基于層次分析的煤礦供電系統(tǒng)事故原因與應(yīng)對(duì)措施

封治國(guó)

(同煤集團(tuán)煤峪口礦，山西 大同 037003)

0 引言

煤礦供電和供電安全是煤炭行業(yè)非常受關(guān)注的重要方面。煤礦供電和供電安全的要求，主要是供電系統(tǒng)可靠性和安全性的要求，也就是安全可靠地滿足煤礦生產(chǎn)所需要的電能，這對(duì)保障煤炭正常生產(chǎn)以及礦工的生命安全具有十分重要的意義。對(duì)煤礦供電系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)與分析并制定相應(yīng)的措施，也是十分必要的。本文針對(duì)煤礦供電系統(tǒng)主要問題，分析其原因，建立基于AHP的評(píng)價(jià)體系，并提出了針對(duì)性措施。

1 煤礦供電系統(tǒng)常見的問題

1.1 電氣設(shè)備連接處發(fā)熱

在煤礦井下生產(chǎn)過程中，會(huì)出現(xiàn)負(fù)載過大、接觸不良或者化學(xué)腐蝕等情況，這些現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致井下電氣設(shè)備連接處接觸電阻增大產(chǎn)生高溫。高溫會(huì)使得連接處的結(jié)合面氧化速度變快，進(jìn)而造成接觸不良，影響供電系統(tǒng)的正常穩(wěn)定工作。如果故障沒有及時(shí)解決，還能導(dǎo)致失火、設(shè)備損毀等問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使整個(gè)供電系統(tǒng)陷入癱瘓。這一問題最易發(fā)生在高壓開關(guān)柜內(nèi)的封閉母線上。

1.2 繼電保護(hù)整定難度大

目前，在對(duì)煤礦供電系統(tǒng)進(jìn)行繼電保護(hù)的整定計(jì)算和配置時(shí)，通常是以供電部門提供的整定數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，但是，由于不同煤礦供電方式不一樣，甚至同一煤礦的供電系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)也不一樣，同一電壓的配電級(jí)數(shù)過多，復(fù)雜的供電線路和負(fù)荷分配，使得繼電保護(hù)的整定難度較大，易出現(xiàn)越級(jí)跳閘。

1.3 系統(tǒng)諧振現(xiàn)象

煤礦供電系統(tǒng)是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，所以在變電所的母線上會(huì)有電磁式電壓互感器，當(dāng)供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)正常的時(shí)候，電磁式電壓互感器的勵(lì)磁阻抗非常大，并保持三相電基本平衡，中性點(diǎn)的電壓非常?。坏?，如果由于一些原因?qū)е陆拥毓收匣蛘呔€路故障，那么電磁式電壓互感器的三相飽和程度會(huì)產(chǎn)生很大的差異，就會(huì)造成導(dǎo)線電容或者其他設(shè)備的雜散電容之間產(chǎn)生諧振回路，導(dǎo)致諧振過電壓產(chǎn)生，影響電氣設(shè)備的絕緣并造成絕緣故障，嚴(yán)重時(shí)更有可能由于過流而將設(shè)備損毀，同時(shí)還會(huì)對(duì)過壓保護(hù)裝置產(chǎn)生不良影響。

1.4 諧波污染現(xiàn)象

隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，大量的電子技術(shù)運(yùn)用在了供電系統(tǒng)或用電設(shè)備中，使得系統(tǒng)出現(xiàn)諧波，對(duì)煤礦供電系統(tǒng)產(chǎn)生了較大的影響。諧波的產(chǎn)生主要是由于可控硅、變頻器等功率電子元件的運(yùn)用而沒有必要的諧波抑制手段，導(dǎo)致供電系統(tǒng)電網(wǎng)波形發(fā)生畸變，嚴(yán)重影響供電的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

2 煤礦供電事故的評(píng)價(jià)及應(yīng)對(duì)措施

2.1 評(píng)價(jià)體系建立

在煤礦供電系統(tǒng)中，導(dǎo)致事故發(fā)生的原因主要有3個(gè)方面，即物的原因，是由于設(shè)備或者零件故障而引發(fā)的事故；環(huán)境的原因，由于工作環(huán)境惡劣使得煤礦供電系統(tǒng)工作狀態(tài)、維護(hù)等面對(duì)較大困難，易發(fā)事故；人的原因，人的因素也是導(dǎo)致煤礦供電系統(tǒng)事故的重要原因之一。

通過分析，建立安全評(píng)價(jià)體系，對(duì)3大原因進(jìn)行詳細(xì)指標(biāo)確定，最終得到評(píng)價(jià)體系如圖1所示。

圖1 評(píng)價(jià)體系結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 評(píng)價(jià)體系的計(jì)算分析

判斷矩陣的建立：在AHP分析法中，判斷矩陣的建立是通過對(duì)各個(gè)指標(biāo)相互比較而得到量化標(biāo)度。標(biāo)度值為1代表相比較的兩因素一樣重要，9代表相比較的2個(gè)因素中第一個(gè)因素絕對(duì)重要，1～9之間的取值與之類似。因此，構(gòu)建A-B層、B-C層的判斷矩陣分別為

權(quán)重計(jì)算：在AHP分析法中，不同因素的重要程度是通過權(quán)重計(jì)算獲得的，權(quán)重計(jì)算即對(duì)應(yīng)矩陣的特征向量與特征值。計(jì)算結(jié)果如下

HA=[b1，b2，b3]T=[0.605，0.292，0.103]T，λmaxA=3.037

HB1=[c1，c2，c3]T=[0.575，0.274，0.151]T，λmaxB1=3.698

HB2=[c4，c5，c6]T=[0.694，0.149，0.157]T，λmaxB2=3.774

HB3=[c7，c8，c9]T=[0.477，0.333，0.190]T，λmaxB3=3.500

由HA可以看出，在A-B層中，物的因素(b1)權(quán)重最大(0.605)，是導(dǎo)致供電故障的主要原因；另外，人的因素權(quán)重比環(huán)境因素權(quán)重高。

根據(jù)HB1、HB2和HB3可以看出，權(quán)重較大的為c1、c2、c4、c7、c8，顯然，這些方面對(duì)安全管理效果的好壞影響較大。

計(jì)算各因素對(duì)最高層的影響權(quán)重是通過下式得出的

Q=[q1,q2,…,q9]T

(1)

qk=ckbl

(2)

k=1，2，3時(shí)，l=1；k=4，5，6時(shí)，l=2；k=7，8，9時(shí)，l=3。

式中：Q—因素C1、C2…C9對(duì)A層影響的權(quán)重向量；qk—C層因素對(duì)A層影響的權(quán)重值；ck為C層因素對(duì)B層影響的權(quán)重值；bl為B層因素對(duì)A層影響的權(quán)重值。

計(jì)算可得總排序?yàn)椋篞= [0.348，0.166，0.091，0.203，0.044，0.046，0.049，0.034，0.020]T，說明影響最大的按順序分別為線路可靠性(c1)、人員培訓(xùn)(c4)、設(shè)備的老化和維護(hù)(c2)，這些應(yīng)該作為煤礦供電系統(tǒng)重點(diǎn)注意的因素。

一致性檢驗(yàn)：在AHP分析法中，一致性檢驗(yàn)是對(duì)判斷矩陣構(gòu)建是否合理的檢驗(yàn)。分為單層一致性檢驗(yàn)與總一致性檢驗(yàn)。

(3)

總一致性檢驗(yàn)

(4)

式(3)中，RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，取值見表1。

表1 平均隨機(jī)一致性標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)檢驗(yàn)，結(jié)果均具有滿意的一致性。

2.3 應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)AHP計(jì)算所得的因素權(quán)重，可以有針對(duì)性地提出解決煤礦供電事故的方法。

合理電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式：要想保障煤礦供電系統(tǒng)的高效安全運(yùn)行，必要的前提條件就是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行要合理。①必須保證線路的精干，也就是避免冗余線路和迂回線路導(dǎo)致供電系統(tǒng)過于復(fù)雜，還要盡量使用獨(dú)立的電源結(jié)構(gòu)；②提高供電能力可以采用加大電力線路和電纜的截面積，打通阻滯環(huán)節(jié)；③變電所和配電點(diǎn)的位置一定要符合盡量靠近負(fù)荷中心的原則，縮小電網(wǎng)半徑，同時(shí)要合理安排變電所數(shù)量；④必須嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》要求，設(shè)置雙回路電源，并保證每條電源線路都能承擔(dān)足夠的負(fù)荷；⑤對(duì)關(guān)乎煤炭安全生產(chǎn)的重要設(shè)備，如通風(fēng)機(jī)、排水泵、提人絞車、瓦斯抽采泵站、空壓機(jī)站等要采用雙重電源供電。

提高管理水平和員工素質(zhì)：對(duì)于煤礦安全供電來講，管理人員和技術(shù)人員的素質(zhì)高低是非常重要的一個(gè)因素。對(duì)管理人員而言，在考核所有技術(shù)人員的過程中，要嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行，所有技術(shù)人員都必須持證上崗，必須簽訂安全責(zé)任書。對(duì)技術(shù)人員而言，一定要專業(yè)水平過硬，定期進(jìn)行培訓(xùn)和考試。企業(yè)還可以鼓勵(lì)學(xué)徒制度，老同志帶新同志，把在技術(shù)崗位上的經(jīng)驗(yàn)傳承下去。此外，企業(yè)應(yīng)該多組織事故演練，組織安全講座，進(jìn)行安全宣傳，從多個(gè)角度多個(gè)方面不斷提升員工的素質(zhì)和安全意識(shí)。

增加設(shè)備資金和安全投入：目前，我國(guó)一些煤礦的采掘工作面所采用的設(shè)備與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)還存在著不小的差距，沒有對(duì)存在隱患、高耗能設(shè)備進(jìn)行全面淘汰，使得供電系統(tǒng)存在安全隱患，既降低了安全系數(shù)又增加了生產(chǎn)成本。因此，煤礦企業(yè)應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，增加新設(shè)備資金投入，更新或者改造未達(dá)標(biāo)的設(shè)備。引入新技術(shù)，減少能耗和污染，提高安全系數(shù)。另外，企業(yè)應(yīng)當(dāng)在安全培訓(xùn)、安全管理等方面增加投入。通過培訓(xùn)，提高員工技術(shù)水平和安全意識(shí)；通過安全管理，杜絕員工違章操作。

3 結(jié)論

(1)介紹了煤礦供電系統(tǒng)存在的電氣設(shè)備連接處發(fā)熱、繼電保護(hù)整定難度大、系統(tǒng)諧振現(xiàn)象以及諧波問題，從物、環(huán)境以及人的因素等方面對(duì)煤礦供電安全事故產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，建立了基于AHP的供電系統(tǒng)事故分析評(píng)價(jià)體系并進(jìn)行了定量計(jì)算分析，對(duì)煤礦供電存在的問題和原因有了深入的認(rèn)識(shí)。

(2)通過分析，設(shè)備可靠性、人員培訓(xùn)、設(shè)備的日常維護(hù)與巡檢是供電系統(tǒng)安全管理體系中最重要的幾個(gè)因素。針對(duì)這些因素，從合理電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式、提高管理水平和員工素質(zhì)、增加設(shè)備資金和安全投入等方面提出了解決煤礦供電事故的應(yīng)對(duì)措施，具有一定的社會(huì)意義。