崔家寨煤矿安全评价与可靠性分析研究开发技术协议Word文档下载推荐.docx

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3.3.3提交成果6

3.4崔家寨煤矿供电经济性评估6

3.4.1崔家寨煤矿供电经济性分析6

3.4.2分工与协作6

3.4.3提交成果7

3.5崔家寨煤矿高压供电系统继电保护分析与评价7

3.5.1崔家寨煤矿高压供电系统继电保护配置分析与评价7

3.5.2崔家寨煤矿高压供电系统保护整定仿真校核7

3.5.3崔家寨煤矿高压供电系统保护整定计算8

3.5.4分工与协作8

3.5.5最终成果8

3.6崔家寨煤矿高压供电系统电能质量分析与评价8

3.6.1崔家寨煤矿高压供电系统电能质量测试8

3.6.2崔家寨煤矿高压供电系统电能质量分析与评价9

3.6.3分工与协作9

3.6.4最终成果10

3.7崔家寨煤矿供电系统中性点接地方式及接地保护分析与评价10

3.7.1单相接地电容电流测试10

3.7.2中性点接地方式及接地保护分析与评价10

3.7.3分工与协作11

3.7.4最终成果11

4现场培训11

5时间安排11

1.总则

本文件是崔家寨矿（以下简称甲方）与中国矿业大学（以下简称乙方）为崔家寨矿电网安全运行评价与研究项目拟定的技术协议。

2.崔家寨煤矿供电系统现状

目前崔家寨矿供电系统存在着安全隐患，例如电网结构复杂、越级跳闸、系统短路容量不确切、短路造成无选择性跳闸事故等。

崔家寨矿是年产达二百四十万吨的大型矿井，为保证安全高效生产，对矿井供电质量、可靠性的要求很高，因此非常有必要对崔家寨矿高压供电系统进行一次系统分析与评价，发现问题，提出整改方案，并为以后供电系统的检修、改造、扩容等提供依据。

3.技术要求

为适应电网的快速发展，安全管理必须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，查清安全生产薄弱环节和危险因素，做到未雨绸缪，心中有数。

煤矿电网安全评价与分析针对煤矿高压电网特点，通过现场测试、软件仿真等手段对煤矿高压供电系统的现状进行分析研究。

通过对煤矿供电系统进行仿真建模，可实现从系统整体角度对煤矿供电系统供电质量及可靠性进行分析与安全评价，对接地系统现状、无功补偿现状、继电保护设置及整定、电能质量水平等几个方面进行专题分析与综合评价。

在分析基础上找出系统存在的问题及安全隐患，为进一步改造或扩容提供建议与方案。

同时利用分析结果确定紧急预案，进一步提高供电系统可靠性，确保煤矿安全生产。

3.1崔家寨煤矿高压供电系统网络建模仿真与计算

3.1.1崔家寨煤矿电网基础参数的收集

煤矿电网基础参数的收集是整个项目研究的基础。

项目的主要内容是通过对煤矿电网建模，进行仿真计算，并依据仿真计算结果进行分析，对高压供电系统的现状进行评价与优化。

所以说建模是整个项目的核心，而电网基础数据的收集又是建模的基础。

只有取得最贴合实际的第一手电网数据，才能确保建模的正确性、仿真的科学性。

煤矿电网系统建模一般需要以下参数：

（1）系统参数

系统接线图；

进线在各运行方式下的相关参数（比如系统进线的最大及最小短路容量）；

各个设备的参数及运行情况（发电机、变压器、线路、断路器、电动机、无功补偿、电容或电抗器、CT、PT）。

（2）负荷情况

各条供电线路一段时间的负荷数据或正常负荷情况并附相关系统运行情况。

（3）保护配置

二次接线图和各个保护的配置情况，现有的继电保护整定计算书，现在采用的整定值，各个保护装置的说明书等。

（4）存在问题

已经发现的问题及故障时的相关材料。

3.1.2崔家寨煤矿高压供电系统建模

根据崔家寨煤矿高压电网的实际情况，建立电网的仿真模型，是进行各种仿真分析的基础。

在进行系统建模时，首先根据电缆线路、架空线路、变压器、电动机、电容器、电抗器等各种元件参数建立元件仿真模型，其次利用建立的元件模型根据现场结线图构造电网仿真模型，最终利用电网实际运行得到的各种数据对仿真模型进行校验与修正。

电网仿真模型确定后，就可利用电网仿真软件和计算机技术对电网进行仿真计算与分析。

3.1.3潮流计算

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提出的各种问题。

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。

利用建立的电网仿真模型，采用电力系统专用仿真计算软件，可以对煤矿电网进行全系统各种运行方式下的潮流计算与分析。

3.1.4短路计算

配电系统短路的类型主要有三相短路、两相短路和两相接地短路。

三相短路属对称故障，其余属不对称故障。

除不对称短路外，电力系统的不对称故障还有一相或两相断开的情况，称为非全相运行。

在同一时刻，电力系统内仅有一处发生上述某一种类型的故障，称为简单故障。

同时有两处或两处以上发生故障，或在同一处同时发生两种或两种以上类型故障，称为复杂故障或多重故障。

短路计算就是在某种故障下，求出流过短路点的故障电流、电压及其分布的计算。

短路计算是进行保护整定与稳定性分析的基础。

利用建立的电网仿真模型，采用电力系统专用仿真计算软件，可以对煤矿电网进行任意短路故障情况下，各种运行方式的全系统短路计算与分析、残压计算与分析。

3.1.5分工与协作

甲方为乙方提供计算所需的一次系统图、电气设备参数、相关历史数据、目前系统负荷参数等；

甲方协助乙方完成对供电系统的全面调研；

乙方负责建立仿真模型、进行运行分析。

3.1.6提交成果

乙方负责根据甲方提供的数据和现场调研情况，建立崔家寨煤矿高压电网仿真分析模型；

乙方负责对崔家寨煤矿高压电网进行网络潮流计算分析；

乙方负责对进崔家寨煤矿高压电网进行各种运行方式下的短路计算和分析；

乙方负责对崔家寨煤矿高压电网各种运行方式和故障模拟的仿真、潮流计算、短路计算的结果进行综合分析，给出运行分析评价报告（报告中包含短路计算的详细步骤），提出优化方案。

3.2崔家寨煤矿供电安全可靠性评估

3.2.1崔家寨煤矿供电安全可靠性分析

供电可靠性就是供电的连续性和不间断性。

随着煤矿矿井向深部开采，产量不断提高，井下供电线路在逐渐延伸，供电设备逐渐增多，井下供电的可靠性已经成为制约安全生产的主要因素之一。

因此，研究、改造供电方式、配电装备，健全管理制度，对预防电气事故，减小停电范围，提高井下供电的可靠性，具有十分重要的意义。

供电安全可靠性评估主要考虑以下三个方面：

1）从电网结构、系统各种运行方式角度分析电网抗故障能力。

电网的结构直接关系到供电的稳定性和可靠性，必须预先分析结构的变化对电网潮流分布、网络稳定性、供电可靠性造成的影响，对可能出现的问题有充分预计。

另外现有网络系统各种运行方式下，对系统稳定性、可靠性进行分析，对指导电网安全运行具有重要意义。

2）在供电系统出现故障后，仿真评价系统能否迅速恢复供电能力，确保正常生产；

若不能确保生产负荷，是否能保证保安负荷正常运转，确保安全。

在电网中模拟特定点故障情况下，考虑系统的备用容量与转供措施后,分析系统的潮流与电压分布状况和丢失负荷情况，是否能保证煤矿正常生产，是否能保证保安负荷。

在故障下对网络进行潮流计算,得到相应的电压水平、线路损耗、短路容量等结果。

基于此结果，在确保安全的前提下，给出合理的运行方式调整预案，争取尽快恢复正常生产。

3）分析评价在短路故障情况下，各种设备的安全可靠性。

主要是对煤矿电网发生的三相短路进行短路电流分析计算，依据短路计算的结果对电网各种高压设备（主要是母线和断路器）进行安全校验，以校核电网母线及开关设备是否满足规程要求。

3.2.2分工与协作

甲方为乙方提供测试实验所需的各种运行条件及配合。

乙方完成可靠性分析所需要的测试实验，并进行相应的可靠性分析。

3.2.3提交成果

针对现有网络系统各种运行方式下，对系统稳定性、可靠性进行分析，提交评估报告和整改建议（包括负荷接线及电网结构是否合理）；

在电网中模拟特定点故障情况下，给出合理的运行方式调整预案；

对全网设备进行安全校验，提交报告和建议。

3.3崔家寨煤矿供电能力评估

3.3.1崔家寨煤矿供电能力分析

在电网正常运行时，各种正常运行方式下供电能力是否能够满足安全生产要求，及必要的安全裕量是供电人员必须了解的内容。

评估供电能力涉及到电网的基本情况、运行指标，考虑不同负荷运行水平，不同的运行方式下的需要，在本项评估内容中主要包括：

●供电能力是否满足现有负荷的需要；

●供电能力是否适应负荷增长的程度；

●正常运行时各节点的电压水平及线路的电压损失；

●系统的网络损耗；

●线路和变压器的过负荷情况。

具体措施及方法是在各种运行方式下，对煤矿电网正常负荷水平下的高压供电网络的潮流、短路状况进行分析,确定各电气设备的负载率、网络电压降分布、供电能力冗余度以及网损情况。

为了解现状电网适应未来负荷发展的潜力，还可以通过人为设置负荷水平（如设置1.4倍、1.7倍等的负荷水平），进行计算。

并对计算结果自动转换为EXCEL表格,形成图表，总结出存在的问题，提出相应整改建议。

3.3.2分工与协作

3.3.3提交成果

针对现有网络系统各种运行方式下（包括目前变压器的运行方式是否合理，是否还有更加合理的运行方式，以及大负荷运行对电网的影响），提交各电气设备的负载率、网络电压降分布、供电能力冗余度以及网损情况报告，总结存在的问题及相应整改建议。

3.4崔家寨煤矿供电经济性评估

3.4.1崔家寨煤矿供电经济性分析

作为企业，在保证供电安全的前提下也要考虑供电的经济性。

在符合煤矿安全规程及保证安全生产的前提下，选择煤矿电网所有可能出现的运行方式，基于建立的电网仿真模型，采用电力系统专用仿真计算软件，对煤矿供电系统的网损、无功进行计算。

对系统内部现有无功源进行无功优化仿真分析，合理选取无功优化的控制策略，在保证功率因数满足要求的前提下使无功功率分配达到最优，降低网损，同时针对一些网损大的元件给出降损措施及建议。

通过各种运行方式下的网损和无功分析比较，选出系统最经济的运行方式。

电网的网络结构直接关系到系统的稳定性、可靠性和经济性，若煤矿电网扩容或工作面变迁，就需要改变电网的网络结构。

利用建立的电网仿真模型，采用电力系统专用仿真计算软件，对各种煤矿供电系统变化预案进行比较分析，提出最安全经济的方案。

例如：

在工作面迁移时，实际仿真各种供电方案并进行经济分析，最终确定最安全经济的供电方案；

在供电系统需要容，可在建立的电网仿真模型上，增加扩容负荷，根据仿真结果确定扩容改造方案。

可以避免改造的盲目性。

3.4.2分工与协作

3.4.3提交成果

乙方负责对崔家寨煤矿6kV高压电网进行各种常用运行方式下无功优化和网损仿真分析，确定系统最经济的运行方式和最安全经济的改造扩建方案；

乙方根据崔家寨煤矿6kV高压电网的仿真分析结果，对目前6kV高压电网进行无功现状分析评价，提出系统无功优化方案。

3.5崔家寨煤矿高压供电系统继电保护分析与评价

3.5.1崔家寨煤矿高压供电系统继电保护配置分析与评价

由于煤矿企业近年来大都进行了保护装置的现代化的改造，特别是地面或中央变电所保护装置由原来的机械式和模拟式变为微机式。

保护生产厂家为使保护装置有通用性，一般把某电压等级下的设备所有可能用到的保护都集成在了装置中，比如110kV主变微机保护的高后备复压闭锁过流保护某公司的保护装置为3段6时限，又如某公司的所用变微机保护其保护设置多达26项，这样给现场的整定人员带来很大的不便。

高压供电系统保护装置配置分析，就是根据具体某个煤矿高压供电系统保护装置的现状，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分析和评价，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。

3.5.2崔家寨煤矿高压供电系统保护整定仿真校核

针对煤矿提供的6kV供电系统各设备的保护定值，利用仿真软件建立系统的一次接线图，输入每台设备的保护定值。

然后利用建立的仿真模型进行各种故障模拟，观察在某处发生故障时，系统中各个保护装置的动作情况，进而分析每个保护定值整定和保护设置的合理性，最后提供对现有继电保护整定的评价报告，指出存在的具体问题。

3.5.3崔家寨煤矿高压供电系统保护整定计算

根据煤矿具体的高压供电系统结构结合具体的保护配置，根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定计算书。

保护整定计算所参考的标准和规范：

GB14285－93《继电保护和安全自动装置技术规程》

中华人民共和国煤炭工业部《煤矿井下供电的三大保护细则》

国家煤矿安全监察局《煤矿安全规程》2005版

3.5.4分工与协作

甲方为乙方提供计算所需的一次系统图、二次接线图、电气设备参数、所有保护厂家、保护说明书、现采用保护方案、保护定值、继电保护整定计算书等。

3.5.5最终成果

乙方负责对崔家寨煤矿高压供电系统保护配置现状进行合理性分析评价；

乙方负责对崔家寨煤矿高压供电系统现行继电保护整定值进行仿真分析与校验；

乙方负责对崔家寨煤矿高压供电系统继电保护进行优化设计（包括保护如何整定）。

3.6崔家寨煤矿高压供电系统电能质量分析与评价

3.6.1崔家寨煤矿高压供电系统电能质量测试

随着煤矿生产的快速发展，电力负荷急剧增加，矿井电网中的各种变频调速装置、整流器等负荷容量不断增长。

大量电力电子功率器件及装置在矿井电网的广泛应用，给矿井生产带来节能和能量转换的同时，也给供电网络电能质量造成严重的污染，大量的谐波和无功电流注入矿井电网，造成系统效率变低，功率因数变差，并对其他设备和装置产生扰动，严重威胁矿井电网的电能质量和矿井电力设备的安全运行，因此电能质量测试是电网安全运行评价与研究的一项重要内容。

电能质量测试针对煤矿供电的特点，在供电重点位置利用电能质量分析仪对各种工况进行不间断连续测试，对测试结果进行分析汇总，给出电网电能质量测试报告。

电能质量测试主要内容包括：

因雷电或断路器操作造成的瞬态过电压（脉冲）；

因大负荷启动造成的瞬间性电压下降；

因雷电或供电线路开闭造成的电压浪涌；

因供电质量或雷电造成的供电瞬间中断；

因供电质量或电力电子设备造成的谐波；

因供电或负载不平衡造成的电压/电流相位畸变等不平衡因素等。

电能质量测试依据的标准有：

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》

为保证测试准确性，实际测试时，一般采用测试仪器挂网运行一周，根据挂网运行结果，再针对性进行具体分项测试，力求准确真实反映系统电能质量。

3.6.2崔家寨煤矿高压供电系统电能质量分析与评价

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；

因此根据电能质量测试报告，结合系统情况，对现有系统的电能质量进行分析评价并对已经进行的电能质量治理（如谐波治理等）进行分析评价，提出治理建议或应急性预案。

3.6.3分工与协作

甲方负责测试方案的核定、安全措施的制定、在乙方指导下进行现场接线、按测试方案协调测试工况的配合。

乙方负责测试方案的制定、测试接线的指导、测试的具体操作、测试结果的分析研究。

在进行测试时，必须首先保证人身及生产安全，甲方应设置专门的安全负责人员，在确认现场具备测试条件后方可进行测试。

3.6.4最终成果

根据崔家寨煤矿的测试分析结果，提出针对性的治理研究方案，若有多种方案并存时，应分别进行对照分析，对主井和付井以及即将增加的风机变频、3.3kV采煤等设备产生的谐波危害，提交应急性预案。

方案以报告形式提交。

3.7崔家寨煤矿供电系统中性点接地方式及接地保护分析与评价

3.7.1单相接地电容电流测试

煤矿6～10KV高压电网采用中性点不接地系统，中性点不接地系统的优点是单相接地电流较小，单相接地不形成短路回路，电力系统安全运行规程规定可继续运行1～2小时。

在现代化煤矿中，随着配电网规模的增大，因其大部分为电缆供电，单相接地电容电流值也在增大，长时间接地运行，极易形成两相接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，加之井下环境恶劣，故障多，高压电缆经常发生单相接地故障，过大的单相接地电流经常引起电缆放炮和击穿现象，影响正常生产，并给矿井和人身安全带来严重后果。

2005版《煤矿安全规程》第457条规定：

矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。

因此，正确测量、了解电网单相接地电流情况，对保证矿井安全运行极为重要。

煤矿6～10KV高压电网常采用单母线分段结线形式，测量时需要分别对各段进行系统单相接地电容电流测试，给出系统单相接地电流测试报告及评价。

3.7.2中性点接地方式及接地保护分析与评价

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，并制定相应整改方案，对电网安全运行具有重要意义。

3.7.3分工与协作

甲方为乙方提供现有接地方式、高压漏电保护系统的相关资料。

3.7.4最终成果

乙方负责进行崔家寨煤矿6kV系统中性点运行方式选择与评价；

乙方负责针对确定的6kV系统中性点运行方案，分析评价目前高压漏电保护系统的选择性、准确性、合理性；

乙方负责制定6kV漏电保护系统改造方案。

4现场培训

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

●电能质量综述

●谐波的产生、危害及治理

●中性点接地系统分类及特点

●继电保护的设置与配合

●继电保护的整定

●无功优化与补偿

●供电网络结构分析

●疑难故障分析

5时间安排

●第一阶段：

1个月，进行现场测试、调研，资料收集、整理；

●第二阶段：

2个月，建立仿真模型，进行潮流分析、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；

●第三阶段：

1个月，提交各种分析报告、进行培训、项目结题。

未尽事宜，双方协商解决，本协议作为合同附件，与合同具有同等法律效力；

本协议需双方签字方可生效；

本协议一式六份，甲方四份，乙方二份。

甲方：

崔家寨煤矿乙方：

委托人：

委托人：

年月日年月日