矿山供电系统稳定发挥设备和技术探讨

引言：

矿山供电系统的稳定运行是保障矿山安全生产和高效作业的核心基础，随着矿山开采规模扩大、电气设备复杂度提升以及智能化转型加速，传统供电系统面临着许多问题，尤其在露天开采或极端环境下，供电系统稳定发挥技术瓶颈亟待突破。在此情况下采用高可靠性供电设备和先进控制技术，不仅可降低停电事故率、提升设备寿命，还能通过能效优化减少碳排放，契合绿色矿山发展目标。

一、矿山供电系统稳定发挥的关键设备

（一）变压器

变压器是矿山供电系统中至关重要的设备，其主要作用是改变电压等级，以适应输配电的需求。在矿山中，电能通常由远距离输送，因此需要使用高压传输以减少线路损耗，而进入矿区后，则需通过变压器降压来满足设备用电需求。变压器的选型和运行方式直接影响到供电的稳定性和能效。例如，采用高效节能变压器可以降低铁损和铜损，提高电能利用率。并且，智能变压器配备了在线监测系统，可实时监控温度、负载、电流等参数，从而提高运行可靠性，减少故障发生率。

（二）高低压开关柜

在矿山供电系统中，高低压开关柜是矿山配电系统的核心设备，主要用于控制和分配电能，同时具备短路、过载、欠压保护功能。矿山的供电环境复杂，设备运行负荷大，对开关柜的可靠性要求极高。高压开关柜通常用于矿山主供电线路，保证稳定供电，而低压开关柜则用于分配电力给各个用电设备。现代开关柜多采用智能化设计，配备自动化监测系统，可以对电流、电压、温度进行实时检测，并在出现异常情况时自动切断电源，防止事故发生[1]。此外，矿山常用的环网柜能够在供电故障时实现快速切换，提高供电可靠性，避免因单点故障导致大范围停电。

（三）无功补偿装置

矿山中的大型电机设备在运行过程中会产生大量无功功率，如果不加以补偿，会导致功率因数降低，增加线路损耗，甚至影响供电稳定性。无功补偿装置，如静止无功发生器（SVG）和静止无功补偿器（SVC），可以有效改善功率因数，提高电网的电能质量。SVG 具有响应速度快、调节范围宽等特点，适用于负荷变化较大的矿山企业。而SVC 通过投切电容器或电抗器来补偿无功功率，降低电网损耗。合理配置无功补偿装置，不仅能提高矿山供电系统的稳定性，还能降低电费成本，提高经济效益。

（四）电能质量监测设备

矿山供电系统的电能质量直接影响到生产设备的运行效率和寿命，因此必须配备专业的电能质量监测设备。这些设备可以实时监测电压波动、电流谐波、三相不平衡等参数，及时发现供电异常情况。例如，谐波是由非线性负载引起的，会影响变压器和电机的正常运行，严重时可能导致设备过热甚至损坏。电能质量监测设备能够捕捉到这些异常信号，并通过滤波补偿设备进行治理，从而确保矿山供电系统的稳定运行。并配备基于大数据分析的智能监测系统，还可以对电能质量进行趋势分析，为优化电网结构提供数据支持[2]。

二、保障矿山供电系统稳定发挥的关键技术

（一）工程概况

某大型矿山每日所需消耗电力极大，矿山主要依赖外部 110kV 高压电网供电，同时配置了35kV 和10kV 的区域供电网络。但由于长期高负荷运行，矿山供电系统面临着电压波动大、谐波干扰严重、无功功率不足等问题。因此，该矿决定实施供电系统智能化升级改造，采用先进的智能变电站、电能质量优化、储能技术，以提高供电稳定性和能源利用率。

（二）智能化变电站技术

智能化变电站是矿山供电系统现代化的重要组成部分，其核心在于利用先进的传感、通信和自动化技术，实现对电力设备的远程监测、智能控制和高效管理。在智能变电站中安装智能传感器、在线监测装置和自动化控制系统，能够实时采集电压、电流、功率因数、设备温度等关键参数，并将数据传输至云端或控制中心，实现远程监测和智能运维。例如，基于数据采集与监控（SCADA）系统的智能变电站，可自动分析电力参数，预测可能出现的故障，并提前采取防范措施，从而减少停电风险，提高供电可靠性。并且智能变电站采用数字化继电保护技术，能够在毫秒级时间内识别和隔离故障，避免故障扩大化，确保矿山供电系统的稳定运行。

该矿区在主供电节点新建了一座110kV 智能变电站，并对原有的35kV和 10kV 变电站进行了数字化改造。智能变电站采用了数字化继电保护系统，能够在10ms 内完成短路故障检测与隔离，而传统继电保护设备响应时间往往超过 50ms ，大幅提升了故障处理效率。站内安装了智能传感器，实时监测变压器温度、油位、电流负载等参数，并通过 SCADA 系统将数据传输至中央控制室，实现远程监测和智能化运维。矿山引入了变频调速控制系统，通过调整电机启动过程中的电压和频率，使电流峰值降低至额定电流的 1.5 倍，减少了对电网的冲击。改造完成后，变电站运行效率提升15% ，故障响应时间缩短 60% ，有效降低了停电事故的发生概率。

（三）电能质量优化技术

矿山供电系统的电能质量优化技术主要包括谐波治理、无功补偿、三相不平衡调整、电压调节等。其中，谐波是由矿山中的变频器、电焊机、大型电机等非线性负载引起的，针对谐波问题，可以采用有源滤波器（APF）或无源滤波装置（LC 滤波器）进行治理，从而减少谐波干扰，提高电网的稳定性。无功补偿则主要依靠 SVG 或 SVC 来提高功率因数，降低线路损耗，减少变压器负荷。此外，针对三相不平衡现象，可以通过负荷调整、三相补偿装置等技术手段优化电能分配，确保供电系统稳定运行。

在该矿区针对非线性负载设备产生的谐波电流问题，在主要配电回路安装了 APF，能够自动检测并补偿特定频率的谐波，将供电系统的总谐波畸变率从原来的 7.8% 降低到 3.2‰ 。矿区在35kV 变电站新增了SVG，可以动态补偿无功功率，使功率因数提升至0.95 以上，有效降低了无功损耗。

（四）智能微电网与分布式能源技术

智能微电网和分布式能源技术的应用，可以有效增强矿山供电的自主性和稳定性，智能微电网是一种集成了多种能源和智能管理系统的小型电网，可以实现电力的灵活调度和智能分配。例如，在矿山中安装光伏发电系统，可以利用白天的太阳能发电，为矿区供电，并通过储能系统存储多余的电能，以备夜间使用。并且智能微电网还具备“ 孤岛模式” 运行能力，即在外部电网断电的情况下，依然能够维持矿山的基本供电需求，确保关键设备的正常运行[3]。

考虑到外部电网的不确定性，在矿区选择配套设置了10MWh锂离子储能系统，用于削峰填谷和平滑新能源出力。该储能系统由100个100kWh磷酸铁锂电池单元组成，充放电转换效率达到 92% 。在矿区出现电力故障时，储能系统可快速释放电能，以5MW功率连续放电2小时，为矿区关键设备提供稳定电力支持，维持矿区变电站母线电压稳定，从而提高供电安全性。

总结：t

矿山供电系统的稳定运行依赖于先进设备与智能化技术的协同优化，通过采用高性能变压器、动态无功补偿、智能继电保护及在线监测技术，可显著提升供电可靠性和能效。随着智能微电网、数字化等技术的应用，矿山供电系统将向更绿色、智能、稳定的方向发展，因此需持续加强设备维护、技术升级和管理创新，以此来应对复杂工况下的电力保障挑战。t

参考文献：

[1]谷卫忠.矿井供电自动化监控系统的设计及应用分析[J].矿业装备,2024,(08):79-81.

[2] 王森, 顾鹏, 韩波. 矿井供电安全管理的若干思考[J]. 科技资讯,2023,21(05):98-101.

[3] 张 瑞 斌 . 矿 山 供 电 系 统 技 术 改 造 及 优 化 [J]. 能 源 与 节能,2022,(05):144-146.

作者简介：刘志成，198609 出生，内蒙古包头市人，工业自动化高级工程师，从事控制工程领域。