摘要：我国煤矿的中央变电所供电系统目前普遍采用的是隔爆型高压真空配电装置，主要对三相交流中性点不直接接地的供电系统进行控制、测量和保护。同时可以实现高压电动机的直接启动。但是现有的供电系统技术方面有明显缺陷，主要表现为控制电源不稳定，断路器拒动或者越级跳闸现象较为常见。
关键词：煤矿；供电系统；中央变电所；配电装置；控制电源；
一、供电系统控制电源存在的技术问题
实现高压真空配电装置操控的电源有两种，一种是直流电源，一种是交流电源。当前大部分煤矿所采用的隔爆型高压真空配电装置都采用交流电源进行控制和操作，一次主回路电压通过电压互感器变压为100 V后，实现对断路器与综合保护器的操作。现在，综合保护器实现计算机控制后，通过综合保护器的跳闸继电器，与分离线圈接通，实现机电保护期的跳闸控制。因此必须要保证综合保护器与合分闸电源稳定可靠，高压真空配电装置的电源也必须稳定可靠，只要其中一个部分的电源出现故障，都会引发几点保护回路拒动。这个问题，是隔离型高压真空配电装置采用微机综合保护器操控时比较关键的问题之一。恶劣的井下环境会导致供电线路出现各种不稳定状况，对其可靠性造成影响。如果高压真空配电装置的出线和母线发生故障，就会造成母线电压急剧下降，也就无法保证继电器作出准确的保护动作。针对这种情况，《JB8739-1998矿用隔爆型高压真空配电装置》中明确规定了复式电源供电的短路保护应达到以下要求：在配电系统出现电源无电压、近端短路或者电流互感器实时电流超过额定4倍时，二次电流源绕组其负载电阻为25Ω，输出电流要达到25 V·A，断路器可以实现准确分闸。但是能否使断路器准确分闸，母线电压以及电流源的影响因素主要包括以下几点：（1）近端短路时，电源电压为0。在电流互感器二次侧，短路时产生的电流形成的电压容量，在考虑失压线圈失效的状态下，能否实现对断路器分离线圈的推动。（2）电流源变压器磁滞饱和曲线、电流互感器的磁滞饱和曲线，以及电流源变压器的输出容量。（3）若发生近端与远端间短路，那么线路此刻残存的电压能否可以保证高压真空配电装置对电源进行控制。
二、煤矿地面
供电系统改造的必要性,由于该矿生产规模较大,矿井已延深到海拔-1000米以下,煤层气比较突出,对矿井通风和煤层气抽放要求较高。因此,对安全、连续供电的要求也非常高,这就需要有一个非常稳定的供电系统。然而就该矿目前的地面供电系统状况看,还需要对66KV输电线、变配电装置和主变压器等关键环节进行技术改造,以满足矿井安全供电的需要。
1.66KV架空输电线安全改造的必要性。由于输电线使用的混凝土电杆多年受风雨侵蚀,电杆出现细小的纵向裂纹,已是状态不佳的前兆,这些对线路运行的安全都将产生不良影响。因此,针对上述线路存在的缺陷进行安全改造是非常必要的。
2.变电所主变压器增容改造的必要性。该矿生产原煤240万吨,未来10年可继续维持在240万吨以上的生产规模,出于生产和安全的需要,用电负荷将逐渐增加,最大电力将突破3万千瓦,因变电所的主变压器必须做到一台运行、另一台备用,而且要求两台主变压器的额定容量必须相同。这就要求变电所主变压器的总容量必须达7万千伏安以上,而现在总装容量仅4.335万千伏安,这将会导致地面变电所主变压器的供电能力严重不足。因此,需将这六座变电所的13台主变压器中,至少有6台主变压器进行增容改造,方能满足煤炭生产和矿井通风、排水等安全设施的用电需求。拟增容的主变压器应采用节能型低损耗电力变压器,就目前产品而言应选用S11型的低损耗电力变压器比较合理。
3.地面变电所高压配电装置的改造。该矿地面变电所室外高压开关场地安装的66KV高压少油断路器、66KV电压互感器、66KV电流互感器和66KV高压隔离开关等高压配电装置,当年采用的设备都是今天看来型号较陈旧,维护较频繁、在运行中绝缘下降变化较显著的老产品,对运行的安全影响较大。其中66KV电流互感器在运行中已发生过因绝缘问题而被迫退出运行的情况,老产品的结构不合理决定了电流互感器必然会受潮导致绝缘降低;电压互感器也存在类似的情况,它们的产品结构非常相似。因此,应采取更新措施将目前的LCW-60型电流互感器和JCC1-60型电压互感器,以LCW B5-66型电流互感器和JCC5-66型电压互感器逐渐取代老型号产品,新产品有高度防潮措施可使设备绝缘保持长期不降低,这对66KV系统的安全运行很有益处的,所以,对其进行更新改造是非常必要的。
三、新型煤矿中央变电所供电系统的设计思路
新型煤矿中央变电所供电系统由两部分构成，一部分为新型的供电系统，另一部分为直流操作电源控制系统。
1.新型供电系统图。新型煤矿中央变电所供电系统的具体结构如图1所示。
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图1新型供电系统结构
（1）新型供电系统采用的断路器。目前煤矿企业普遍采用的隔爆型真空配电装置主要使用两种类型的断路器，一种是永磁操作机构断路器，另一种是弹簧操作机构断路器。操作机构断路器是通过弹簧储能来实现断路器操作，这就需要由电压互感器提供较强的电流。而永磁操作机构短路其则是通过磁力来实现控制，因充电回路中有限流电阻，其电压互感器容量比弹簧机构的要小得多。因此，该次设计的新型供电系统使用永磁操作机构断路器。（2）新型供电系统的组成。由图1可知，系统中的隔爆型高压真空配电装置包括以下几种：1）进线隔离开关配电装置。进线隔离柜的作用是将电源隔离开来，再与另外一路电源进线隔离柜组合，实现电气锁闭。2）电压互感器配电装置。通过电压互感器柜，将输出电源接入自动电源切换装置，然后由控制电路进行蓄电池的浮充电。另外，电压互感器发出零序电压信号，其它高压出线柜可以据此判断出设备是否接地，如此可以避免由单独的电压互感器与测量回路判断造成误差，还可以读取综合保护器对各个回路零序电压的检测，从而判断出线柜是否接地。3）母线联络配电装置。在1、2号回路发生故障时的隔离装置，可以控制故障不扩大，若母线联络柜出现故障，则可以分列运行，保证各回路正常工作。4）出线配电装置。
2.直流操作电源控制系统。（1）双电源装置一次系统。在煤矿中开始推广应用永磁真空断路器后，在隔爆型高压真空配电装置中，采用直流电源作为操作和控制电源成为了现实，采用直流电源操作，可靠性更高。（2）主要功能。1）为了控制更为可靠，双电源都可以进行输出：一路为断路器工作进行供电，另一路为综合保护器工作进行供电，两路电源是独立运行的。2）可以实时检测电流、电压并进行显示。3）因井下作业环境湿度高，系统可以监视直流电源的绝缘状态。4）可以实现直流电源装置等相关信息的传输。5）开盖直流放点回路稳定可靠。
总之，随着开采的深度下延,对安全提出了更高的要求,电力是国民经济的先行官,对于煤矿生产和安全显得更为重要,因此如何使煤矿供电系统达到安全、合理、经济,是一个很值得研究的课题。
参考文献：
［1］张瑞忠.浅谈煤矿66KV变电所供电系统设计。.2018.
［2］王立凡.煤矿变压器综合保护技术的实践与探析.2019.