煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)的保護(hù)探究

國(guó)家能源集團(tuán)內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司元寶山露天煤礦 劉 暢

煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在先進(jìn)技術(shù)的支持下不斷創(chuàng)新，人們基于煤礦生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、高效對(duì)煤礦的電氣設(shè)備、供電保護(hù)進(jìn)行深入研究與分析，從而采取合理手段維護(hù)電氣設(shè)備的安全。對(duì)于煤礦開采而言電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)是煤礦開采的重要影響因素，在現(xiàn)代技術(shù)的支持下原本的繼電保護(hù)裝置已經(jīng)不能滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)有保護(hù)裝置逐漸被智能化裝置所取代，煤礦生產(chǎn)的智能化也不斷凸顯出來。

煤礦企業(yè)是推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的主要部分，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中人們對(duì)煤礦生產(chǎn)提出更高要求，希望生產(chǎn)效率提高、生產(chǎn)安全保證。電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中的重要部分，一旦設(shè)備發(fā)生故障就會(huì)對(duì)煤礦工作人員的操作造成威脅，進(jìn)而影響到整個(gè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。因此本文結(jié)合煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)的運(yùn)行情況，介紹煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)現(xiàn)狀，分析保護(hù)裝置運(yùn)行保護(hù)手段，為煤礦運(yùn)行的安全性提供保障。

1 煤礦電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)概述

1.1 設(shè)備使用特征

煤礦開發(fā)供電設(shè)備在新時(shí)期技術(shù)支持下不符合當(dāng)前的發(fā)展，具體體如下。

電源設(shè)計(jì)并不符合實(shí)際規(guī)定。煤礦企業(yè)中因過分重視生產(chǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其中忽視了電源的設(shè)計(jì)質(zhì)量，導(dǎo)致電源存在極大安全隱患。部分企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的同時(shí)也重視電源設(shè)計(jì)，但電源設(shè)計(jì)比較潦草，安裝不能按照既定圖紙嚴(yán)格執(zhí)行，設(shè)計(jì)并不完善，這也是出現(xiàn)危險(xiǎn)事故的主要原因[1]。

供電距離遠(yuǎn)，部分煤礦企業(yè)生產(chǎn)中，為追求最大經(jīng)濟(jì)效益來提高產(chǎn)量，不斷拉長(zhǎng)作業(yè)線，固定供電距離遠(yuǎn)大于既定供電距離，距離的拉長(zhǎng)導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定，供電質(zhì)量反而降低。這種情況下供電損耗也非常明顯，供電效果并不理想，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工存在隱患。

供電設(shè)備負(fù)擔(dān)重。煤礦企業(yè)為提高經(jīng)濟(jì)效益而投入一定的生產(chǎn)設(shè)備，從而忽視供電設(shè)備，無形中增加供電設(shè)備的負(fù)擔(dān)，因此長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的過程中供電設(shè)備的磨損、老化現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)備的使用性能反而下降，不能為企業(yè)供電提供對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 電氣設(shè)備與供電線系統(tǒng)運(yùn)用

供電可靠性是為保證供電的穩(wěn)定與可靠，一旦供電中斷就會(huì)影響到產(chǎn)量，甚至?xí)p害機(jī)電設(shè)備，導(dǎo)致人員的傷亡等現(xiàn)象。在生產(chǎn)中設(shè)備停電很容易發(fā)生爆炸產(chǎn)生傷亡事故，因此供電穩(wěn)定可靠非常重要。由于煤礦生產(chǎn)存在特殊性，必須要保證供電的穩(wěn)定與可靠。

為保證煤礦供電的安全與穩(wěn)定，供電系統(tǒng)必須要保證全天候的穩(wěn)定，嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定，因此可以使用雙回路電源；供電系統(tǒng)出現(xiàn)安全隱患之后，不僅影響工作人員的生命安全，甚至對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定造成巨大影響。煤礦企業(yè)的生產(chǎn)是一個(gè)大工程，生產(chǎn)過程需要使用大量電量，企業(yè)要想保證生產(chǎn)有序進(jìn)行，縮短投入資金，可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況來調(diào)整供電時(shí)間，提高供電質(zhì)量，為保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益打下良好基礎(chǔ)。

根據(jù)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國(guó)大部分煤礦企業(yè)所使用設(shè)備均是一般電氣設(shè)備、防爆型設(shè)備，這些設(shè)備在生產(chǎn)中能夠體現(xiàn)出良好的防護(hù)性能，輔助電力穩(wěn)定運(yùn)行。但是一旦煤礦開采出現(xiàn)嚴(yán)重問題，就會(huì)導(dǎo)致性能無法全面系統(tǒng)的發(fā)揮，因此這種設(shè)備常運(yùn)用在露天礦井的施工中。防爆電氣設(shè)備的使用價(jià)值就是保護(hù)設(shè)備，能夠在礦區(qū)發(fā)生爆炸的時(shí)候?yàn)橄到y(tǒng)提供有力支撐。如果企業(yè)在生產(chǎn)過程中安全要求非常高，應(yīng)推廣使用防爆型電氣設(shè)備。

2 煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)保護(hù)的必要性

2.1 降低火災(zāi)概率

煤礦生產(chǎn)中安全、管理人員都應(yīng)該有足夠安全意識(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)供電設(shè)備或者是電氣設(shè)備存在短路問題的時(shí)候可以及時(shí)上報(bào)給檢修人員，減少發(fā)生故障的概率。實(shí)際上礦區(qū)地質(zhì)不穩(wěn)定，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中會(huì)導(dǎo)致電阻增大，熱量持續(xù)增加從而發(fā)生火災(zāi)。在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)線路短路之后，火花點(diǎn)燃絕緣材料，與現(xiàn)場(chǎng)的煤炭、瓦斯等相接觸很容易發(fā)生火災(zāi)、爆炸等事故。

礦區(qū)環(huán)境復(fù)雜，管理混亂，即便絕緣設(shè)備做過防護(hù)，但是受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，絕緣性能大大降低，隨著溫度升高點(diǎn)燃現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生[2]。為解決這個(gè)問題，檢修人員需要定期、定時(shí)檢修設(shè)備與系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患和處理隱患，避免為了提高生產(chǎn)效率而讓設(shè)備在大功率長(zhǎng)時(shí)間的情況下運(yùn)行，降低事故發(fā)生的概率。

2.2 避免發(fā)生漏電事故

由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，供電設(shè)備很容易受到影響而漏電事故。部分礦井使用低壓電纜，在開采的過程中地質(zhì)不穩(wěn)定，出現(xiàn)滑坡、坍塌等現(xiàn)象，會(huì)砸壞電纜、出現(xiàn)漏電事故。針對(duì)這種情況，現(xiàn)場(chǎng)管理人員應(yīng)做好漏電保護(hù)裝置的監(jiān)視管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中存在的不正常電路，技術(shù)人員在第一時(shí)間內(nèi)采取措施維修，保證供電的安全穩(wěn)定。如果煤礦使用的設(shè)備是附加直流電源設(shè)備，還要隨時(shí)觀察直流電源來保護(hù)設(shè)備，觀測(cè)電源阻值及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏電故障線路情況。對(duì)于煤礦企業(yè)開采而言出現(xiàn)漏電現(xiàn)象是常見問題，為保證煤礦工作人員的生命安全，現(xiàn)場(chǎng)用電應(yīng)該做好接地裝置保護(hù)保證用電安全。

2.3 容易發(fā)生過載事故

煤礦設(shè)備使用過程中出現(xiàn)功率較大而發(fā)生過載運(yùn)行的現(xiàn)象，當(dāng)過載現(xiàn)象出現(xiàn)之后，運(yùn)行電流超出額定電流1.5倍以上就會(huì)出現(xiàn)安全事故。因此工作人員需要做好過載保護(hù)。系統(tǒng)在使用中出現(xiàn)短路現(xiàn)象，瞬間電流在瞬間能夠達(dá)到額定電流的幾十倍以上，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害配電線路的電氣設(shè)備，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)、爆炸等事故。施工現(xiàn)場(chǎng)管理人員應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取有效的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間來提高保護(hù)動(dòng)作，可以在第一時(shí)間切斷故障電源[3]。

3 煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)的保護(hù)現(xiàn)狀

3.1 電氣保護(hù)

當(dāng)前煤礦供電設(shè)備的電氣保護(hù)包括過流保護(hù)、漏電保護(hù)、接地保護(hù)三種，過流保護(hù)原理是設(shè)備在發(fā)生短路故障的時(shí)候電路中的電流會(huì)突然加大受到一定限制，此時(shí)電流繼電器會(huì)選擇性切斷該電路避免電流瞬間增大造成故障，保護(hù)電路、設(shè)備、電網(wǎng)。漏電保護(hù)與過流保護(hù)的原理基本上相似，是通過檢測(cè)漏電電流是否超過局限承載數(shù)值，一旦超過就有選擇性切斷電路。接地保護(hù)主要是將電流導(dǎo)入到大地中，電路中電流的逐漸穩(wěn)定而不至于造成危害。

3.2 高壓開關(guān)柜

煤礦開采現(xiàn)場(chǎng)所使用的設(shè)備，基本上都使用高壓開關(guān)柜，高壓開關(guān)柜本身主要是依靠繼電保護(hù)裝置來獲取電磁感應(yīng)獲得繼電保護(hù)裝置，同時(shí)也是構(gòu)成供電保護(hù)系統(tǒng)的重要設(shè)備。該裝置可以通過電磁感應(yīng)來獲取電路狀態(tài)，對(duì)非正常情況起到良好的防護(hù)效果，比如過流、短路、電壓失穩(wěn)等意外事故。同時(shí)該結(jié)構(gòu)使用操作相對(duì)簡(jiǎn)單，整體比較方便，因此贏得人們的認(rèn)可。保護(hù)繼電器系統(tǒng)組成構(gòu)件也比較復(fù)雜，主要結(jié)構(gòu)有繼電器、電流電壓傳感器等部件。在新時(shí)期電力系統(tǒng)不斷發(fā)展背景下繼電器感應(yīng)器的使用越發(fā)高端，這種新型設(shè)備能夠改善電氣設(shè)備的穩(wěn)定性推動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展[4]。

3.3 防爆配電裝置

煤礦工作環(huán)境比較惡劣，出于管理的重要性，對(duì)配電裝置有更高的要求。當(dāng)前煤礦設(shè)備使用中存在的防爆配電裝置主要有PB、BG 兩種。防爆裝置的使用能夠提高現(xiàn)場(chǎng)安全系數(shù)，利用機(jī)械彈簧操作部件調(diào)整電氣設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)操作失誤、電路故障等問題到時(shí)候，脫機(jī)機(jī)構(gòu)能夠及時(shí)切斷電路預(yù)防電氣設(shè)備故障。

機(jī)械彈簧很容易老化，維護(hù)過程很困難，因此近些年出現(xiàn)了很多對(duì)這個(gè)方面的研究，人們使用改進(jìn)技術(shù)來創(chuàng)新管理，比如高壓振動(dòng)斷路器、電能計(jì)量裝置等，這些裝置相互搭配實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下裝置逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化，提高了整個(gè)裝置的使用效率，依托現(xiàn)代管理，提高監(jiān)控準(zhǔn)確率、提高管理質(zhì)量，防爆裝置在使用中能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)合閘分閘，在一定程度上改善了煤礦機(jī)電設(shè)備的性能，提高安全性。

3.4 低壓供電設(shè)備

低壓設(shè)備在煤礦開采中的使用相對(duì)簡(jiǎn)單，這也導(dǎo)致設(shè)備的使用范圍非常廣。煤礦開采消耗電量非常大，在新時(shí)期諸多大型成套設(shè)備、自動(dòng)控制設(shè)備、自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備較多，導(dǎo)致低壓電器使用量大大增加。進(jìn)入新時(shí)期后材料不斷創(chuàng)新，設(shè)備機(jī)構(gòu)緊湊而安全系數(shù)高，朝著更智能的方向發(fā)展。低壓供電設(shè)備的電氣保護(hù)常用方式是在電路開關(guān)部位安裝插件，配合系統(tǒng)提高電氣保護(hù)質(zhì)量， 提高主電路管理系統(tǒng)。

4 煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)的保護(hù)措施

4.1 電氣設(shè)備漏電保護(hù)

現(xiàn)階段非常重視漏電保護(hù)裝置的研究，因此對(duì)露天煤礦、礦井不同位置的開采漏電進(jìn)行分析，研發(fā)出多種設(shè)備進(jìn)行漏電保護(hù)裝置，其也是保護(hù)電力系統(tǒng)的重要設(shè)備。不同類型保護(hù)裝置在原理上類似，主要是利用相敏脈沖來選擇性控制電流，避免電路電流在瞬間增大。因此煤礦開采過程中，應(yīng)在礦區(qū)周圍比較空曠區(qū)域的變電所集中選線。煤礦開采使用變電所系統(tǒng)復(fù)雜，主要有漏電監(jiān)視、過載保護(hù)、短路保護(hù)等，當(dāng)前的國(guó)產(chǎn)繼電器設(shè)備有JY80、JL82、JJKB32、BJJ1等。漏電保護(hù)裝置主要是利用直流電源來保護(hù)電路，部分設(shè)備也支持選擇性電源保護(hù)。

繼電保護(hù)器在煤礦電力系統(tǒng)中的運(yùn)用，能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)切斷故障短路、異常電路，整個(gè)環(huán)節(jié)具備顯著的自動(dòng)化性能，電力系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，安全性極高?，F(xiàn)實(shí)生活中常用熔斷器、繼電器、接觸器來保護(hù)線路[5]，熔斷器反應(yīng)速度慢而逐漸被人們淘汰，繼電器與接觸器能夠發(fā)揮良好的保護(hù)效果，因此被廣泛使用。但煤礦生產(chǎn)所使用電力系統(tǒng)復(fù)雜，一旦出現(xiàn)短路或者發(fā)生異常而系統(tǒng)不能及時(shí)反應(yīng)、切斷，就會(huì)造成更大的問題。

4.2 信號(hào)輸入

漏電保護(hù)裝置安裝在電力系統(tǒng)中，電路采集信號(hào)的設(shè)備將所采集信息處理之后，傳輸?shù)嚼^電保護(hù)器當(dāng)中。系統(tǒng)處理信號(hào)包含原始信號(hào)被放大、干擾信號(hào)等，這些信號(hào)均能夠被繼電保護(hù)器處理完畢。信號(hào)裝置對(duì)信號(hào)的處理情況直接決定了最終的信號(hào)傳輸質(zhì)量，繼電保護(hù)裝置能夠?qū)π盘?hào)采取有效的防治措施。

4.3 測(cè)量與轉(zhuǎn)換信號(hào)

在測(cè)量裝置中，主要是對(duì)信號(hào)輸入裝置傳輸信號(hào)進(jìn)行初步判斷，之后系統(tǒng)的內(nèi)置程序根據(jù)信號(hào)來判斷裝置運(yùn)行情況，根據(jù)信號(hào)給出“是”、“非”的判斷結(jié)果，同時(shí)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，為“1”、“0”。

4.4 邏輯判斷與執(zhí)行

信號(hào)進(jìn)入邏輯裝置之后，根據(jù)數(shù)值等之前的結(jié)果進(jìn)行組合運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果匯總分析得到是否切斷電路的決定[6]。因此邏輯判斷裝置是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵，影響到系統(tǒng)的最終運(yùn)行質(zhì)量。邏輯判斷處理 完畢信號(hào)之后，執(zhí)行裝置完成保護(hù)系統(tǒng)的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)隔離、切斷、跳閘指令。邏輯判斷對(duì)技術(shù)各方面有極高的要求，需要引起技術(shù)人員的重視，從而提高判斷的正確性，有助于幫助煤礦資源的開發(fā)。

綜上，煤礦電氣設(shè)備與供電安全是整個(gè)礦區(qū)開采作業(yè)順利開展的主要基礎(chǔ)，在煤礦開采過程中采取合理手段做好安全監(jiān)督、管理，并且使用合理手段維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的使用，避免設(shè)備性能異常、發(fā)生故障等。在計(jì)算機(jī)技術(shù)等的支持下，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的管理與控制，維護(hù)系統(tǒng)安全。