山东省天安矿业集团有限公司星村煤矿 山东曲阜 273100
摘要：目前煤炭市场有所回暖，矿山生产企业的运行得到了一定的保障。但是随着国际能源战略的不断推进，围绕着节能方面的研究将会被摆到更加突出的位置。正是由于多数的煤炭企业的供电网络中广泛存在着大功率的用电设备，也广泛存在着无功损耗、谐波扰动等降低供电质量的问题。一些企业对准节能展开了一定的研究也采取了一些措施，但都未能从整体上把握主要矛盾。为此有必要从整体上开展供电节能规划和供电管理研究。
关键词：煤矿；供电系统；系统优化
1我国煤矿供电系统改进的必要性
煤矿地区安全合理用电，降低用电事故的发生，从而使供电系统中的低压铺设变得越来困难，导致失效概率增大，许多坏事互为因果，循环不已，越来越坏。整个用电网络的匮乏，导线的损坏，用电安全保护不合理等诸多问题，导致系统短路时保护失灵，多次跳脱或漏脱。造成全矿停电，面积更大。这就造成了煤矿安全的问题，同时，由于供电网络的建设落后，导致煤矿整个电力输送水平低，煤矿机器的陈旧，供电系统强度较低，能力匮乏，功率输出低，失效概率大，维修花费大，在传输和分配的过程中，电压、配电变压器及电子部件必须使用一些能源。特别是一些低电压等级的电网所使用的能源占有很大的部分，矿山配电网主要由35kV的低压线、6kV/10kV线路、变压器、380/220构成。由于煤矿区域的用电线路过长，分支和负荷节点过多，功率因数低，供电半径长，使网络损耗增加。实现无功补偿是降低电网损耗的重要途径，相互平行连接在一起的电容器在供电网络上的包容量，簇数，以及在哪些地方合理放置等方面的配置，不仅可以减低供电网络的消耗问题，而且有助于提高电压质量，提高供电和网络结构的合理性，但是相对于煤矿用电在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境的技术，相对于地面来说，由于其补偿方式的死板，需要针对性的优化方法。优化电力系统计划应基于安全性和可靠性，以利益为中心。引导配电网建设计划，科学合理地确定网络建设项目的时间和机会，通过合理的资源分配，优化配电网结构是合理的，安全可靠性和经济的。降低电力损失，减少电力损失，改善电力供应能力和电力质量，改善电力供给可靠性的经济灵活性对于优化煤矿配电网计划具有重要实用意义。
2矿山供电系统优化需求
根据矿山生产电力供应系统中在功率损耗、谐波现象的特点和系统监控方面的优化要求，从全局的角度进行研究，以构建起矿山生产综合优化体系。具体的供电系统节能优化系统应具备：
2.1为从根本上实现供电系统的节能要求，应在从设备功率因数和高阶谐波扰动两个角度以及供电系统的整体监测上，在基于无功补偿和相应的滤波函数研究后，开展煤矿供电综合节能研究[1]。
2.2从数据采集、处理和传输的角度出发，要求在数据采集环节建立起能够将煤矿供电系统中多种类型的电力参数完整检测，同时能够无缝转换为操作人员识别的数据类型的采集单元；要求在数据处理环节要求能够实现基本电力参数的归类和简单的统计数据处理；在数据传输环节要求能够通过常见的通讯协议主要完成对电力负荷等的数据传输。
2.3在人机交互环节，要求系统能够专业化地显示当前供电设备、用电设备的运行状态、主要电气参数，设备运行、警报、故障信息等。
3煤矿供电系统技术优化方案
智能型煤矿供电系统采用分层分布式结构，实现了对地面变电所、井下中央变电所、矿区变电所、移动变电所、高压配电设备（开关柜）和高压电磁阀的监控、保护和控制。系统由设备层、区域决策层和站控层组成。装置层包括高压配电装置（开关柜）或高压电磁启动器矿。区域决策层具有光纤高速以太网通信功能，包括不同位置的保护装置和保护站场[2]。站控层包括后台监控系统、网络交换机和GPS定时系统。各种高压配电开关或电磁起动器保护装置与双光纤之间的网络型区域相连，形成设备层网络；各种联网和区域保护装置与双以太网（无源光网络EPON或数千兆光以太网）相连，构成UTE区域决策层网络；区域保护装置将监控系统与千兆以太网连接，构成站控制层网络。
4单相接地故障选线
对于小电流接地系统，当发生单相接地故障时，不仅在水平尺寸上出现故障信息，而且在较低的接地范围内，通过两级开关的零序电流都能达到整定值。依靠本地采集的信息，无法得到故障线路。然后采用WAMS技术，每个保护装置根据预先设计的“格架”选择所需的矿井三相信息，进行实时处理、相关数据集成、精确定位和最近的高爆开关，并通过GOOSE报文发送跳闸指令。
4.1脉冲极性原理
研究表明，泄漏支路中的零序冲击电流高于非滑动故障，且方向相反。故障支路和无故障支路之间的零序电流波形相差很大，但两个无故障支路之间的零序电流波形相似[3]。在此基础上，智能型矿井高压供电系统的装置可以脉冲极性原理作为暂态信息的判据。
4.2模拟
在不接地系统中通过Matlab完成仿真，参数设置如下。三相供电电压设置为6kv，变压器匝数比为6kV/660V，感性负载，三个支路为10km、8km、6km，正序电阻设置为0.01273/km，正序电抗设置为0.9337mh/km，正序电容为12.74pF；零序电阻为0.3864/km，零序电抗为64mh/km。CE电容为7.751pF。每个分支的相对绝缘电阻为106欧姆。支路3C相0.2s发生接地故障，接地电阻为1K，模拟时间为0.5s。从仿真波形看，没有与地面接触的供电网络发生错误时，有错误的线路与没有错误的线路之间的电流互感器所通过的电流正负极发生改变，故障支路零序值等于无故障支路[4]。因此，系统将暂态故障时间信息作为漏电保护的判据，提高了识别速度，及时排除电网接地故障。
4.3重新识别方法
针对该煤矿的实际需要，电缆线路对地参数的识别可采用最新提出的重新识别方法，即在发生接地故障时，根据矿井高压系统采集的充电信号，对单相参数进行计算，并进行具体分析，称之为重新识别方法。电缆参数由三号线相对绝缘电阻和分布电容组成，零序阻抗很小，可以忽略不计。
5效果分析
与原来的方案相比较，优化后的方案采用WAMS技术，每个保护装置根据预先设计的“格架”选择所需的矿井三相信息，进行实时处理、相关数据集成、精确定位和最近的高爆开关，并通过GOOSE报文发送跳闸指令，并且通过以脉冲极性原理作为暂态信息判据，更好的判断出故障选线。系统将暂态故障时间信息作为漏电保护的判据，提高了识别速度，及时排除电网接地故障，提高了排除效率，在重新识别上，该方案根据矿井高压系统采集的充电信号，对单相参数进行计算，并进行具体分析，并且它还可以作为判断漏电保护装置根据计算出的尺寸值，发出报警或保护跳闸指令的依据。实验证明，该方法比以往任何时候都更直观。
结束语
提出了一种基于WAMS的煤矿智能供电系统的总体技术方案，实现了整个电网数据的同步采集、实时数据共享，为煤矿综合自动化、小型化和煤炭生产效率奠定了技术基础。提出了一种识别故障接地电阻的再识别方法，并结合基于暂态极性法的信息，实现了单相接地故障水平和垂直选择性跳闸的目标。提出了纵差同步相的远程保护方法，解决了等级跳车引起的短路故障，不仅实现了数据采集的同步，而且提高了数据处理的效率。煤炭工业生产环境的特殊性和波动性条件决定了智能系统建设的长期性。各矿井应根据自身特点，引进新技术、新思路，进行实时网络优化改造，逐步实现矿井综合自动化。
参考文献：
[1]李卓.电力监控及防越级跳闸系统在煤矿供电系统中的应用[J].通信电源技术，2018，35（12）：92-93.
[2]李庆明.关于煤矿供电系统和电气设备的保护研究[J].中国设备工程，2018（14）：189-190.
[3]童立凡.煤矿供电系统防越级跳闸研究[J].能源与节能，2016（05）：14-15+17.
[4]杨振兴.提高煤矿供电系统可靠性的措施与对策[J].中国新技术新产品，2015（09）：75.