电网安全运行评价及可靠性研究

1、中国矿业大学中国矿业大学 中国矿业大学中国矿业大学 电气安全与智能电器研究所电气安全与智能电器研究所 2011.102011.10 目目 录录 煤矿电网安全运行评价及可靠性研究的意义煤矿电网安全运行评价及可靠性研究的意义 一一 技术方案技术方案 二二 现场培训现场培训 三三 四四 项目进度安排项目进度安排 中国矿业大学中国矿业大学 一 煤矿电网安全运行评价及煤矿电网安全运行评价及 可靠性研究的意义可靠性研究的意义 中国矿业大学中国矿业大学 目前，国内煤矿产能提高幅度很大，但地目前，国内煤矿产能提高幅度很大，但地 质条件趋于复杂，为保证安全高效生产，对质条件趋于复杂，为保证安全高效生产，对 矿井

2、供电可靠性、供电质量的要求很高。由矿井供电可靠性、供电质量的要求很高。由 于煤矿电网底子薄弱，随着煤矿电网的迅速于煤矿电网底子薄弱，随着煤矿电网的迅速 发展，电网结构不尽合理，抵御故障能力很发展，电网结构不尽合理，抵御故障能力很 弱，给电网安全稳定运行带来很大威胁，加弱，给电网安全稳定运行带来很大威胁，加 重了供电运行管理人员的工作负担。重了供电运行管理人员的工作负担。 中国矿业大学中国矿业大学 煤矿电网普遍存在的问题煤矿电网普遍存在的问题 1 5 4 3 2 中国矿业大学中国矿业大学 设计生产能力小，经过多次扩容改造，使得电网结构复杂； 对供电系统缺乏整体性的规划，使得运行管理混乱； 保护的

3、越级和无选择性跳闸； 单相接地电容电流的治理； 电能质量有待改善。 煤矿电网安全评价与研究的意义煤矿电网安全评价与研究的意义 为适应电网的快速发展，贯彻“安全第一，预防为 主”的安全生产方针，进一步提高煤矿的供电质量、供 电可靠性，有必要针对煤矿高压电网特点，通过煤矿电 网安全分析与评价体系对煤矿电网的安全现状进行分析 研究，安全管理从传统管理向现代化管理转变，安全工 作的侧重点也应从事后处理向过程控制转变，真正做到 预防为主，将安全问题和事故隐患解决在萌芽时期，确 保煤矿安全可靠供电，因此针对煤矿电网系统进行整体 安全评价与研究有着深远的意义。 中国矿业大学中国矿业大学 煤矿电网安全与可靠性

4、研究针对煤矿高压供电系统现 状，通过现场测试、仿真计算、理论分析等技术手段，实 现从系统整体角度对高压供电系统的网络结构、供电可靠 性、供电能力、供电经济性、继电保护、电能质量、中性 点接地方式与漏电保护等几个方面进行分析研究，找出系 统存在的问题及安全隐患，提供建议与解决方案，确定紧 急预案，确保供电安全与可靠。 煤矿电网安全评价与研究的方法煤矿电网安全评价与研究的方法 中国矿业大学中国矿业大学 二 技术方案技术方案 中国矿业大学中国矿业大学 高压供电系统网络建模仿真与计算高压供电系统网络建模仿真与计算 高压供电系统供电安全可靠性评估高压供电系统供电安全可靠性评估 供电设备安全可靠性研究供电

5、设备安全可靠性研究 继电保护配置与整定研究继电保护配置与整定研究 高压供电系统电能质量分析与评价 高压供电系统中性点接地方式及接地保护分析与评价 技术方案技术方案 中国矿业大学中国矿业大学 中国矿业大学中国矿业大学 （3）仿真计算）仿真计算 （2）系统建模）系统建模 （1）煤矿电网基础参数的收集）煤矿电网基础参数的收集 1高压供电系统网络建模仿真与计算高压供电系统网络建模仿真与计算 技术方案技术方案 系统参数系统参数 设备参数设备参数 运行参数运行参数 故障记录故障记录 供电系统主接线图：各矿地面、井下各变电站、开闭所、 发电厂的主接线图； 进线在各运行方式下的相关参数：各进线最大及最小短路

6、容量、协议容量、上一级开关保护定值。 主变；母线、电缆、架空线；地面高压开关柜及井下高 压配电装置；地面及井下继电保护装置；无功补偿；地 面及井下高压电动机、主通风机；发电机；PT；消弧线 圈及小电流接地选线装置；直流屏。 系统运行方式；继电保护的配置与整定值；进、出线典 型24小时负荷数据；发电厂典型24小时运行数据。 历史故障记录及相关故障分析报告。 中国矿业大学中国矿业大学 煤矿电网基础参数的收集煤矿电网基础参数的收集 系统建模 建模就是把一个实际系统模型化的过程。建立的建模就是把一个实际系统模型化的过程。建立的 模型主要应用于：分析和改善实际系统；预测或预报模型主要应用于：分析和改善实

7、际系统；预测或预报 实际系统的某些状态的未来发展趋势；对系统实行最实际系统的某些状态的未来发展趋势；对系统实行最 优控制。优控制。 运用面向对象的分析方法，利用混合法，采用推运用面向对象的分析方法，利用混合法，采用推 理、统计、实验等手段建立煤矿电网的仿真模型。例理、统计、实验等手段建立煤矿电网的仿真模型。例 如，通过统计负荷的功率变化，确定负荷的模型，并如，通过统计负荷的功率变化，确定负荷的模型，并 计算推理得到负荷的参数；通过查询国家标准、系计算推理得到负荷的参数；通过查询国家标准、系 统特征得到交流线的模型和参数。统特征得到交流线的模型和参数。 中国矿业大学中国矿业大学 中国矿业大学中国

8、矿业大学 潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研 究系统规划和运行中的各种问题。对规划中的电力系统， 通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否 满足各种运行方式的要求；对运行中的电力系统，通过 潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不 会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许 的范围以内，系统中各种元件(线路、变压器等)是否会 出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预 防措施等。 （1）潮流计算）潮流计算 电气主接线方案的比较与选择，或确定是否需要采取 限制短路电流的措施。 电气设备及载流导体的动热稳定校验和开关电器、管 型避雷器等的开断能力的校验。 接地

9、装置的设计。 继电保护装置的设计与整定。 故障分析。 中国矿业大学中国矿业大学 （2）短路计算）短路计算 中国矿业大学中国矿业大学 2高压供电系统供电安全可靠性评估高压供电系统供电安全可靠性评估 供电可靠性就是供电的连续性和不间断性。供电 安全与可靠性研究首先确定系统可能使用或即将实现 的运行方式，其次分别从供电能力、一级负荷供电可 靠性、故障影响面、供电经济性等方面进行仿真分析， 研究系统供电安全可靠性，最终发现隐患并提出改进 方案，确定系统推荐运行方式及紧急情况处理预案。 技术方案技术方案 中国矿业大学中国矿业大学 u供电能力供电能力 研究煤矿电网进线的供电能力及变电所出线的 供电能力。

10、包括：正常运行情况下，各运行方式下供电能 力是否能够满足安全生产要求（线路及设备负载率、 母线及末端电压）及预留必要的安全裕量；大功率 负荷设备启动及负荷突升的影响；供电故障情况下， 研究保安负荷供电能力是否能够满足安全要求，提 出供电不充足情况下的处理预案。 u一级负荷供电可靠性一级负荷供电可靠性 针对煤矿通风、排水、提升等一级负荷，核查 煤矿供电安全隐患，供电方式是否符合标准要求； 仿真分析供电故障情况下，一级负荷供电可靠性。 u供电故障影响面供电故障影响面 仿真研究煤矿各种运行方式下当出现短路故障时残 压影响面、母线短路影响面，接地过电压的影响面，考 核系统抵抗故障的安全性。 u供电经济

11、性供电经济性 仿真研究煤矿各种运行方式下系统网络损耗，确定 运行方式经济性及改进方案。 中国矿业大学中国矿业大学 3供电设备安全可靠性研究供电设备安全可靠性研究 根据仿真计算结果，对煤矿供电设备分别进行安全可靠性验 算，防止多次改造造成的设备参数疏漏。 断路器、隔离开关：进行额定电压、电流、动、热稳定的校验； 架空线、电缆：进行额定电流、额定电压的校验； 母线：进行额定电流、动、热稳定的校验； 套管和绝缘子：进行额定电压、动、热稳定的校验； 电压互感器：进行额定电压、输出容量、变比选择是否合理、接 线方式校验； 电流互感器：进行额定电流、输出容量、动、热稳定的校验； 高压熔断器：进行额定电流、

12、额定电压、动、热稳定的校验； 避雷器：进行额定电压、泄露电压、动、热稳定的校验。 技术方案技术方案 中国矿业大学中国矿业大学 4继电保护配置和整定研究继电保护配置和整定研究 技术方案技术方案 u继电保护配置继电保护配置 保护装置配置针对煤矿具体高压供电系统现状，结合对网络 结构的分析，分别从功能和设置上对地面高压供电系统继电保 护配置和井下高压供电系统保护装置进行研究，针对现存的问 题进行优化设计，具体提出优化的保护配置方案。 u继电保护整定继电保护整定 针对优化后的高压供电系统继电保护配置方案，依据保护整 定规程并结合煤矿的实际情况，计算常用运行方式下的保护定 值，给出整定值建议修改意见和整

13、定计算书。利用仿真软件， 校验不同运行方式下保护整定值的合理性。 中国矿业大学中国矿业大学 5 高压供电系统电能质量分析与评价高压供电系统电能质量分析与评价 煤矿电网电能质量测试，采用专业的电能质量测试 仪器，对煤矿电网的进线、公共连接点和各条支路，分 不同的工况，进行24小时连续测试，找出影响煤矿电网 电能质量的源头，出具测试报告。 中国矿业大学中国矿业大学 系统进线三相电压、电流总谐波畸变率系统进线三相电压、电流总谐波畸变率 系统进出线各次谐波电流值，谐波电流系统进出线各次谐波电流值，谐波电流 流向，变化趋势图流向，变化趋势图 系统三相电压不平衡度系统三相电压不平衡度 系统进出线电压偏差系

14、统进出线电压偏差 系统谐波源定位系统谐波源定位 系统进出线有功、无功、功率因数系统进出线有功、无功、功率因数 电能质量测试主要内容包括： 中国矿业大学中国矿业大学 供电电压的稳定性GB12325-2003 电能质量 供电电压允许偏差 电压的跳变和闪变GB12326-2000 电能质量 电压允许波动和闪变 谐波水平GB/T14549-93 电能质量 公用电网谐波 三相电压不平衡度GB/T15543-1995 电能质量 三相电压允许不平衡度 过电压GB/T18481-2001 电能质量 暂时过电压和瞬态过电压 电能质量测试电能质量测试 和分析依据的和分析依据的 标准有：标准有： 中国矿业大学中国矿

15、业大学 对煤矿供电系统来说，电能质量最突出 和普遍的问题是谐波； 主要的谐波源有各种大功率绞车电控设备、 整流设备、晶闸管变流设备和一些用于节能的 电子控制装置； 谐波会给各种用电设备带来有害影响，轻 则增加能耗，缩短设备寿命，重则造成严重的 用电事故，直接威胁到煤矿企业的安全生产；同 时由于煤矿存在大型负荷中心，大设备的启动造 成一系列问题。 中国矿业大学中国矿业大学 6 高压供电系统中性点接地方式及接地保高压供电系统中性点接地方式及接地保 护分析与评价护分析与评价 技术方案技术方案 煤矿高压供电系统中，高压供电系统中性点接地方式煤矿高压供电系统中，高压供电系统中性点接地方式 主要取决于系统

16、单相接地电容电流值的大小；主要取决于系统单相接地电容电流值的大小； 根据测试的系统单相接地电容电流值大小，选择合适根据测试的系统单相接地电容电流值大小，选择合适 的中性点接地方式对电网的安全运行至关重要；的中性点接地方式对电网的安全运行至关重要； 煤矿电网故障中，单相接地故障比例最高，针对现在煤矿电网故障中，单相接地故障比例最高，针对现在 煤矿接地保护的配置情况，根据中性点接地方式的规煤矿接地保护的配置情况，根据中性点接地方式的规 划，分析评价接地保护的选择性能否满足要求，并制划，分析评价接地保护的选择性能否满足要求，并制 定相应整改方案，对电网安全运行具有重要意义。定相应整改方案，对电网安全

17、运行具有重要意义。 中国矿业大学中国矿业大学 三 现场培训现场培训 中国矿业大学中国矿业大学 在合作期间，充分利用高校学术优势，确 保先进理论和高新技术的应用。可由专家教授 为现场人员提供以下专题培训： 煤矿供电系统概述煤矿供电系统概述 煤矿供电安全可靠性煤矿供电安全可靠性 继电保护配置及整定综述继电保护配置及整定综述 电能质量综述电能质量综述 中性点接地系统综述中性点接地系统综述 供电新技术：供电新技术： 中国矿业大学中国矿业大学 四 时间安排时间安排 中国矿业大学中国矿业大学 第二阶段：第二阶段：2个月，建立仿真模型，进行潮流分析、个月，建立仿真模型，进行潮流分析、 短路计算、网络结构分析

18、、无功优化分析、继电保护短路计算、网络结构分析、无功优化分析、继电保护 分析等仿真分析与评价、电能质量测试与分析、电容分析等仿真分析与评价、电能质量测试与分析、电容 电流测试与分析；电流测试与分析； 第三阶段：第三阶段：1个月，提交各种分析报告、进行个月，提交各种分析报告、进行 培训、项目结题。培训、项目结题。 第一阶段：第一阶段：1个月，进行现场测试、调研，资个月，进行现场测试、调研，资 料收集、整理；料收集、整理； 中国矿业大学中国矿业大学 附：业绩表附：业绩表 序号项目名称 年份 1国投新集一矿电网安全评价与分析 2007 2城市轨道交通中直流供电制式回流系统仿真软件技术合作开发 2007 3金牛能源邢东矿井35kV变电所供电系统诊断测试与可靠性研究 2007 4郑煤告成煤矿电网电能质量提升研究 2007 5开滦矿业集团