露天煤矿供配电系统安全控制技术创新方法研究

1 露天煤矿供配电系统概述

露天煤矿供配电系统通常由电源引入、变配电设施、输电线路及用电设备等部分组成。电源一般引自区域电网，通过35kV 及以上电压等级的架空线路或电缆输送至矿区变电所。在矿区内，设置多个移动或固定式变电站，将电压降至6kV 或10kV，再通过配电线路向采掘设备、运输系统、通风设备等用电终端供电。配电线路包括架空线路和电缆线路，根据作业区域的特点和设备分布进行合理布局。露天煤矿用电设备种类繁多，功率差异大，且部分设备需频繁移动，对供配电系统的灵活性和可靠性提出了较高要求。

2 露天煤矿供配电系统传统安全控制技术

2.1 接地保护技术

露天煤矿供电系统多采用移动变电站，且 6kV 线路大多为电缆线路，对地电容大，易产生弧光间歇接地过电压。为此，常采用经电阻接地方式，改变接地电流相位，促使接地电流自熄，消除过电压，同时提供足够电流与零序电压，保障接地保护可靠动作。配出柜配备数字式电子接地保护继电器，针对不同接地系统实现有效保护。从移动变电站到用电设备，通过电缆地线连接设备外壳与变电站接地线，构成完整接地系统。像黑岱沟露天矿采用6 芯供电电缆（3 相2 地1 监控），利用地线、监控线与保护继电器构建地线监测保护回路，当地线异常时，监测回路断电，控制回路中的继电器动作跳闸，断开供电回路，确保接地可靠性。

2.2 设备防护技术

（1）移动变电站防护：露天矿的移动变电站分布于矿坑周边，环境恶劣且无人值守。因此，移动变电站多选用封闭式或半封闭式结构，室外绝缘体采用防污性能好的材料。考虑到坑下线路故障及大型挖掘设备对主变的冲击，主变需具备大短路容量和抗冲击能力。同时，借助成熟的监控技术，对各移动变电站实施集中监控，实时掌握其运行状态，提升安全防范水平。

（2）电气开关选择：露天矿电气开关设备需频繁移动，永磁型真空断路器因操作维护便捷、稳定性和可靠性高，成为首选。相比储能式真空断路器，永磁型真空断路器在露天矿复杂环境下优势明显，能更好地适应设备频繁启停和移动的工作特点[1]。

2.3 继电保护技术

随着数字技术发展，微机型继电保护装置凭借良好的稳定性、灵敏性和可靠性，以及整定方便的特点，在露天煤矿广泛应用。它能够快速、准确地检测系统故障，并及时动作切断故障电路，有效保护设备和线路安全，减少故障损失。

2.4 预防性试验

预防性试验是保障供电设备安全可靠运行的关键措施。在露天矿环境下，防雷装置建议每年检测一次，开关柜传动试验每 2-3 年进行一次，变压器则根据实际运行情况（如外部短路冲击等）安排检查试验。通过定期试验，及时发现设备潜在缺陷，提前采取维修或更换措施，避免设备故障引发事故。

3 露天煤矿供配电系统安全控制技术创新方法

3.1 智能监控系统的应用

（1）实时监测与数据分析：利用物联网、传感器等技术，构建智能监控系统，对供配电系统的运行参数进行实时采集与监测，包括电压、电流、功率、温度等。通过对大量实时数据的分析，及时发现设备运行异常和潜在故障隐患。例如，通过监测变压器油温、绕组温度的变化趋势，提前预判变压器是否存在过热故障。

（2）远程控制与故障预警：智能监控系统支持远程控制功能，操作人员可在控制中心对变电站开关、设备启停等进行远程操作。同时，系统具备故障预警功能，当监测数据超出正常范围时，立即发出预警信息，提醒运维人员及时处理。如当线路电流突然增大，超过设定阈值时，系统自动发出过载预警，以便运维人员迅速排查故障原因。

（3）可视化管理：借助图形化界面和虚拟现实技术，将供配电系统的运行状态以直观、可视化的方式呈现给运维人员。运维人员可通过监控画面清晰了解系统各部分的运行情况，快速定位故障位置，提高故障处理效率。例如，通过三维可视化模型展示矿区内供配电线路的走向、设备分布及运行状态，使运维人员对整个系统有更全面、直观的认识。

3.2 故障诊断新技术

（1）基于人工智能的故障诊断：运用深度学习、神经网络等人工智能算法，对供配电系统的故障数据进行学习和训练，建立故障诊断模型。该模型能够根据实时监测数据，快速准确地判断故障类型和故障位置。例如，利用卷积神经网络对电气设备的振动信号、声音信号等进行分析，识别设备是否存在机械故障或电气故障[2]。

（2）在线监测与故障预测：通过在线监测设备，对设备的关键参数进行持续监测，如电缆的局部放电、变压器的油中溶解气体含量等。结合数据分析和预测算法，对设备的剩余使用寿命进行预测，提前安排设备检修和更换，避免突发故障。例如，通过监测电缆的局部放电量变化，预测电缆绝缘老化程度，提前制定电缆更换计划。

3.3 电能质量优化技术

（1）谐波治理：采用有源电力滤波器（APF）、无源滤波器等设备，对电网中的谐波进行治理。APF 能够实时检测并跟踪电网中的谐波电流，通过自身产生与谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，注入电网，抵消谐波电流，改善电能质量。例如，在露天煤矿的变频驱动设备集中区域安装APF，有效降低了该区域电网的谐波含量。

（2）无功补偿：利用静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（STATCOM）等设备，对电网进行无功补偿，提高功率因数，降低线路损耗，稳定电压。例如，在矿区变电所安装 SVC，根据电网无功功率需求自动调整补偿容量，使电网功率因数保持在0.95 以上，有效提高了电能利用效率。

3.4 新型防护材料与技术应用

（1）绝缘防护材料：研发和应用新型绝缘防护材料，提高设备在恶劣环境下的绝缘性能和防护能力。例如，采用纳米复合绝缘材料，其具有优异的绝缘性能、耐候性和抗老化性能，可有效延长设备使用寿命[3]。

（2）防雷与电磁屏蔽技术：优化防雷接地系统，采用新型防雷装置，如可控式避雷针、提前放电避雷针等，提高防雷效果。同时，对供配电设备和线路采取电磁屏蔽措施，减少强电磁干扰对系统的影响。例如，在变电站的高压设备室安装电磁屏蔽网，有效降低了外界电磁干扰对设备控制信号的影响。

4 结束语

随着科技的不断进步，露天煤矿供配电系统安全控制技术将朝着智能化、数字化、集成化方向发展。未来，人工智能、大数据、云计算等技术将更深入地应用于供配电系统的监测、诊断和控制中，实现系统的自主优化和智能决策。同时，新型电力设备和材料的研发将进一步提高系统的性能和可靠性。为推动露天煤矿供配电系统安全控制技术的发展，建议加强产学研合作，加大科研投入，培养专业技术人才，加快新技术的研发和推广应用。此外，还应建立健全相关标准和规范，为技术的发展和应用提供保障，促进露天煤矿行业的可持续发展。

参考文献：

[1]张建国. 露天煤矿供配电系统安全控制技术创新方法研究 [J]. 露天采矿技术, 2024, 39 (04): 64-68.

[2]武俊文. 露天煤矿供配电设备的管理与维护措施研究 [J]. 内蒙古煤炭经济, 2023, (10): 58-60.

[3]张洪利. 露天煤矿中的供配电设备管理与维护分析 [J]. 集成电路应用, 2022, 39 (10): 72-74.