探析礦井供電中真正的失壓與電壓波動引起的失壓

李強 董輝淵 吳彥舍 趙艷鋒

摘要：電能是礦井生產(chǎn)的主要能源，礦井井下處處用電。因此，礦井供電安全管理是整個礦井安全管理的重要組成部分。加強和完善供電安全管理是做好礦井安全工作的保障之一。

關(guān)鍵詞：礦井；供電系統(tǒng)；失壓；電壓波動

隨著現(xiàn)代科技迅猛發(fā)展，電子計算機及各種電子設(shè)備日益普及，礦井對供電電壓的質(zhì)量要求愈來愈高。但是，由于供電系統(tǒng)中大量沖擊性負荷、間歇性負荷的存在以及各種短路故障的發(fā)生，常常導(dǎo)致系統(tǒng)電壓短時、快速地變化，即電壓波動。電壓波動常給生產(chǎn)、科研和日常生活增添不少麻煩，有時會損壞設(shè)備，造成事故。因此，必須對其影響給以分析，采取必要的抑制措施。

一、礦井供電的基本要求

（一）供電的可靠性

供電的可靠性是指供電系統(tǒng)不間斷供電的可靠程度。對于煤礦，供電一旦中斷，不僅影響生產(chǎn)，而且可能使設(shè)備損壞，甚至發(fā)生人員傷亡事故，嚴重時會造成整個礦井的毀壞。為了保證煤礦供電的安全性和穩(wěn)定性，所有的礦井都務(wù)必要使用兩回路電源線路，這樣才能夠保證在其中一回路出現(xiàn)問題導(dǎo)致斷電的情況下另一回路能夠承擔(dān)起礦井的所有負荷。

（二）供電的安全性

安全性是指在生產(chǎn)過程中，不發(fā)生人身觸電事故和因電氣故障而引起的爆炸，火災(zāi)等重大事故。電能的特點就在于，要是在使用的過程中出現(xiàn)故障的話常常會引起人身觸電和電火災(zāi)等安全事故。

（三）供電的經(jīng)濟性

盡可能的使供電系統(tǒng)不要過于復(fù)雜、操作方法簡單可行、降低基本建設(shè)成本和運行維護經(jīng)費。

二、電壓波動的范圍

根據(jù)《供用電規(guī)則》規(guī)定，受電端的電壓波動幅度不應(yīng)超過35KV及以下供電和對電壓質(zhì)量有特殊要求的用戶為額定電壓的±5%；10KV及以下高壓供電和低電力用戶為額定電壓的±7%；低壓照明用戶為額定電壓的+5%— -10%。

三、電壓波動對電氣設(shè)備的影響

各種電氣設(shè)備都設(shè)計在額定電壓下工作。只有電網(wǎng)內(nèi)各級電壓符合標準，才能使用電設(shè)備處于最佳工況運行。當(dāng)用戶端電壓波動超過允許值時，則用電設(shè)備的性能、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量等都將受到不同程度的影響，發(fā)、供、用電設(shè)備的出力降低，供電線路損耗增加，電動機啟動困難，另外還將影響通信、廣播電視質(zhì)量等。

失壓保護的好處是，當(dāng)電源電壓恢復(fù)時，如不重新按下啟動按鈕，電動機就不會自行轉(zhuǎn)動（因自鎖觸頭也是斷開的），避免了發(fā)生事故。如果不是采用繼電接觸控制，而是直接用閘刀開關(guān)進行控制，由于在停電時往往忽視拉開電源開關(guān)，電源電壓恢復(fù)時，電動機就會自行啟動，會發(fā)事故。欠壓保護的好處是，可以保證異步電動機不在電壓過低的情況下運行。電工儀表的"失壓"工況在三相（或單相）供電系統(tǒng)中，某相負荷電流大于電能表的啟動電流，但電壓線路的電壓低于電能表正常工作電壓的78%時，且持續(xù)時間大于1分鐘，此種工況稱為失壓。

四、電壓波動的原因

（一）產(chǎn)電入網(wǎng)及輸電損耗

供電系統(tǒng)作為公共電網(wǎng)，上面連接了成千上萬各式各樣的負載，其中一些較大的感性、容性、開關(guān)電源等負載不僅從電網(wǎng)中獲得電能，還會反過來對電網(wǎng)本身造成影響，惡化電網(wǎng)或局部電網(wǎng)的供電品質(zhì)，造成市電電壓波動。此外，我國電力發(fā)展迅速，用電量在急劇上漲，從而導(dǎo)致了電力日趨緊張、加上天災(zāi)人為和輸電過程中的電能損耗等原因，常常造成末端用戶電壓的過低，而線頭用戶則經(jīng)常電壓偏高。這就使得用電設(shè)備大都無法處在額定電壓下工作。

（二）電涌的產(chǎn)生

電涌指的是輸出電壓有效值高于額定值110%，而且持續(xù)時間達一個或數(shù)個周期。電涌的產(chǎn)生有兩類：外部電涌和內(nèi)部電涌。外部電涌最主要來源于雷電，另一個來源是由于電網(wǎng)上連接的大型電氣設(shè)備、各種大型轉(zhuǎn)換負載等常常需要關(guān)機或開機操作，這就使得電網(wǎng)因突然卸載或加載而產(chǎn)生高壓涌流。內(nèi)部電涌往往產(chǎn)生于低壓電源線上電氣設(shè)備。如：冰箱、空調(diào)、電梯、電焊機、空氣壓縮機和其它感應(yīng)性負荷。

（三）高壓尖脈沖

高壓尖脈沖指的是電壓峰值達到6000v，持續(xù)時間從萬分之一秒至二分之一周期（10ms）的電壓。高壓尖脈沖主要是由于雷擊、電弧放電、靜態(tài)放電或大型電氣設(shè)備的開關(guān)操作而產(chǎn)生的。這種脈沖電壓具有突變性和不聯(lián)續(xù)性，一旦產(chǎn)生將對用電設(shè)備造成極大的損壞，是用電設(shè)備潛在的殺手之一。

（四）暫態(tài)過電壓

暫態(tài)過電壓指的是峰值電壓高達20000V，但持續(xù)時間界于百萬分之一秒至萬分之一秒的脈沖電壓。暫態(tài)過電壓是由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使電力系統(tǒng)經(jīng)歷過渡過程以后重新達到某種暫時穩(wěn)定的情況下所出現(xiàn)的過電壓，又稱工頻電壓升高。所有的用電設(shè)備都在公共電網(wǎng)這個大家庭下，在工頻電源作用下，由于遠距離空載線路電容效應(yīng)的積累，使沿線電壓分布不等，末端電壓最高，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備瞬間過電壓。暫態(tài)過電壓對電氣設(shè)備造成的破壞不下于高壓尖脈沖。

（五）電壓下陷

電壓下陷指的是市電電壓有效值介于額定值的80%至85%之間的低壓狀態(tài)，并且持續(xù)時間達到一個或數(shù)個周期。電壓下陷是最常見的電力問題，它占了電力問題的87%。往往大型設(shè)備開機，大型電動機啟動，或大型電力變壓器接入都可能造成這種問題。電壓下陷對電壓質(zhì)量要求高的高新科技和精密設(shè)備影響非常嚴重。特別是對計算機的影響，輕則使keyboard等接口設(shè)備暫停作業(yè)，重則使數(shù)據(jù)流失、檔案毀壞；電壓的下陷同時也會使計算機內(nèi)的組件毀壞，減短計算機的使用壽命。

（六）電線噪聲

電線噪聲系指射頻干擾和電磁干擾以及其它各種高頻干擾。馬達的運行、繼電器的動作、馬達控制器的工作、廣播發(fā)射、微波輻射、以及電氣風(fēng)暴等，都會引起線噪聲干擾。嚴重的電線噪聲將嚴重干擾供電電源的波形，使電壓波形失真，影響設(shè)備的正常使用，特別是精密儀器的使用。

（七）頻率偏移

頻率偏移是指市電頻率的變化超過3Hz以上。頻率偏移主要由于應(yīng)急發(fā)電機的不穩(wěn)定運行，或由頻率不穩(wěn)定的電源供電所致。

綜上所述，隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，利用計算機實現(xiàn)對供電系統(tǒng)的實時監(jiān)測，從而能夠在微機屏幕上自動顯示電壓波動信息、波動幅值及頻率、顯示電壓波動地點、顯示抑制措施等。雖然波動信息的輸入、抑制措施、指令的輸入由運行人員操作，但自動過程無疑是非常準確迅速的，相信以上新技術(shù)的推廣應(yīng)用一定會給煤礦企業(yè)較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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