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【摘 要】文章结合煤矿供电系统特征，分析了目前我国煤矿供电系统的常见问题以及问题产生的原因，并对供电系统静态安全进行了分析，提出了详细的计算方式。
【关键词】煤矿；供电系统；计算分析
1.煤矿供电系统特性分析
1.1分段单母线接线方式 采用分段单母线接线方式的煤矿电网，其进线电源侧电压等级为35～110kV，主变电站具有两回及以上电源线路或装有两台及以上变压器。以某分段单母线结线方式的煤矿电网为例，其主接线图如图1所示。分段单母线接线的优点有：接线简单清晰、设备较少、操作方便、占地少、便于扩建和采用成套配电装置，当一段母线发生故障，可保证正常母线不间断供电，不致使重要负荷停电；缺点有：当一段母线或母线隔离开关发生永久性故障或检修时，则连接在该段母线上的回路在检修期间停电。
1.2双母线结线方式 采用双母线接线方式的煤矿，其进线电源侧电压等级为35～110kV，110kV线路为6回及以上时，或35～63kV线路为8回及以上时，或6～10kV线路为12回及以上。双母线接线方式的优点有：供电可靠性高、运行灵活；缺点有：使用设备多、投资大、接线复杂、操作安全性较差。
1.3含有自备电厂的煤矿电网结线方式 含有自备电厂的煤矿，其进线电源侧电压等级为35～110kV。煤矿有自备电厂的主要优点是可以保证矿用负荷的用电充裕性，能够在上级电网故障断电时确保矿井供电的连续可靠性。缺点是自备电厂多为6～12MW的小型发电机组，机组本身运行不稳定，故障频率较高，一旦出现机炉故障，在冲击系统电网的同时，会波及矿区电网，引起电网的扰动或振荡，威胁煤矿安全生产。
2.供电系统的常见问题分析
2.1煤矿电网网架结构存在薄弱环节 目前大部分煤矿的电网均来自上级的电源进线，虽设为两条或多条，但是普遍存在只能使用一条进线的情况，无自备电厂的煤矿一旦发生接入电源的母线侧短路故障，保护跳闸后将会导致全矿失电，危害到矿井的安全生产。
2.2继电保护配合实现困难 矿井供电系统是单辐射式供电结构，井下各采区变电所距离地面变电所电源较远，线路经由井下中央变电所连至采区经过的开关级数多，上下级定值配合上需要较长的时限，而上级变电站或区域电网对电源保护的时限和定值已经限定，且给定值很小无法更改，煤矿变电所开关整定时只能缩小定值，缩短保护时限，造成上下级保护无法配合，因此一旦井下出现三相短路，必然是所有速断保护同时动作，继电保护没有选择性，导致越级跳闸扩大停电故障范围。
越级跳闸在很多煤矿都是频发事故，井下线路发生短路时，保护开关越级到井下中央变电所，甚至有的越级到地面变电所，造成事故范围扩大，造成煤矿电网越级跳闸的主要原因有几点：短线路造成各级开关速断保护定值无法区分，短路电流过大造成各级开关速断保护定值无法区分，失压保护延时难以整定导致成片跳闸。
2.3井下采区工作面电压偏低 随着煤矿生产能力的逐步提高，各大中型煤矿不断对供电系统进行改造扩建，许多煤矿建设较早，建设初期没有大容量扩建的整体规划，扩容改造后，网络结构变得复杂，存在不少安全隐患，例如电缆超载，井下线路电压偏低。新型的矿井井下综采工作面的电气设备具有大功率、大容量的特点，由于下井电缆较长造成线路压降大，工作面的电压低，时常造成工作面设备不能正常启动，并且工作面大容量设备启动时对电网造成的冲击比较大。
2.4单相接地电容电流过大 煤矿供电系统中单相接地短路是发生最频繁的故障，电容电流过大，则对煤矿电网的危害很大，主要体现在：易造成二次故障，致使故障扩大，且产生单相电弧接地过电压。易使接地网电压升高，产生交流杂散电流，接地電弧引起瓦斯煤尘爆炸。
如果矿井供电系统没有进行单相接地电流测试和采取限制措施，随着电网容量增大，供电距离不断增加，一旦系统发生单相接地，就会引起严重的事故。
3.煤矿供电系统静态安全分析内容
3.1潮流计算与分析 潮流计算是根据给定电网的网络结构和各部分元件的运行参数，计算电力系统各部分稳态运行的状态参数。通过潮流计算对规划中的电力系统进行检验可以分析出现有的规划方案能否满足各种运行方式的要求，对运行中的电力系统，通过潮流计算可以分析网络结构的改变对系统安全运行带来的影响，预测负荷变化对系统的冲击，从全网母线的电压是否在允许的范围以内，线路、变压器等元件是否会出现过负荷现象，以及若出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。
3.2短路计算与分析 短路计算是求出某种故障时流过短路点的短路电流，母线电压以及其分布的计算。短路的形式有单相接地短路、两相接地短路、两相相间短路和三相短路几种，其中单相接地短路在矿井电网中压常发生，而三相短路发生的几率最小，却危害最大，因此通常以三相短路电流作为电网短路电流的校验参考值，将短路危害降低到最小程度。
3.3煤矿电网N－1计算 根据电网稳定导则的相关内容，N－l原则是在电网正常运行方式下考察任意一电力元件发生故障或断开后，电网能否满足其电压和频率能够在允许范围内，以及其它元件不过负荷的同时保持稳定运行且正常供电，N－1校验通常在统计全年最大负荷的条件下进行。实践表明，在电网N－1校验的基础上可以预测电网的供电质量，还可以对供电经济性进行优化，提高系统正常运行时及检修状态下的抗干扰能力。煤矿电网双回路供电线路多为一用一备，满足N－1校验的条件，线路N－1安全分析计算时考虑将双回供电线的任意一回断开，检验另一回线路是否过载。
3.4煤矿电网孤网运行可行性分析 目前，大中型煤矿大都拥有自备电厂或煤矸石发电厂，装机容量可达到20MW左右，完全可以承受煤矿保安负荷的运转，当煤矿电网孤网时，自备电厂发电机便低频保护动作，以确保发电机的安全。通过仿真试验验证煤矿电网在脱离了上级电网孤网运行时是否能够带动保安负荷稳定运行，给煤矿电网工作人员提供重要参考，解决了上级电网断电时的安全隐患问题。
参考文献
[1]张宏连.井下高压线路越级跳闸的保护[J].安徽科技,2007（9）.
[2]顾永辉,范延瓒.煤矿电工手册（修订版）（第二分册矿井供电）[M].北京:煤炭工业出版社，1999.
【关键词】煤矿；供电系统；计算分析
1.煤矿供电系统特性分析
1.1分段单母线接线方式 采用分段单母线接线方式的煤矿电网，其进线电源侧电压等级为35～110kV，主变电站具有两回及以上电源线路或装有两台及以上变压器。以某分段单母线结线方式的煤矿电网为例，其主接线图如图1所示。分段单母线接线的优点有：接线简单清晰、设备较少、操作方便、占地少、便于扩建和采用成套配电装置，当一段母线发生故障，可保证正常母线不间断供电，不致使重要负荷停电；缺点有：当一段母线或母线隔离开关发生永久性故障或检修时，则连接在该段母线上的回路在检修期间停电。
1.2双母线结线方式 采用双母线接线方式的煤矿，其进线电源侧电压等级为35～110kV，110kV线路为6回及以上时，或35～63kV线路为8回及以上时，或6～10kV线路为12回及以上。双母线接线方式的优点有：供电可靠性高、运行灵活；缺点有：使用设备多、投资大、接线复杂、操作安全性较差。
1.3含有自备电厂的煤矿电网结线方式 含有自备电厂的煤矿，其进线电源侧电压等级为35～110kV。煤矿有自备电厂的主要优点是可以保证矿用负荷的用电充裕性，能够在上级电网故障断电时确保矿井供电的连续可靠性。缺点是自备电厂多为6～12MW的小型发电机组，机组本身运行不稳定，故障频率较高，一旦出现机炉故障，在冲击系统电网的同时，会波及矿区电网，引起电网的扰动或振荡，威胁煤矿安全生产。
2.供电系统的常见问题分析
2.1煤矿电网网架结构存在薄弱环节 目前大部分煤矿的电网均来自上级的电源进线，虽设为两条或多条，但是普遍存在只能使用一条进线的情况，无自备电厂的煤矿一旦发生接入电源的母线侧短路故障，保护跳闸后将会导致全矿失电，危害到矿井的安全生产。
2.2继电保护配合实现困难 矿井供电系统是单辐射式供电结构，井下各采区变电所距离地面变电所电源较远，线路经由井下中央变电所连至采区经过的开关级数多，上下级定值配合上需要较长的时限，而上级变电站或区域电网对电源保护的时限和定值已经限定，且给定值很小无法更改，煤矿变电所开关整定时只能缩小定值，缩短保护时限，造成上下级保护无法配合，因此一旦井下出现三相短路，必然是所有速断保护同时动作，继电保护没有选择性，导致越级跳闸扩大停电故障范围。
越级跳闸在很多煤矿都是频发事故，井下线路发生短路时，保护开关越级到井下中央变电所，甚至有的越级到地面变电所，造成事故范围扩大，造成煤矿电网越级跳闸的主要原因有几点：短线路造成各级开关速断保护定值无法区分，短路电流过大造成各级开关速断保护定值无法区分，失压保护延时难以整定导致成片跳闸。
2.3井下采区工作面电压偏低 随着煤矿生产能力的逐步提高，各大中型煤矿不断对供电系统进行改造扩建，许多煤矿建设较早，建设初期没有大容量扩建的整体规划，扩容改造后，网络结构变得复杂，存在不少安全隐患，例如电缆超载，井下线路电压偏低。新型的矿井井下综采工作面的电气设备具有大功率、大容量的特点，由于下井电缆较长造成线路压降大，工作面的电压低，时常造成工作面设备不能正常启动，并且工作面大容量设备启动时对电网造成的冲击比较大。
2.4单相接地电容电流过大 煤矿供电系统中单相接地短路是发生最频繁的故障，电容电流过大，则对煤矿电网的危害很大，主要体现在：易造成二次故障，致使故障扩大，且产生单相电弧接地过电压。易使接地网电压升高，产生交流杂散电流，接地電弧引起瓦斯煤尘爆炸。
如果矿井供电系统没有进行单相接地电流测试和采取限制措施，随着电网容量增大，供电距离不断增加，一旦系统发生单相接地，就会引起严重的事故。
3.煤矿供电系统静态安全分析内容
3.1潮流计算与分析 潮流计算是根据给定电网的网络结构和各部分元件的运行参数，计算电力系统各部分稳态运行的状态参数。通过潮流计算对规划中的电力系统进行检验可以分析出现有的规划方案能否满足各种运行方式的要求，对运行中的电力系统，通过潮流计算可以分析网络结构的改变对系统安全运行带来的影响，预测负荷变化对系统的冲击，从全网母线的电压是否在允许的范围以内，线路、变压器等元件是否会出现过负荷现象，以及若出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。
3.2短路计算与分析 短路计算是求出某种故障时流过短路点的短路电流，母线电压以及其分布的计算。短路的形式有单相接地短路、两相接地短路、两相相间短路和三相短路几种，其中单相接地短路在矿井电网中压常发生，而三相短路发生的几率最小，却危害最大，因此通常以三相短路电流作为电网短路电流的校验参考值，将短路危害降低到最小程度。
3.3煤矿电网N－1计算 根据电网稳定导则的相关内容，N－l原则是在电网正常运行方式下考察任意一电力元件发生故障或断开后，电网能否满足其电压和频率能够在允许范围内，以及其它元件不过负荷的同时保持稳定运行且正常供电，N－1校验通常在统计全年最大负荷的条件下进行。实践表明，在电网N－1校验的基础上可以预测电网的供电质量，还可以对供电经济性进行优化，提高系统正常运行时及检修状态下的抗干扰能力。煤矿电网双回路供电线路多为一用一备，满足N－1校验的条件，线路N－1安全分析计算时考虑将双回供电线的任意一回断开，检验另一回线路是否过载。
3.4煤矿电网孤网运行可行性分析 目前，大中型煤矿大都拥有自备电厂或煤矸石发电厂，装机容量可达到20MW左右，完全可以承受煤矿保安负荷的运转，当煤矿电网孤网时，自备电厂发电机便低频保护动作，以确保发电机的安全。通过仿真试验验证煤矿电网在脱离了上级电网孤网运行时是否能够带动保安负荷稳定运行，给煤矿电网工作人员提供重要参考，解决了上级电网断电时的安全隐患问题。
参考文献
[1]张宏连.井下高压线路越级跳闸的保护[J].安徽科技,2007（9）.
[2]顾永辉,范延瓒.煤矿电工手册（修订版）（第二分册矿井供电）[M].北京:煤炭工业出版社，1999.