煤礦井下低壓供電系統(tǒng)及保護研究

康鋒

【摘 ?要】由于在井下供電系統(tǒng)中，低壓供電線路及低壓電氣設(shè)備占了整個井下供電線路與電氣設(shè)備中的大部分，而且它們又深入到采區(qū)與掘進工作面，工況特別惡劣，易發(fā)生各種電氣事故，因此提高井下低壓供電的質(zhì)量，完善低壓供電的保護系統(tǒng)是保證整個井下供電的可靠性，防止電氣安全事故發(fā)生的關(guān)鍵。針對煤礦井下低壓供電系統(tǒng)的特點、原理和應(yīng)用進行簡要的分析和探討。

【關(guān)鍵詞】煤礦;低壓供電系統(tǒng);保護

煤炭資源在我國各種能源中占三分之二。我國的煤炭資源存儲量占一次能源資源總量的94%。隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提升，我們對煤炭的需求量日益增加。需求量的增加必然導(dǎo)致煤礦開采量的增加。煤礦的安全問題也越來越被人們重視。對于一個煤礦礦井而言，它的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，開采煤礦也受到很多因素的影響。而低壓供電系統(tǒng)的復(fù)雜性更多，難以安全穩(wěn)定運行。因此對煤礦井下低壓供電系統(tǒng)進行保護就顯得尤為重要。低壓供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行是煤礦正常開采的保障條件。目前，我國對煤礦井下低壓供電系統(tǒng)的保護措施的研究還不夠成熟，導(dǎo)致煤礦發(fā)生火災(zāi)的情況問題頻發(fā)。因此研究低壓供電系統(tǒng)的保護措施尤為重要。

一、煤礦井下低壓供電系統(tǒng)的特征

低壓供電系統(tǒng)是由低壓配電設(shè)備、低壓輸送電纜、低壓負(fù)荷等組成的，低壓配電線路的主要作用就在于向低壓負(fù)荷設(shè)備供電，因而對于低壓供電系統(tǒng)而言，低壓負(fù)荷往往具有接頭多、規(guī)格型號多、敷設(shè)方式多以及線路較長的特征，而且各個分配電箱內(nèi)的控制開關(guān)的操作次數(shù)也非常的多。同時在礦井下，機械設(shè)備也具有多樣性，比如說照明設(shè)備、排水、供風(fēng)設(shè)備等，這些機械設(shè)備的用電特性往往也是不一樣的，因而就使得煤礦井下低壓供電系統(tǒng)容易受到多方面因素的影響，而且其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)往往也較為復(fù)雜。

二、礦井低壓供電系統(tǒng)事故分析

由于低壓供電系統(tǒng)的以上特點，線路、開關(guān)等會經(jīng)常出現(xiàn)過電流、漏電等現(xiàn)象，從而造成火災(zāi)、人身觸電等事故，給企業(yè)和個人帶來巨大的損失。過電流是指流過電氣設(shè)備和電纜的電流超過額定值，其主要包括短路、過負(fù)荷和斷相三種現(xiàn)象。短路是指電流不流經(jīng)負(fù)載，而是兩根或三根導(dǎo)線直接短接形成回路。這時電流很大，可達額定電流的幾倍、幾十倍，甚至更大，其危害是能夠在極短的時間內(nèi)燒毀電氣設(shè)備，引起火災(zāi)或引起瓦斯、煤塵爆炸事故。負(fù)荷是指流過電氣設(shè)備和電路的實際電流超過其額定電流和允許過負(fù)荷時間。其危害是電氣設(shè)備和電纜出現(xiàn)過負(fù)荷后，溫度將超過所用絕緣材料的最高允許溫度，損壞絕緣，如不及時切斷電源，將會發(fā)展成漏電和短路事故。過負(fù)荷是井下燒毀中、小型電動機的主要原因之一。斷相是指三相交流電動機的一相供電纜路或一相繞組斷線。造成斷相的原因主要有：（1）熔斷器有一相熔斷;（2）電纜與電動機或開關(guān)的接線端子連接不牢而松動脫落;（3）電纜芯線一相斷線;（4）電動機定子繞組與接線端子連接不牢而脫落等。漏電是指當(dāng)電氣設(shè)備或?qū)Ь€的絕緣損壞或人體觸及一相帶電體時，電源和大地形成回路，有電流流過的現(xiàn)象。井下常見的漏電故障可分為集中性漏電和分散性漏電兩類。集中性漏電是指漏電發(fā)生在電網(wǎng)的某一處或某一點，其余部分的對地絕緣水平仍保持正常。分散性漏電是指某根電纜或整個網(wǎng)絡(luò)對地絕緣水平均勻下降或低于允許絕緣水平。漏電的原因有：（1）電氣設(shè)備或電纜長期過負(fù)荷運行使絕緣老化。（2）運行中的電氣設(shè)備、電纜受潮或進水，造成對地絕緣電阻下降。（3）電纜與設(shè)備連接時，接頭不牢，運行或移動時接頭松脫，某相碰殼而造成漏電。（4）電氣設(shè)備內(nèi)部隨意增加電氣元件，使外殼與帶電部分之間電氣間隙小于規(guī)定值，造成某一項對外殼造成放電而發(fā)生接地漏電。（5）橡套電纜受車輛或其他器械擠壓、碰砸等，造成相線和地線破皮或護套損壞，芯線裸露而發(fā)生漏電。（6）電氣設(shè)備內(nèi)部遺留導(dǎo)電物體，造成某一相碰殼而發(fā)生漏電。（7）接線時，將導(dǎo)電芯線與地線接錯。（8）移動頻繁的電氣設(shè)備的電纜反復(fù)彎曲使芯線部分折斷，刺破電纜絕緣與接地芯線接觸而造成漏電。（9）操作電氣設(shè)備時，產(chǎn)生弧光對地放電。（10）設(shè)備維修時，因停、送電操作失誤，帶電作業(yè)或工作不慎，造成人身觸及一相而漏電。（11）出現(xiàn)嚴(yán)重過電壓，擊穿電纜或電氣設(shè)備的對地絕緣。

三、低壓供電系統(tǒng)的安全保護

1、過流保護。井下低壓供電系統(tǒng)擁有一個額定電流限制，如果超出了這一電流限制，各項用電設(shè)備操作也將會受到影響。系統(tǒng)控制中通過過載電流防護來提升安全性，并避免電流出現(xiàn)參數(shù)誤差。定期將所檢測得到的數(shù)據(jù)變化向控制中心上傳，避免影響到系統(tǒng)安全性。在此環(huán)境下所開展的各項系統(tǒng)保護管理工作，通過有效的協(xié)調(diào)控制也能提升其影響能力，為煤礦井下作業(yè)提供穩(wěn)定的電能，過電流運行環(huán)境下增大了電氣設(shè)備老化損壞的幾率。因此對這部分控制管理措施要加強研究。過流保護也正是針對這種情況來進行的，應(yīng)用斷流器可以避免類似的問題出現(xiàn)。當(dāng)電路系統(tǒng)中出現(xiàn)電流超出安全標(biāo)準(zhǔn)的情況時，電路能夠自動阻斷，通過這種方法可以有效地提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，避免因過載電流過大而造成電子元器件損壞;對于低壓供電系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況，采取電流補償技術(shù)來調(diào)節(jié)控制。

2、漏電保護。低壓供電系統(tǒng)發(fā)生漏電故障后，電氣設(shè)備的正常運行狀態(tài)會受到影響，電氣設(shè)備的外殼也存在電流流過，當(dāng)操作人員接觸后容易發(fā)生觸電事故。漏電保護可以采取接地方式來進行，觀察在系統(tǒng)運行中是否存在連接不合理的部分，及時對所設(shè)計的連接方案進行調(diào)整，避免后續(xù)接線受到影響。漏電保護功能可以通過檢測來實現(xiàn)，充分了解系統(tǒng)中潛在的問題，設(shè)置接地系統(tǒng)，這樣即使低壓供電系統(tǒng)中出現(xiàn)漏電情況，也能通過接地系統(tǒng)來將其消散在土壤中，避免對操作人員的人身安全造成影響，進一步促進管理計劃落實。漏電保護系統(tǒng)能夠在發(fā)生電氣故障后及時切斷供電電源，以免漏電問題繼續(xù)存在，影響井下作業(yè)用電需求。漏電保護就是針對可能漏電所作的應(yīng)急反應(yīng)，如果發(fā)生漏電，漏電保護裝置會切斷電源，從而達到終止電流的目的。這種裝置在煤礦井下生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛，其原理為旁路接地式保護原理、附加直流源檢測保護原理、零序電壓保護原理、零序電流大小及零序電流方向保護原理。

3、接地保護。接地保護，指的是將正常情況下不帶電，而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的電器金屬部分（即與帶電部分相絕緣的金屬結(jié)構(gòu)部分），用導(dǎo)線與接地體可靠連接起來的一種保護接線方式。（1）有保護接地時通過人身電流比較小，因而是安全的。另外，有了保護接地的良好接地，大大減少了因設(shè)備漏電時，使其外殼與地接觸不良產(chǎn)生的電火花。從而減少了引起瓦斯、煤塵爆炸的可能性。（2）接地網(wǎng)中接地電阻的確定 由于保護接地是將設(shè)備上的故障電壓限制在安全范圍內(nèi)的一種安全措施，同時也可作為漏電保護的后備保護。根據(jù)煤礦井下規(guī)定的額定安全電壓的空載上限值為40V和礦井高壓電網(wǎng)的單相接地電容電流不得超過20A的規(guī)定，接地網(wǎng)上任一保護接地點的接地電阻不得超過2 ?。

四、煤礦井下低壓系統(tǒng)的優(yōu)化改進措施

1、實際安裝與供電設(shè)計。煤礦井下供電設(shè)計是把從電力系統(tǒng)接受的電能合理地分配到各用電地點。設(shè)計的基本原則是在保證供電可靠、安全、質(zhì)量的前提下，以最經(jīng)濟和簡單的方式合理的分配并充分利用電能。尤其是采區(qū)供電設(shè)計技術(shù)人員在設(shè)計過程中已經(jīng)把采區(qū)內(nèi)要用到的電氣設(shè)備的型號、電纜的截面積以及各種保護裝置的整定值等諸多方面，已經(jīng)精確地進行了計算及選取。因此一般情況下，按照采區(qū)供電設(shè)計的要求進行供電系統(tǒng)的施工是比較合理的，但是在實際安裝過程中往往存在著一些問題，主要表現(xiàn)在動力橡套電纜方面和使用相關(guān)的電氣設(shè)備上。在電纜方面，按照供電設(shè)計要求，一趟線路只允許使用相同截面的電纜進行供電，然而實際的供電系統(tǒng)往往由于各種原因，使用不同截面的橡套電纜進行供電，在實際運行過程中將導(dǎo)致截面較小的低壓電纜長時間發(fā)熱，對安全供電很不利，更重要的是影響到該線路短路保護裝置的正常工作，容易引起電纜及用電設(shè)備著火，進而引起瓦斯爆炸等，這是絕對不允許的。對于電氣設(shè)備，在具體安裝時，主要考慮了真空接觸器的容量，而沒有考慮其換向隔離開關(guān)的額定容量，造成了隔離開關(guān)在接近額定容量的情況下長期運行，這是不合理的。改進xiu'gai的辦法是實際安裝的供電系統(tǒng)必須與供電設(shè)計方案相一致。特殊情況需做改動的，應(yīng)征得設(shè)計人員的同意，方可實施。另外在具體安裝過程中關(guān)系到電氣設(shè)備防爆、完好等一系列要求的，必須嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦電氣設(shè)備完好標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)具體規(guī)定。

2、重視解決供電系統(tǒng)中超長距離供電的問題。在煤礦井下低壓供電系統(tǒng)的建設(shè)過程中，關(guān)于超長距離供電的問題一定要給予極大重視。針對超長距離供電的問題：1.可以采用增大供電線路纜線的截面，提高供電電纜的負(fù)荷能力。2.可以運用大容量移動變壓站的方式，極大地減輕供電電纜的供電壓力，保證供電電纜的工作效率。3.可以在電路中增設(shè)分段保護開關(guān)，有效保護供電電路安全。

3、供電網(wǎng)絡(luò)要根據(jù)實際情況實行分離形式。在進行供電網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)過程中，不能夠一味的把電路都投入到統(tǒng)一電路中，而是要根據(jù)實際情況的需要，并且結(jié)合安全需要，靈活的對供電纜路進行分離。比如，關(guān)于煤礦井下局部通風(fēng)機，就要使用專用的變壓器，并且還要和備用電源分開，使它們處在不同的母線上面。而且，還要對備用電源的容量以及開關(guān)整定進行嚴(yán)格的檢查，要保證必須能夠滿足局部通風(fēng)機包括其他設(shè)備同時運行的需要，這樣才能夠有效保證局部通風(fēng)機的正常運行。此外，局部通風(fēng)機的專用電路也要進行嚴(yán)格的檢查，要進行漏電保護的設(shè)置，保證供電電路的安全。監(jiān)測監(jiān)控電源、自動風(fēng)門電源、井下通訊聯(lián)絡(luò)設(shè)備，需要獨立供電，以提高供電的可靠性。

4、嚴(yán)格遵照規(guī)范井下防爆電氣的檢修。對于煤礦井下防爆電氣的檢修工作，一定要按照相關(guān)規(guī)定，進行定期的檢修工作。而在檢修人員進行檢修的時候，要時刻注意自身安全，提高安全意識，嚴(yán)格遵照檢修規(guī)范進行檢修。在對防爆電氣進行開蓋檢查、維修時，一定要嚴(yán)格執(zhí)行電氣設(shè)備檢修管理制度，進行停電、驗電、放電及掛接地線，只有電氣設(shè)備斷電了才是安全的，才能保證檢修人員的安全。

隨著國民經(jīng)濟水平的提高，人們對電能的需求量也日益增加。這就促進了我國煤炭事業(yè)的蓬勃發(fā)展。煤礦井下作業(yè)的安全性問題十分重要，我們不僅要提高井下作業(yè)的效率和煤炭的質(zhì)量，更重要的是保證井下作業(yè)的安全。近幾年來，煤礦事故非常頻繁，其中大多數(shù)的問題都出在煤礦井下低壓供電系統(tǒng)中。因此保證煤礦井下低壓供電系統(tǒng)的安全性極為重要。我們必須加大對低壓供電系統(tǒng)的保護。在煤礦井下的安全用電、電氣設(shè)備以及人身安全保護方面發(fā)揮著不容忽視的作用，及時找出并解決低壓供電系統(tǒng)中所存在的問題，通過增強煤礦井下電氣的管理力度來解決井下低壓供電系統(tǒng)中的問題，并且對煤礦井下低壓供電系統(tǒng)進行深入地研究，推動煤礦井下工作的順利進行。

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（作者單位：國家能源集團神東煤炭集團錦界煤礦機電一隊）