巧發生電網單相接地時易產生過電壓；由於補償方式不同導致殘流相差很大，微機選線裝置很難與傳統消弧線圈結合工作。
自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置通過消弧線圈的電源開關櫃投切消弧線圈，通過RS485接口接入變電所的綜合自動化係統。消弧線圈櫃內放置三相五柱式消弧線圈、電抗器、阻尼電阻箱、控製器及控製元件等。利用電源開關櫃與消弧線圈櫃之間的控製電纜，可以實現閉鎖、各種保護跳閘、遠程控製等功能。
該礦110kV變電所共有兩段母線，采用兩套XBSG-6/40型自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置分別接在兩段母線上，平均分時補償。每台消弧線圈的補償容量為50A，可調節範圍為30A。兩台消弧線圈具有自動聯機功能。當母線投入時，兩台消弧線圈並列運行，總補償容量可達100A，調節範圍達60A，既滿足目前補償容量需要，也為以後電網擴展預留充分發展空間。
9 三相五柱式消弧線圈應用效果好
由兗州礦業（集團）公司綜機設備租賃站和鮑店煤礦研製的三相五柱式消弧線圈，在結構上突破傳統消弧線圈的模式，將接地變壓器與消弧線圈有機結合成一個整體，通過可控矽調節副邊電感電流的方法實現對電網對地電容電流的自動跟蹤補償，不僅減小了體積、降低了成本，而且減少了總容量，提高了設備效率，安裝、運行、維護更方便。
我國的工礦企業和城市6～10kV電網中性點大多還是采用不接地方式，但企業電網的供電範圍越來越大，不少已采用電纜作為供電線路，城市電網也從以架空線為主逐漸改變為以電纜為主。這些都必然使單相接地電容電流大增。限製單相接地電流通常采用中性點經消弧線圈接地，用消弧線圈的電感電流來抵消電網對地的電容電流，研究中性點經消弧線圈接地具有重要的現實意義。
傳統的消弧線圈都做成單相油浸式，經接地變壓器與電網相連。新研製的消弧線圈有5個鐵芯柱，中間3個鐵芯柱繞有線圈，邊柱與中間柱間上下共有4個氣隙，邊柱上沒有線圈。此項成果采用幹式結構，體積小、重量輕，全部控製保護裝置可放在1台與GG-1A尺寸相同的開關櫃內；此外，對電網電容電流的自動跟蹤調節采用可控矽控製的二次調感方法，沒有機械傳動部分，運行可靠、跟蹤調節速度快、噪聲低。
迄今為止，三相五柱式消弧線圈已在鮑店煤礦6kV電網和邢台、開灤、龍口、棗莊、徐州等礦區的部分煤礦電網上使用，經多次現場測試，殘餘電流均小於5A，運行可靠。
10 低壓供電係統的諧波處理
兗州礦業（集團）公司濟寧二號煤礦針對目前應用日益廣泛的電力電子設備和非線形負荷設備整流係統所造成的低壓饋電係統諧波畸變問題開展研究，最終通過理論分析找到了解決辦法。
諧波是一種疊加在基波上的電力電路現象。在整流裝置中輸入純正弦電壓，測試輸入電流波形。電流波形是畸變波，其中包含有一個基波電流和高次諧波分量。若處理其中的基波，根據歐姆定律，從電壓和負載就可求得電流，因而是電壓源問題。諧波的絕對值和相位取決於整流器的接線和控製方式等，但當其成為電流發電機後，其電流單方向流入電源側，因而是電流源回路。要進一步了解諧波問題的本質就須應用電流源概念。電流源回路的計算可根據基爾霍夫定律，諧波電流易流向阻抗小一方，阻抗的任一方為負時諧波呈擴張振蕩。據此，單方向流入電流側的諧波電流受到被測係統阻抗限製。由於阻抗隨頻率而變化，這種計算對所有諧波都是必要的。實際回路波形是由一個基波和按此方法得到高次諧波瞬時值合成的波形。
以上情況說明，基波和諧波在回路內的作用可能很不相同，這就是必須對諧波進行檢測的主要根據。對諧波的處理體現在諧波發生源、被測回路阻抗和設備諧波耐受量三個方麵。對於諧波發生源，采用價格昂貴的設備在現階段沒有意義。對於設備諧波耐受量，很多設備沒有此項指標，況且根本不能改善係統的畸變，所以表征諧波特性的因素是被測回路阻抗。如發生諧波給該回路帶來的畸變程度將隨著被測回路的阻抗大幅度變化，在諧波發生源和阻抗條件明確的情況下，很容易計算出諧波。在產生諧波主要因素的移相電容器上增加一個串聯電抗器，盡量使負阻抗變成正阻抗，以便較大幅度地限製諧波。
11 煤礦供電係統運行中不安全因素研究
隨著生產技術的發展，原先的先進設備現在已經落後，礦井原有的主供電能力明顯不足，時常發生大的供電事故，對安全生產構成威脅，因此必須對礦井變電所進行大的增容改造。為此，兗州礦業（集團）公司興隆莊煤礦對煤礦供電係統運行中的不安全因素開展了研究。
鑒於主係統短路容量的增加，原有的井下高壓電氣設備短路容量明顯不足，為更好實現係統短路保護，應更換井上、下使用的真空開關。該礦在供電係統改造後，將井下-270變電所DN-10型斷路器更換為ZN5-10/630型真空開關即可滿足短路保護的要求，對於變電所的下一級開關及地麵應用的高壓開關也作相應更換。高壓開關櫃內配置的電流互感器的熱穩定性能不足，容易使電流互感器失去作用導致斷電保護失效而擴大事故範圍，因此對變電所和配電點的電流互感器應經常進行檢驗，以保證係統正常運行。礦井主變電所的供電配置一定要本著安全、可靠、經濟運行的原則進行優化。
以該礦為例，現在1#主變壓器帶礦井負荷運行，3#主變壓器帶選煤廠和工人新村負荷，2#主變壓器備用。3#主變壓器實際上起了電廠6kV並網線路上網變壓器的作用，而電力部門對於電廠的上網變壓器不收取基本容量費，因此現在3#主變壓器收取的基本容量費是不合理的，可調整供電母線配置，取消3#主變壓器供電運行。優化後的電廠6kV並網線路不能與35kV變電所6kVⅠ、Ⅱ二段母線直接相連，可在電廠設置1台隔離變壓器以保證發電機組安全運行。優化後還可將選煤廠的負荷調整到6kVⅠ、Ⅱ二段母線上，從而保證選煤廠的雙回路供電。
12 煤礦供電安全監測及管理係統
隨著計算機技術和電子工業的迅猛發展，以微處理器為核心的微機控製係統已廣泛深入到煤礦電力領域，但兗州礦業（集團）公司鮑店煤礦供電係統的運行狀態仍停留在依靠報表逐級上報的方式上。為此，他們應用計算機CAD及網絡技術對礦井分散的供電係統進行改造，完成了采區變電所電網狀態及絕緣監測，在地麵建立機電管理網，將地麵35kV微機監測納入了礦WINDOWS NT網絡，實現了全礦井上、下變電所的微機監測和管理，並對井下在線監測做了有益的探索。
該礦供電安全監測及管理係統是一個集礦井供電係統、計算機輔助設計、供電設備管理及供電係統運行參數監測、供電係統運行電量監測為一體的供電監測和管理係統，包括地麵35kV變電所供電監測子係統、供電係統CAD及供電設備管理子係統、井下低壓電網安全監測子係統三個組成部分，由微機智能多功能串卡、調製解調MODEM通過電話線組網。該係統建立後，35kV變電所完成全部電量監測，能顯示負荷曲線、功率因數曲線，並生成操作票和報表的打印功能。係統采取附加低頻電源的方法測量電網的絕緣參數，實現了對井下低壓電網分支線路的絕緣參數在線監測，並把檢測量傳至地麵，為管理、指揮人員快速處理供電故障提供了準確、可靠的依據。供電係統CAD可視化設計技術的運用，進一步提高了供電設計的自動化程度，使得供電管理更加規範。
經過幾年運行，整個係統的運行情況良好，所監測的數據準確、可靠。實踐表明：鮑店煤礦的供電係統從運行狀態到設備的完好情況、儲備情況，均可通過供電管理網絡實現了共享，提高了供電質量及運行效率；井下電網監測係統將井下供配電網的運行狀況準確及時地反映到礦調度室，便於管理人員隨時掌握井下供電情況，以利作出決策；該係統的建立，可調整電網的峰穀值，減少了供電故障，達到節約用電的增產增收目的。專家們指出：此項成果使供電係統從運行狀態到設備的完好情況、儲備情況、在修情況，通過供電管理網絡實現了資源共享，有助於供電質量、運行效率的提高。
