對(duì)煤礦供電設(shè)備的安全防護(hù)與電氣保護(hù)技術(shù)探索

楊君

摘要： 煤炭資源是國(guó)家發(fā)展所依賴(lài)的重要資源，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)煤礦企業(yè)的開(kāi)采也提出了高要求，煤礦企業(yè)的發(fā)展成為了國(guó)家資源發(fā)展的重要前提。供電設(shè)備在煤礦生產(chǎn)中占據(jù)了非常重要的位置，其為煤礦開(kāi)采提供了工具和動(dòng)力。但是，由于供電作業(yè)的危險(xiǎn)性，安全事故就成為了影響煤礦企業(yè)發(fā)展的首要問(wèn)題，加強(qiáng)供電設(shè)備安全管理迫在眉睫?？萍嫉陌l(fā)展將供電設(shè)備保護(hù)和電氣保護(hù)技術(shù)應(yīng)用在煤礦供電設(shè)備安全保護(hù)中，為煤礦發(fā)展奠定了安全性的基礎(chǔ)，本文對(duì)此進(jìn)行了分析和探討。

Abstract： Coal resource is very important for national development. With the constant development of national economy， higher requirements have been raised for coal mine enterprises. The development of coal mine enterprises has become an important premise of the development of national resources. Power supply equipment occupies a very important position in coal mine production， which provides tools and power for coal mining. But due to the danger of power supply， safety accident has become a primary issue in the development of coal mining enterprises， so it is urgent to strengthen the safety management of power supply equipment. The technological developments makes it possible to apply power supply equipment protection and electrical protection technology into coal mine power supply equipment safety protection， thus laying a safe foundation for the development of coal mine.

關(guān)鍵詞： 煤礦供電設(shè)備；安全防護(hù)；電氣保護(hù)技術(shù)

Key words： coal mine power supply equipment；safety protection；electric protection technology

中圖分類(lèi)號(hào)：X752 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2015）34-0003-03

0 引言

隨著煤炭行業(yè)的不斷發(fā)展，大量先進(jìn)的開(kāi)采設(shè)備被應(yīng)用在煤礦開(kāi)采中，這些設(shè)備需要供電才能得到動(dòng)力和運(yùn)轉(zhuǎn)。雖然供電設(shè)備提升了煤礦的開(kāi)采效率，但是供電安全問(wèn)題也對(duì)煤礦安全管理提出了更高的要求。電力資源管理本身具有一定的危險(xiǎn)性，加上設(shè)備的自動(dòng)化問(wèn)題等，使得供電設(shè)備的安全管理變得復(fù)雜，設(shè)備的運(yùn)行需要發(fā)電、供電同時(shí)進(jìn)行，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題均會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)，甚至是引發(fā)大規(guī)模的安全事故。隨著科技的不斷發(fā)展，供電保護(hù)裝置和技術(shù)被應(yīng)用在煤礦設(shè)備開(kāi)采中，為煤礦供電安全奠定了基礎(chǔ)。

1 煤礦供電設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

供電系統(tǒng)安全防護(hù)部分必須設(shè)置額定電壓保護(hù)系統(tǒng)和接地保護(hù)系統(tǒng)，并且應(yīng)該滿(mǎn)足供電可靠性、安全性的設(shè)計(jì)要求。

1.1 可靠性 供電設(shè)備的可靠性指的是供電設(shè)備在生產(chǎn)的過(guò)程中能夠保證持續(xù)的供電，從而避免由于供電中斷引發(fā)安全事故，針對(duì)這樣的情況，對(duì)主要設(shè)備采用雙電源供電，從而保證人員和生產(chǎn)的安全、順利進(jìn)行。雙電源可以來(lái)自不同的變電所或者不同的母線(xiàn)，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生問(wèn)題的時(shí)候，另一個(gè)電源能夠保證生產(chǎn)線(xiàn)上設(shè)備的電力供應(yīng)，從而保證井下通風(fēng)、排水和提升等正常的進(jìn)行。

1.2 安全性 煤礦開(kāi)采需要在井下進(jìn)行操作，由于其特殊、惡劣的工作環(huán)境，使得供電作業(yè)要更加注重安全，嚴(yán)禁出現(xiàn)觸電事故。在生產(chǎn)中，需要嚴(yán)格按照供電要求進(jìn)行供電，嚴(yán)禁非工作人員進(jìn)入井下操作，從而保證供電的安全。礦井下工作的線(xiàn)路要設(shè)置多條回路，當(dāng)一條回路出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，其他回路作為頂替回路進(jìn)行工作，從而保證供電正常。煤礦開(kāi)采中會(huì)存在著大量的瓦斯氣體，電火花會(huì)引起爆炸，因此要嚴(yán)格地遵守供電安全規(guī)范，避免發(fā)生重大安全事故。

1.3 額定電壓保護(hù) 在煤礦的開(kāi)采中，需要多種供電設(shè)備，不同設(shè)備需要的額定電壓是不同的，一些特定的設(shè)備需要較低的額定電壓，在沒(méi)有標(biāo)示的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)供電電壓錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致供電事故的發(fā)生。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，需要對(duì)設(shè)備的額定電壓進(jìn)行準(zhǔn)確、清晰的標(biāo)示。對(duì)于一個(gè)供電系統(tǒng)中存在著兩個(gè)使用電壓的時(shí)候，需要對(duì)低壓電器設(shè)備進(jìn)行明顯的標(biāo)示，從而減少事故的發(fā)生。

1.4 接地保護(hù) 供電設(shè)備的構(gòu)架和外殼要進(jìn)行接地處置，防止設(shè)備絕緣性破損后發(fā)生漏電事故。接地保護(hù)能夠更好地保證供電設(shè)備安全，在工作中需要將接地裝置與人體形成并聯(lián)狀態(tài)，當(dāng)電器設(shè)備的絕緣線(xiàn)破損導(dǎo)致設(shè)備外殼帶電的時(shí)候，接地能夠起到分流的作用，從而減少人體中的電流作用，避免發(fā)生觸電危險(xiǎn)事故。井下設(shè)備在進(jìn)行停電作業(yè)或是日常檢修的時(shí)候，要嚴(yán)格地按照礦井停送電管理制度進(jìn)行，保證安全用電。供電設(shè)備的一切操作都要由專(zhuān)業(yè)的電工進(jìn)行，確定維修責(zé)任人和包機(jī)人。

2 供電設(shè)備的電氣保護(hù)技術(shù)

煤礦設(shè)備保護(hù)裝置按照保護(hù)方式不同可以分為過(guò)流保護(hù)、接地保護(hù)和漏電保護(hù)，對(duì)應(yīng)的有移動(dòng)變電站、高壓開(kāi)關(guān)柜和高壓防爆配電裝置等，不同的保護(hù)裝置對(duì)應(yīng)不同的保護(hù)技術(shù)，其發(fā)揮的保護(hù)功能也不相同。

2.1 高壓防爆配電裝置的電氣保護(hù)技術(shù) 從現(xiàn)階段的礦井開(kāi)采中，變電所和綜采工作面都配置了高壓防爆配電裝置，其類(lèi)型主要為BGP系列和PB系列。在煤礦的供電設(shè)備中，以前高壓防爆配電裝置采用的油斷路器已禁止使用；機(jī)械彈簧式的結(jié)構(gòu)裝配的高壓防爆配電設(shè)備存在著一些缺點(diǎn)，比如保護(hù)動(dòng)作錯(cuò)誤、保護(hù)設(shè)定不準(zhǔn)確、裝備易老化等問(wèn)題，并且操作復(fù)雜，維修困難。因此目前通常使用高壓防爆真空配電裝置的采用綜合保護(hù)器、高壓真空斷路器和電能計(jì)量保護(hù)裝置等來(lái)對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行綜合保護(hù)，其具有漏電檢測(cè)、過(guò)流和故障提示和記憶等功能。高壓防爆真空配電裝置可以采用遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制和手動(dòng)就地控制兩種方式，增加了供電設(shè)備安全的可靠性。圖1為高壓防爆真空配電裝置示例圖。

2.2 高壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)備 高壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)備主要應(yīng)用在地面變電所、礦井提升機(jī)、大型膠帶機(jī)和通風(fēng)機(jī)等設(shè)備，其采用的繼電保護(hù)裝置主要為電磁感應(yīng)，其保護(hù)裝置的主要功能是能夠保護(hù)供電設(shè)備的漏電、定時(shí)線(xiàn)過(guò)流和瞬時(shí)短路等。這種保護(hù)裝置具有操作簡(jiǎn)單、工作性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，維修簡(jiǎn)單，普通的日常維修和保養(yǎng)就能夠滿(mǎn)足設(shè)備的維修需求。高壓開(kāi)關(guān)柜的供電保護(hù)系統(tǒng)主要由繼電器系統(tǒng)來(lái)完成，由繼電器、電壓互感器、電流和斷路器四部分組成。在現(xiàn)代化的科技發(fā)展中，電力結(jié)構(gòu)有了很大的改善，供電保護(hù)裝置從電氣保護(hù)轉(zhuǎn)向了電磁保護(hù)，提升了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，促進(jìn)了電氣保護(hù)自動(dòng)化模式的發(fā)展。圖2為高壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)備中的進(jìn)線(xiàn)柜和電容柜示例。

2.3 低壓供電設(shè)備的電氣保護(hù)技術(shù) 根據(jù)低壓設(shè)備的裝置特點(diǎn)，在設(shè)備供電的總開(kāi)關(guān)上裝置檢漏繼電器，在饋電開(kāi)關(guān)中配置漏電保護(hù)裝置，共同形成帶有選擇性的漏電保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)供電設(shè)備的總開(kāi)關(guān)或是其他任何一個(gè)開(kāi)關(guān)發(fā)生漏電事故的時(shí)候，漏電保護(hù)單元會(huì)拒絕啟動(dòng)，檢漏繼電器會(huì)跳過(guò)開(kāi)關(guān)環(huán)節(jié)，及時(shí)終止供電，這種電氣保護(hù)技術(shù)也被稱(chēng)為智能開(kāi)關(guān)。

煤礦供電設(shè)備中的低壓防漏技術(shù)雖然發(fā)揮了很好的效用，但是也會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)的情況，從而給設(shè)備的安全使用埋下了隱患?，F(xiàn)代科技中，低壓保護(hù)裝置通常采用計(jì)算機(jī)的方式進(jìn)行保護(hù)，比如集中控制和零序電壓技術(shù)。集中控制的模式指的是在供電設(shè)備中通過(guò)各個(gè)分路開(kāi)關(guān)設(shè)備的電流信號(hào)集中在一個(gè)固定的裝置中，通過(guò)此裝置來(lái)控制總開(kāi)關(guān)。運(yùn)用這種保護(hù)技術(shù)能夠?qū)Ω鱾€(gè)分電路的漏電情況進(jìn)行分析，從而進(jìn)行分散性的漏電保護(hù)。零序電壓法指的是在供電保護(hù)過(guò)程中對(duì)設(shè)備的漏電電阻進(jìn)行收集、整理，提升系統(tǒng)的反應(yīng)靈敏度，提升對(duì)漏電電阻測(cè)量的精準(zhǔn)程度。

2.4 煤礦的保護(hù)裝置 煤礦的供電設(shè)備保護(hù)主要用于檢測(cè)系統(tǒng)的異常運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)這些異常情況采取緊急措施并發(fā)出警報(bào)信號(hào)。煤礦保護(hù)裝置中的信號(hào)輸入設(shè)備用于系統(tǒng)的前期處理，從而檢測(cè)煤礦開(kāi)采的各項(xiàng)物理參數(shù)；測(cè)量設(shè)備負(fù)責(zé)比較現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量參數(shù)和系統(tǒng)預(yù)定值，在經(jīng)過(guò)邏輯處理后得出對(duì)應(yīng)的邏輯型號(hào)，交由邏輯判斷裝置進(jìn)行處理，邏輯判斷裝置通過(guò)對(duì)之前數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，制定出命令傳遞給執(zhí)行裝置進(jìn)行執(zhí)行操作，執(zhí)行部分則根據(jù)指示命令對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)保護(hù)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。煤礦的保護(hù)裝置帶有一定的邏輯性，通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)的分析來(lái)進(jìn)行供電設(shè)備的保護(hù)。

3 應(yīng)用案例——塔山煤礦供電設(shè)備安全防護(hù)及電氣保護(hù)策略

3.1 塔山煤礦供電設(shè)備概況 塔山礦井是一座開(kāi)采石炭二疊紀(jì)煤層的特大型井工礦井，工作面走向2800m，工作面傾向長(zhǎng)達(dá)230.5m，設(shè)備裝機(jī)容量達(dá)，符合總功率高達(dá)10500kW，設(shè)備電壓等級(jí)有10kV，3300V，660V，127V。需要設(shè)置的配電點(diǎn)多，供電線(xiàn)路長(zhǎng)。如何確保工作面設(shè)備正常供電，多余保證安全作業(yè)有十分重要的意義。

3.2 供電設(shè)備及電氣保護(hù)策略 為了確保正常供電，該礦主要采取了以下措施：

①引入KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)，將井下供電監(jiān)控設(shè)備信號(hào)通過(guò)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)傳送到地面電力監(jiān)控調(diào)度中心，集中控制管理，為井下供電設(shè)備設(shè)一道“安全防護(hù)屏障”。

②電氣設(shè)備送電前必須將各種保護(hù)裝置安裝齊全，符合《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)要求，否則不予送電。

③移動(dòng)變電站及組合開(kāi)關(guān)應(yīng)按說(shuō)明書(shū)實(shí)施過(guò)流、漏電、短路速斷整定，且必須整定合格，否則不得運(yùn)行。

④工作面供電系統(tǒng)檢漏保護(hù)參照《煤礦井下保護(hù)裝置的安裝、運(yùn)行、維護(hù)與檢修細(xì)則》，當(dāng)電網(wǎng)絕緣低于100kΩ時(shí)，適當(dāng)提高了電網(wǎng)絕緣；當(dāng)電網(wǎng)絕緣低于50kΩ時(shí)，立即關(guān)掉了總閘，使漏電閉鎖值維持在100kΩ。

⑤每天進(jìn)行一次漏電保護(hù)試驗(yàn)，使漏電保護(hù)裝置始終保持靈敏性，以確保井下出現(xiàn)電氣故障時(shí)能夠迅速反映，防止重大安全事故發(fā)生。

3.3 實(shí)施效果

①KJ626電氣設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)自安裝運(yùn)行以來(lái)，塔山煤礦井下機(jī)電設(shè)備綜合完好率基本在95%以上，機(jī)電設(shè)備待修率始終未超過(guò)5%的限定范圍，機(jī)電事故率總體不超過(guò)1%，小型機(jī)電合格率高達(dá)95%，圖3為該系統(tǒng)故障報(bào)警日志記錄。

②塔山煤礦實(shí)施了上述電氣保護(hù)措施后，今年上半年，井下機(jī)電設(shè)備除停電檢修延誤了一些工時(shí)以外，無(wú)一起引起重大人員傷亡或重大經(jīng)濟(jì)損失。

4 當(dāng)前礦用新綜保技術(shù)的建議

4.1 煤礦高壓供電設(shè)備的電氣保護(hù) 從現(xiàn)階段的煤礦開(kāi)采上看，地面變電所和井下中央的變電所等供電設(shè)備中，大部分仍然采用高壓開(kāi)關(guān)柜的方法進(jìn)行保護(hù)，需要注意的是其仍然以繼電保護(hù)為主要的保護(hù)方式，由技術(shù)人員安裝在獨(dú)立的保護(hù)裝置中。隨著微型處理機(jī)保護(hù)器的推廣和應(yīng)用，其代替了電磁感應(yīng)的保護(hù)裝置，煤礦現(xiàn)場(chǎng)電氣保護(hù)設(shè)備也進(jìn)行了改進(jìn)。礦井下的變電所和綜采工作面需要采用高壓防爆配電裝置，全面完善保護(hù)系統(tǒng)，精簡(jiǎn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而提升高壓供電設(shè)備的電氣保護(hù)，讓工作人員的生命安全更加有保障。

4.2 采用新型綜合保護(hù)裝置 隨著煤礦開(kāi)采的不斷發(fā)展、開(kāi)采設(shè)備的不斷更新，要求了保護(hù)技術(shù)也要不斷創(chuàng)新。變電站綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用在供電安全中，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行新設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮其體積、電壓、接口等，由于井下作業(yè)環(huán)境小，新型供電保護(hù)設(shè)備必須要體積小，配置有標(biāo)準(zhǔn)的借口，具有性能穩(wěn)定、可靠、維修方便、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，從而更好地保證供電安全。在煤礦生產(chǎn)中，供電設(shè)備的正常運(yùn)行對(duì)于企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要，通過(guò)引進(jìn)變電站綜合自動(dòng)化供電保護(hù)系統(tǒng)，能夠減少煤礦危險(xiǎn)事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，為員工人身安全奠定了基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)變電站綜合自動(dòng)化保護(hù)裝置的時(shí)候，可以采用開(kāi)放式軟硬件處理系統(tǒng)和多個(gè)CPU共同運(yùn)行的方式進(jìn)行，根據(jù)煤礦供電設(shè)備保護(hù)規(guī)定，要求其具有電壓、電度、電流、功率等常規(guī)電力參數(shù)的檢測(cè)功能，能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)的接口與設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的供電設(shè)備保護(hù)。

4.3 加強(qiáng)對(duì)供電安全的管理 管理人員要提升對(duì)供電設(shè)備安全性的重視程度，從而在生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)日麄€(gè)生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行全方面的管理。在進(jìn)行供電保護(hù)的時(shí)候，要嚴(yán)格地按照煤礦生產(chǎn)要求進(jìn)行，明確各個(gè)管理環(huán)節(jié)的負(fù)責(zé)人，各項(xiàng)與電力相關(guān)的操作需要進(jìn)行審核，確定安全后進(jìn)行操作。一旦發(fā)生漏電等安全事故，要立即停止設(shè)備供電，啟動(dòng)設(shè)備應(yīng)急處理辦法，盡可能地保證員工的生命安全。規(guī)范員工的日常操作，在進(jìn)行供電設(shè)備操作的時(shí)候，要配有完整的絕緣裝備，從而保證工作人員的安全。及時(shí)地發(fā)現(xiàn)供電設(shè)備電氣保護(hù)中存在的問(wèn)題，及時(shí)地進(jìn)行處理，杜絕安全隱患的出現(xiàn)。只有管理者認(rèn)識(shí)到供電保護(hù)的重要性，才能夠主動(dòng)運(yùn)用電氣技術(shù)進(jìn)行供電保護(hù)，從而保證煤礦生產(chǎn)的順利和安全。

5 結(jié)語(yǔ)

本文所述礦井供電設(shè)備的安全防護(hù)及電氣保護(hù)策略在塔山煤礦的成功實(shí)施，幫助煤礦企業(yè)解決了部分電氣安全隱患，使煤礦單位避免因此承擔(dān)經(jīng)濟(jì)損失，充分驗(yàn)證了礦井安全防護(hù)系統(tǒng)的適用性和實(shí)效性。

煤礦企業(yè)的生產(chǎn)中，供電設(shè)備的安全運(yùn)行狀態(tài)直接決定了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)順利和工作人員的人身安全，這就要求煤礦企業(yè)要不斷地改進(jìn)供電設(shè)備的電氣保護(hù)技術(shù)，在原有的保護(hù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的保護(hù)。技術(shù)人員要?jiǎng)?chuàng)新保護(hù)觀念，積極地引用先進(jìn)的保護(hù)技術(shù)和設(shè)備，定期深入地面、井下絞車(chē)房、主、風(fēng)井等區(qū)域，扎實(shí)做好對(duì)膠帶機(jī)、提升機(jī)、水泵、壓風(fēng)、通風(fēng)、供電等設(shè)備設(shè)施的檢修和日常維護(hù)，并對(duì)各個(gè)場(chǎng)所的消防設(shè)施、供電設(shè)備等進(jìn)行重點(diǎn)檢查，從根本上保護(hù)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，從而為煤礦企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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