分析煤礦供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的保護

張浩，趙曰銘

（棗莊礦業(yè)（集團）有限責任公司供電工程處，山東 棗莊 277011）

我國的采礦工業(yè)取得了長足進步與發(fā)展，但從現(xiàn)階段我國采礦現(xiàn)場情況來看，仍存在一些威脅電氣設(shè)備及供電系統(tǒng)的問題，給采礦的正常工作帶來一定影響。受自然條件的影響，我國的絕大多數(shù)煤礦屬于井工煤礦，礦井屬于復(fù)雜、特殊、危險的地下環(huán)境，氣體危害、水害、地質(zhì)危害長期存在，煤礦采用的供電系統(tǒng)必須配置一級負荷電源設(shè)備，保證供電系統(tǒng)可靠性，必須滿足電源雙回路供電不間斷、長時間滿載運行、短時間過載冗余的條件，分析煤礦的電氣系統(tǒng)安全，必須關(guān)注操作人員的安全，也要重視電氣設(shè)備的安全。

1 做好煤礦電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)保護的意義

1.1 減少火災(zāi)發(fā)生

因電氣故障引發(fā)的火災(zāi)往往會引發(fā)較大煤礦事故。煤礦的作業(yè)過程引發(fā)火災(zāi)的因素較多，常見原因包括：電源、設(shè)備間的短路；設(shè)備長時間運行導(dǎo)致設(shè)備溫度異常；設(shè)備線夾接觸不良、絕緣不足導(dǎo)致電火花、電弧點燃瓦斯、煤塵等。煤礦作業(yè)過程中，電氣設(shè)備的電壓等級、額定容量要選擇正確，保護裝置的靈敏性要設(shè)置合理，工作人員要加強設(shè)備巡視及維護，避免短路及嚴重過偏載的發(fā)生，降低電氣火災(zāi)發(fā)生的條件。

1.2 降低漏電發(fā)生的概率

漏電具有隱蔽性，是煤礦作業(yè)人員面臨的嚴重電氣危害，導(dǎo)致漏電的原因有兩種：第一，礦井作業(yè)的地下環(huán)境十分潮濕，電氣設(shè)備因為長期運行在空氣濕度大的環(huán)境中，其絕緣性能衰減較快，極易發(fā)生漏電現(xiàn)象，從而對電氣設(shè)備性能及使用安全造成直接影響。第二，礦井的淺井供電系統(tǒng)、深井供電系統(tǒng)都存在大量的高壓電纜、低壓配電線，在長期的運行過程中，會因為煤塊、巖石的外部侵害，造成線路絕緣薄弱點，該薄弱點隱蔽且易發(fā)生絕緣擊穿事故。針對這一問題，故障人員要在安裝漏電保護及在線監(jiān)測裝置的基礎(chǔ)上，加強高壓電纜路徑的巡視及日常監(jiān)測，實現(xiàn)漏電隱患的預(yù)防及合理管控。

1.3 減少過流情況的發(fā)生

煤礦深井供電系統(tǒng)為驅(qū)動大功率設(shè)備，其入井電壓一般在6～10kV范圍內(nèi)，這些設(shè)備中的電流因操作不當或負荷過大而超出額定電流，則容易引起電流超載。如果實際電流數(shù)倍于額定電流，輕則縮短電氣設(shè)備使用壽命，重則引發(fā)電氣火災(zāi)，威脅井內(nèi)安全。工作人員嚴密監(jiān)視供電系統(tǒng)中的負荷電流值變化，做好應(yīng)急預(yù)案，一旦出現(xiàn)緊急情況，果斷采取措施，防止事故范圍擴大。

2 我國煤礦電氣設(shè)備保護現(xiàn)狀及重要保護內(nèi)容

2.1 高壓防爆配電裝置的電氣保護

煤礦開采惡劣的外部環(huán)境，向采用的配電設(shè)備性能提出更高要求。當前，煤礦井下多采用隔爆、永磁、真空為技術(shù)特征的專用高壓配電裝置。這種高壓真空裝置適用于甲烷、煤塵等混合氣體介質(zhì)中，其主要功能、特點表現(xiàn)在：永磁機構(gòu)采用雙穩(wěn)態(tài)線圈，動作可靠，維護簡單；快開門機芯操作簡單，主回路電阻小；采用微電腦綜合保護，實時顯示，保護完善，具備記憶功能；具備現(xiàn)代化遠程控制的網(wǎng)絡(luò)通信能力。

另外，基于振動信號監(jiān)測的高壓振動斷路器應(yīng)用推廣較為迅速，通過斷路器故障信號的采集、提取、識別，不僅能夠確保斷路器的動作的準確、可靠，還能夠進一步實現(xiàn)合閘、分閘的在線監(jiān)測，提升了供電系統(tǒng)的靈敏性與穩(wěn)定性，極大地提升了供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

2.2 低壓電氣設(shè)備的電氣保護

煤礦低壓電氣設(shè)備涉及生產(chǎn)、生活、照明用電，現(xiàn)階段裝配微電腦、PLC芯片的配電總開關(guān)、分支總開關(guān)以高精度、高靈敏、高整合的特點得以大量使用，這類設(shè)備數(shù)據(jù)處理能力高，反應(yīng)靈敏速度快，故障判別準確，能有效完成漏電聯(lián)鎖、漏電保護、選擇保護、失壓、過電壓、偏載、過負荷、瓦斯保護等綜合保護。而電磁啟動器一般設(shè)置在電路開關(guān)位置，用以控制電機啟動，并與其他主保護相互配合，形成過負荷、低電壓、短路保護共同作用的條件。

2.3 漏電保護與過流保護

分析煤礦電氣設(shè)備的保護必須立足煤礦單位現(xiàn)實的生產(chǎn)環(huán)境，危險的井下環(huán)境、凌亂的設(shè)備布局、嚴峻的生產(chǎn)任務(wù)使得漏電保護與過流保護成為煤礦主要兩種保護形式。一方面，因礦井環(huán)境復(fù)雜，電氣設(shè)備的絕緣性能易衰減、絕緣層易破損、絕緣材料易老化，這就導(dǎo)致漏電時有發(fā)生，其產(chǎn)生的電火花易引爆礦井內(nèi)的混合氣體介質(zhì)，完備的漏電保護措施是電氣設(shè)備安全的生命線。另一方面，礦井用電規(guī)模的不斷擴大與設(shè)備的不斷接入，礦井供電設(shè)備體系平衡被打破，易出現(xiàn)過載、短路情況出現(xiàn)，這會造成線路大電流的出現(xiàn)，加速設(shè)備老化，引發(fā)設(shè)備過熱，產(chǎn)生電氣火災(zāi)，做好過流保護措施是電氣設(shè)備安全的重要內(nèi)容。

3 供電系統(tǒng)及電氣設(shè)備保護作業(yè)中存在的問題

3.1 線路與電氣設(shè)備保護存在的問題

供電線路是礦井電能輸送基礎(chǔ)，供電出現(xiàn)問題不僅會直接影響供電系統(tǒng)的有效運轉(zhuǎn)，還會因為無用功率、電能質(zhì)量的原因影響系統(tǒng)工作效率，而線路的老化、絕緣破損、發(fā)熱等安全隱患危害較大，需要加強日常管理。而電氣設(shè)備是實現(xiàn)供電系統(tǒng)各項功能的根本，礦井內(nèi)陰暗且濕度可達90%以上，并混有大量易燃易爆腐蝕性氣體，在降低電器設(shè)備元件使用壽命同時，易引發(fā)設(shè)備故障。現(xiàn)階段，礦井內(nèi)電氣設(shè)備繼電保護還存在保護裝置靈敏度差、繼電保護體系不完善、保護設(shè)置等問題，導(dǎo)致因保護失效、失控問題而產(chǎn)生的電氣設(shè)備事故屢有發(fā)生。

3.2 供電系統(tǒng)存在超負荷供電現(xiàn)象

近年來，隨著各煤礦企業(yè)生產(chǎn)潛力的不斷深挖，礦井內(nèi)電氣設(shè)備的規(guī)模不斷擴大，設(shè)備總功率也在不斷提升，礦井供電系統(tǒng)超負荷運轉(zhuǎn)常有發(fā)生，供電系統(tǒng)超負荷運轉(zhuǎn)不僅是負荷超出設(shè)計范圍，設(shè)備使用也超出規(guī)定范圍。部分礦井所安裝的變壓器、開關(guān)、供電線路、電纜、絕緣器材超限使用、超期運行、老化嚴重現(xiàn)象屢禁不止，有的礦井為節(jié)約生產(chǎn)成本，電氣設(shè)備的更新、設(shè)備保養(yǎng)、系統(tǒng)擴容嚴重滯后。這導(dǎo)致電氣設(shè)備故障率久高不下，工作人員日常檢修任務(wù)繁重，給供電系統(tǒng)運行安全留下了隱患。

3.3 繼電器存在越級跳閘現(xiàn)象

當前，因為礦井的繼電保護值往往以采礦區(qū)最遠負荷為測量、計算、整定數(shù)值基礎(chǔ)，再由此按照整定原則向整條線路、變電所進行逐級計算，通常以線路最遠端短路故障電流值設(shè)定電流速斷保護，以整條線路最大負荷設(shè)定過流保護整定值。而在作業(yè)現(xiàn)場，因速斷整定值過小，在系統(tǒng)發(fā)生短路后，多條分支電路速斷同時動作，繼電器缺失去選擇性，不能區(qū)分定值、保護值，因此引發(fā)越級跳閘現(xiàn)象，造成大范圍停電。

4 煤礦供電系統(tǒng)及電氣設(shè)備保護優(yōu)化措施

4.1 優(yōu)化礦用供電系統(tǒng)電氣設(shè)備修程修制

考慮到礦井供電設(shè)備的運行環(huán)境，特殊的用電負荷分級，特定的電氣設(shè)備使用，其在工作現(xiàn)場受到復(fù)雜因素的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)或大或小的設(shè)備故障或缺陷，如果發(fā)生的故障沒有及時排除，排查的缺陷沒有及時處理，系統(tǒng)長期帶病運行、帶隱患運行，小故障就會累積成大故障，小事故就會演變成大事故，從而造成供電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性不足。因此，煤礦企業(yè)要優(yōu)化礦用電氣設(shè)備修程修制結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新檢修方式，集中檢修資源，嚴格檢修作業(yè)標準，實現(xiàn)礦用供電設(shè)備“狀態(tài)維修、壽命管理、精準監(jiān)測”的總體維修策略。煤礦供電設(shè)備修程修制除嚴格檢修制度、檢修標準、檢修步驟外，還應(yīng)規(guī)定相關(guān)工作人員的培訓(xùn)策略，以提升操作人員技能水平及安全責任心，提高煤礦供電“軟實力”。

4.2 加快供電設(shè)備自動化的應(yīng)用

近幾年，我國電力技術(shù)發(fā)展突飛猛進，大批新技術(shù)、新設(shè)備應(yīng)用于各環(huán)境下的電力供應(yīng)中，礦井供電系統(tǒng)呈現(xiàn)智能化、自動化演進；電氣設(shè)備向集中型、智能型優(yōu)化；電氣保護向微機化、綜合化發(fā)展的總體趨勢。在礦井綜合考慮供電系統(tǒng)的自動化、智能化安裝，一方面，可以減少人為誤操作帶來的設(shè)備故障，減少用工成本；另一方面；可以提高供電設(shè)備的安全監(jiān)測。但實現(xiàn)煤礦供電設(shè)備的智能化、自動化，要綜合考慮企業(yè)長期發(fā)展及電氣人才的技術(shù)能力，只有符合企業(yè)長期發(fā)展、統(tǒng)籌企業(yè)人力資源、適應(yīng)生產(chǎn)需求的情況下，電氣系統(tǒng)的智能化、自動化才能發(fā)揮最大作用。

5 結(jié)語

供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的安全關(guān)系到煤礦的整體安全，關(guān)系到井下作業(yè)每位職工的家庭幸福，關(guān)系到企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。但是，當前技術(shù)與成本、生產(chǎn)與安全、人員與設(shè)備之間的互相關(guān)系不夠協(xié)調(diào)、優(yōu)化的情況導(dǎo)致礦井供電設(shè)備安全隱患一直存在。因此，我們要做好電氣設(shè)備檢修與監(jiān)測，提高電氣設(shè)備保護性能，確保煤炭資源開采順利有效。