煤礦井下漏電保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀分析

蔣學(xué)強(qiáng)

(鶴煤公司雙祥分公司，河南 鶴壁 458030)

0 引言

隨著煤礦開采范圍和深度的不斷增加，整個煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜程度明顯提升，再加上煤礦井下環(huán)境較為潮濕，溫、濕度較高，煤塵數(shù)量較大，在井下施工的過程中，容易出現(xiàn)漏電的情況。通過分析，當(dāng)前煤礦井下出現(xiàn)漏電主要有3方面原因。

1)自然因素。主要是井下環(huán)境較為潮濕，各種類型的井下線路在使用的過程中容易出現(xiàn)供電線路絕緣體老化問題，電器設(shè)備絕緣性下降明顯。在潮濕的環(huán)境下，電器設(shè)備內(nèi)部接線板潮濕問題明顯，導(dǎo)致線路中出現(xiàn)了導(dǎo)線、線圈及接觸器內(nèi)部元件漏電。再加上煤塵侵入到電氣內(nèi)部，導(dǎo)致絕緣材料老化、編織，絕緣效能相對于先前出現(xiàn)明顯下降。

2)人為因素。人為因素主要是在對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行維護(hù)的過程中，相關(guān)的維護(hù)與管理措施不到位，例如橡膠接頭的連接與具體的施工要求不相同，電纜和設(shè)備的連接不牢固，封堵措施不嚴(yán)格，在電纜出線了掉落時，并沒有及時進(jìn)行鉤掛。再加上煤礦各種類型的電器設(shè)備長時間處于超負(fù)荷運行狀態(tài)，電機(jī)發(fā)熱明顯，大量煤塵的覆蓋，電機(jī)整體散熱效果較差，增加了出現(xiàn)事故的概率。

3)設(shè)備因素。供電系統(tǒng)在運行過程中使用到各種類型的電器、電纜設(shè)備，設(shè)備不符合國家相關(guān)要求，導(dǎo)致漏電事故的發(fā)生。從當(dāng)前出現(xiàn)的事故類型來看，由于這種問題帶來的電器設(shè)備故障是重要問題之一。此外，在設(shè)備運行的過程中，可能受到外界負(fù)面因素的影響，例如，礦車出現(xiàn)了掉道問題時，容易導(dǎo)致供電設(shè)備出現(xiàn)漏電故障。

1 煤礦井下出現(xiàn)漏電的主要危害

由于井下工作環(huán)境特殊性，在出現(xiàn)了漏電事故時，帶來的危害相對于其他類型的故障通常要大，因為井下的漏電事故不僅會導(dǎo)致作業(yè)人員出現(xiàn)觸電，同時還可能引發(fā)瓦斯爆炸、煤塵及火災(zāi)等。煤礦井下漏電的危害主要有：①是電氣設(shè)備、供電電纜等設(shè)備在出現(xiàn)了漏電事故時，若電流達(dá)到了一定的數(shù)值會直接威脅到作業(yè)人員的生命健康安全。②漏電電流在通過電纜絕緣破損處或者設(shè)備絕緣的破損處時，絕緣部位會產(chǎn)生進(jìn)一步的惡化，非阻燃性材料出現(xiàn)著火，導(dǎo)致煤礦井下出現(xiàn)火災(zāi)事故，若這種情況發(fā)生在煤塵具有爆炸傾向或者瓦斯較高的礦井時，在煤塵與瓦斯達(dá)到爆炸條件時，可引發(fā)煤塵爆炸、瓦斯爆炸。③漏電電流若發(fā)生電雷管引線接觸，會發(fā)生電雷管無準(zhǔn)備爆炸，因為電雷管引線若與漏電電流的電位差兩點相接觸，便會引爆電雷管。④漏電還直接影響到井下設(shè)備的正常使用，因為單向接地時會造成另外兩向?qū)Φ仉妷荷叱^電氣設(shè)備極限電壓，造成電氣設(shè)備故障，據(jù)統(tǒng)計超過1/3以上的電氣設(shè)備故障由單向接地引起。

2 煤礦井下漏電保護(hù)技術(shù)要點

2.1 漏電保護(hù)設(shè)計要求

1)安全性。主要包含有設(shè)備安全、人身安全2個方面。若人身安全不能得到較好保障，則會對人身帶來較大傷害；設(shè)備安全不能得到較好保障則會導(dǎo)致設(shè)備故障，進(jìn)而引發(fā)井下安全故障。特別是若設(shè)備出現(xiàn)的漏電事故未得到及時有效排除，則漏電事故范圍將會進(jìn)一步擴(kuò)大，設(shè)備使用壽命降低明顯。如單相漏電事故未得到較好排除，則會發(fā)展成為相間短路故障，帶來更為嚴(yán)重的事故，在出現(xiàn)短路故障時，可選擇使用超前切斷故障的方法給予解決。

2)可靠性。采取了漏電保護(hù)措施后，若出現(xiàn)了故障，漏電保護(hù)裝置不能出現(xiàn)拒絕動作的情況，同時，出現(xiàn)的故障不應(yīng)引發(fā)動作時，不能出現(xiàn)錯誤動作，也就說采取的漏電保護(hù)措施應(yīng)當(dāng)達(dá)到可靠性的要求。為了增強(qiáng)保護(hù)的可靠性，通常情況下，需加入后備保護(hù)措施，全面增強(qiáng)漏電保護(hù)裝置整體的保護(hù)質(zhì)量，提升漏電保護(hù)設(shè)備維護(hù)管理水平。

3)選擇性。在電網(wǎng)線路中，若出現(xiàn)漏電故障，漏電保護(hù)裝置應(yīng)按照設(shè)計要求，保護(hù)出現(xiàn)故障的線路，對于未出現(xiàn)故障的線路不能影響其正常工作。通過這種設(shè)計方式，不僅能精準(zhǔn)定位故障發(fā)生位置，同時也可以及時對漏電故障進(jìn)行處理，降低停電給煤礦井下生產(chǎn)帶來的威脅，更好提升生產(chǎn)效率，確保煤礦井下生產(chǎn)進(jìn)度。

2.2 設(shè)計使用選擇性漏電保護(hù)措施

在進(jìn)行漏電保護(hù)措施的選擇時，為了降低漏電事故的影響范圍，可從縱向選擇性、橫向選擇性兩個方面入手。對于橫向選擇主要是在電路出現(xiàn)故障時，保護(hù)裝置僅將故障支路切斷，其他未發(fā)生漏電故障的支路能夠正常工作?？v向選擇性是指，在電路出現(xiàn)故障時，保護(hù)裝置僅僅將故障所在的線路切斷，其他線路可正常工作。

2.3 選擇使用附加直流源漏電保護(hù)措施

煤礦井下出現(xiàn)漏電事故時，可分為非對稱性漏電與對稱性漏電。若系統(tǒng)出現(xiàn)了對稱性漏電事故，可選擇使用外加直流電源的方式進(jìn)行漏電保護(hù)。主要方式是在大地與電網(wǎng)系統(tǒng)之間增加直流電源，在電網(wǎng)有故障發(fā)生時，外加的直流電源能夠檢測到對應(yīng)的阻值變化，將這些阻值變化作為基礎(chǔ)，針對性設(shè)計漏電保護(hù)措施。見圖1所示。

圖1 附加直流源保護(hù)示意圖

通過圖1可知，R1屬于監(jiān)測電阻，電阻的數(shù)值為固定的，外部直流源的正極和大地相連接，ABC三項對地電阻屬于相同的，在對R1電壓進(jìn)行計算時，可通過對ABC三相對地電阻的數(shù)值和具體監(jiān)測得到的電阻的阻值進(jìn)行分別計算得到。在對直流電壓進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，就能夠得到電網(wǎng)中是否有對稱性漏電事故的發(fā)生。在掌握了漏電事故發(fā)生的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員可根據(jù)具體事故發(fā)生的范圍和類型，對漏電故障事故進(jìn)行判別。

2.4 采取漏電保護(hù)設(shè)備抗干擾措施

當(dāng)前煤礦井下出現(xiàn)的漏電保護(hù)干擾主要是兩個方面，分別為輻射干擾與電磁干擾兩類，其中電磁干擾的危害較大，可將整個漏電保護(hù)設(shè)備全部摧毀。所以，針對煤礦井下出現(xiàn)的傳導(dǎo)干擾問題，可選擇使用電光耦合隔離的方式進(jìn)行解決，對干擾源全部隔離，例如，在進(jìn)行A/D采樣時，可采取圖2所示的隔離措施。將濾波電路增加到采樣信號前段，將井下電路中出現(xiàn)的各種類型的高次諧波全部過濾。采集得到的模擬量通過線性光偶隔離的方式連接在STM32模擬量采集端口，通過處理控制器之后，選擇使用數(shù)字光偶隔離的方式，將信號全部輸出，并作為下級I/O量進(jìn)行輸入。

圖2 電路隔離措施示意圖

3 結(jié)語

導(dǎo)致煤礦井下出現(xiàn)漏電的原因相對較多，一旦出現(xiàn)了漏電問題，容易出現(xiàn)各種類型的故障，給井下操作技術(shù)人員的生命安全帶來極大的威脅。從當(dāng)前很多煤礦采取的漏電保護(hù)措施來看，其中存在的短板問題仍舊較為明顯，給煤礦生產(chǎn)的安全性帶來了較大威脅，因此，這就需要煤礦企業(yè)全面認(rèn)識到做好漏電保護(hù)的重要性，切實采取針對性的技術(shù)措施，全面增強(qiáng)漏電保護(hù)技術(shù)水平。