礦井供電系統(tǒng)故障及其防范措施

李 軍

（潞安集團慈林山煤業(yè)公司慈林山煤礦， 山西 長治 046000）

引言

當今煤礦行業(yè)不僅在生產(chǎn)工藝上得到長足的進步，大量機械設(shè)備的應(yīng)用也提高了礦井的機械化程度。礦井工作面機械化生產(chǎn)的正常進行需要以供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行為基礎(chǔ)。由于整個礦井供電系統(tǒng)需要結(jié)合具體生產(chǎn)需求，科學調(diào)整供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和負荷，這會降低采煤工作面供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時，受到非計劃性停電因素的影響，導致供電子系統(tǒng)無法正常工作，這也會影響到地下水的正常排出，威脅到井下工作面生產(chǎn)安全。因此，需要及時識別供電系統(tǒng)的安全隱患，并采取科學防控故障的措施，從而滿足井下工作面供電需求。

1 礦井供電系統(tǒng)的故障類型

1.1 線路與連接器故障

井下環(huán)境潮濕，加之有害氣體較多，會對供電線路的絕緣層造成腐蝕，降低絕緣性能，甚至引發(fā)漏電現(xiàn)象。同時，供電線路的絕緣性能不佳，在高電壓環(huán)境下會導致絕緣失效。由于井下環(huán)境的潮濕，加之連接器密封性不良，會導致水汽進入供電線路造成短路事故。此外，井下敷設(shè)的供電線路較多，且大型生產(chǎn)設(shè)備較多，眾多重物相互擠壓和磨損，容易導致供電線纜的絕緣性降低。在氧化的作用下，絕緣線纜會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，使用性能明顯降低，極容易誘發(fā)短路或漏電事故。供電線纜長期過載工作，會對線纜造成一定的破壞[1]。

1.2 移動變電站故障

移動變電站的故障部位主要包括漏電保護裝置故障、開關(guān)故障以及變壓器故障。受控制開關(guān)絕緣電阻值設(shè)計過低、爬電距離與電器間隙過小以及觸頭開關(guān)接觸不良等因素的影響，極容易導致移動變電站發(fā)生短路。移動變電站一般采用防爆型漏電保護開關(guān)，一旦漏電保護裝置低壓端發(fā)生短路，會導致漏電保護性能失效，對供電系統(tǒng)造成損害。移動變電站通常安裝干式變壓器，一旦其內(nèi)線圈發(fā)生絕緣失效，也會直接引發(fā)移動變電站故障[2]。

1.3 電源控制柜、開關(guān)柜故障

一旦開關(guān)柜的防爆開關(guān)出現(xiàn)故障，會導致用電設(shè)備無法正常斷開饋電回路，引發(fā)越級停電現(xiàn)象，這是大范圍斷電停運的主要誘發(fā)因素。其中，作業(yè)人員在生產(chǎn)中誤觸開關(guān)柜或者誤打開母聯(lián)開關(guān)，都是大范圍停電的主要原因。

1.4 用電設(shè)備故障

用電設(shè)備故障的類型主要包括短路、漏電和控制器故障等。漏電故障的發(fā)生往往是因為用電設(shè)備絕緣性能降低導致的，而絕緣性能降低的原因主要包括線路絕緣老化、線路外部損傷以及高壓擊穿等。絕緣失效也是誘發(fā)短路的重要因素。由于用電設(shè)備絕緣性能失效，會加劇電弧放電造成短路，用電設(shè)備過載運行也會導致電壓異常升高，損害元器件造成設(shè)備短路。造成控制器故障的原因包括物理損傷和程序紊亂兩個方面。一方面，系統(tǒng)紊亂會影響到用電設(shè)備功能的正常性，另一方面，在外力的作用下，如控制接線錯誤、元器件脫焊、線路松動以及接頭虛接等因素的影響，控制器會出現(xiàn)燒損故障[3]。

2 礦井供電系統(tǒng)故障的防范

2.1 運用FTA 對礦井供電系統(tǒng)故障進行排查

故障樹分析法（FTA）是美國貝爾電報公司于1961 年提出的自上而下的演繹式失效分析法，利用布林邏輯組合低階事件，分析系統(tǒng)中出現(xiàn)的負面狀態(tài)，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的系統(tǒng)糾錯中。

在分析供電系統(tǒng)故障的過程中，故障樹分析法（FTA）憑借其邏輯清晰、結(jié)構(gòu)簡單的特點得到廣泛應(yīng)用，故障樹分析法（FTA）借助于數(shù)理方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對被評價事件的定性和定量分析，得出不同底層事件對頂上事件的影響概率，預測出頂上事件的發(fā)生率。通過查明導致頂上事件的因素，并將相關(guān)因素借助于邏輯運算符號聯(lián)結(jié)，構(gòu)建以頂上事件為基礎(chǔ)的邏輯關(guān)系網(wǎng)，基于此，結(jié)合定性分析，查找導致失效時間的關(guān)鍵點，明確可優(yōu)化的故障點，并利用數(shù)理統(tǒng)計方法，處理各類基礎(chǔ)事件的概率，對各類因素進行綜合分析，并針對供電系統(tǒng)設(shè)計、運行和維護方面提出可行性建議，從而保證供電系統(tǒng)運行性能的提升[4]。

2.1.1 構(gòu)建FTA 模型

利用故障樹分析法（FTA），構(gòu)建供電系統(tǒng)FTA模型，將供電系統(tǒng)故障產(chǎn)生原因自上而下進行事件類型劃分，其中任何原因?qū)е碌墓╇娤到y(tǒng)故障為一級事件，由移動變電站、電源控制柜、開關(guān)柜以及連接器4 種類型導致的故障為中間事件，再以中間事件為基礎(chǔ)，對導致失效事件的底層事件進行排查，供電系統(tǒng)故障FTA 模型如圖1 所示：

2.1.2 運用FTA 模型對故障進行分析

故障樹的最小割集為可能誘發(fā)頂上事件的最小底層事件，可利用行列法、矩陣法以及布爾代數(shù)法等計算最小割集。本次計算最小割集選用布爾代數(shù)法：

由此可得：FTA 模型包含17 個最小割集，而這17 個基本事件都會誘發(fā)供電系統(tǒng)失效。

由于統(tǒng)計基本事件的發(fā)生概率具有較大難度，為了明確基本事件的重要程度，通過最小割集對基本事件結(jié)構(gòu)重要度進行排序，得出基本事件在供電系統(tǒng)故障發(fā)生方面的先后順序如下所示：

通過排序，明確結(jié)構(gòu)重要度與各結(jié)構(gòu)在供電系統(tǒng)的排序趨于一致，認為應(yīng)優(yōu)先控制電源控制柜故障，隨后重點防控移動變電站故障，最后為供電線路和用電設(shè)備故障。

2.2 加強供電系統(tǒng)可靠性

為了確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，應(yīng)從以下四個方面進行優(yōu)化。

2.2.1 安裝實時監(jiān)控系統(tǒng)

通過在礦井下安裝實時監(jiān)控系統(tǒng)，管理人員能夠動態(tài)了解井下通風狀態(tài)、有害氣體情況、作業(yè)人員位置信息等?；诖?，礦井有必要引進供電在線監(jiān)測系統(tǒng)，以此來實現(xiàn)對供電系統(tǒng)故障原因、類型的判別，利用在線監(jiān)測系統(tǒng)及時調(diào)節(jié)故障區(qū)的供配電狀態(tài)，為故障維護工作提供方便，最大限度降低供電故障對采煤生產(chǎn)造成的不良影響。

2.2.2 構(gòu)建故障檔案

礦井應(yīng)構(gòu)建故障檔案，針對電器裝置的故障類型、故障損傷程度以及故障發(fā)生率進行分類統(tǒng)計，為判斷供電系統(tǒng)故障提供借鑒和參考。與此同時，礦井應(yīng)引入專業(yè)的故障檢測設(shè)備，定期對電器裝置進行非損傷性能檢測，并借助于仿真模擬軟件進行維修，并聯(lián)合在線監(jiān)測系統(tǒng)，了解供電裝置的運行狀況[5]。

2.2.3 加強對供電系統(tǒng)故障的排查和維護

由于采煤工作面時常變動，供電系統(tǒng)需要隨之移動，這也導致用電負荷需要經(jīng)常調(diào)整，若不結(jié)合用電運行參數(shù)變化情況及時調(diào)整供電系統(tǒng)，極易誘發(fā)供電系統(tǒng)故障。因此，煤礦應(yīng)建立健全供電系統(tǒng)巡查檢修制度，確保能夠及時識別電力故障。例如，電氣設(shè)備絕緣性能損壞、供電線路器件損壞等，一旦發(fā)現(xiàn)超出使用年限的設(shè)備，應(yīng)及時進行更換。

2.2.4 強化作業(yè)人員安全觀念

操作人員作為使用和維護供電系統(tǒng)的主體，其安全意識的高低對供電系統(tǒng)的安全運營起到了直接影響。作業(yè)人員的專業(yè)水平高低也直接影響到供電系統(tǒng)的維護質(zhì)量。因此，礦井應(yīng)針對操作人員開展針對性、系統(tǒng)性的培訓，以講座、技能考核和技能鑒定等形式對操作人員的專業(yè)水平進行評測，并責令操作人員嚴格遵守用電設(shè)備使用規(guī)程，強化操作人員的應(yīng)急處理能力，以便能夠在用電系統(tǒng)故障發(fā)生的第一時間，判斷故障類型，采取整改措施，降低故障造成的損失。

3 結(jié)語

礦井作業(yè)環(huán)境十分惡劣，加之供電系統(tǒng)需要結(jié)合采煤的實際需求進行靈活調(diào)整，使得供電系統(tǒng)相較于煤礦的其他系統(tǒng)，故障發(fā)生率較高。利用故障樹分析法進行探究后發(fā)現(xiàn)，供電系統(tǒng)的故障類型主要分為移動變電站故障、電源控制柜故障、開關(guān)柜故障以及連接器故障4 個中間事件，而導致上述故障的基本事件為17 個。因此，為了確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，要借助實時監(jiān)控，及時識別故障隱患，構(gòu)建故障檔案，加強對供電系統(tǒng)的巡查和維護，著力提升作業(yè)人員素質(zhì)，針對供電系統(tǒng)開展相應(yīng)的維護，以此來保障井下生產(chǎn)秩序的穩(wěn)定性。