煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)保護(hù)措施研究

趙禹超

內(nèi)蒙古煤炭科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，中國·內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020

現(xiàn)階段社會的發(fā)展過程中，隨著城市化進(jìn)程的加快，社會對于煤礦的需求不斷提升，由此就推動煤礦開采行業(yè)的發(fā)展。而煤礦開采一般在地下作業(yè)，環(huán)境復(fù)雜而且受外界影響較大，需要電氣設(shè)備以及供電系統(tǒng)的支持。所以實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，就需要煤礦作業(yè)人員加強(qiáng)對煤礦電氣設(shè)備以及供電系統(tǒng)的研究，結(jié)合煤礦開采實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證煤礦作業(yè)的電力安全。然而電氣設(shè)備以及供電系統(tǒng)本身技術(shù)性很強(qiáng)，再加上煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，為了保證設(shè)備功能，還需要對其進(jìn)行保護(hù)。論文就從煤礦入手，分析其電氣設(shè)備以及供電系統(tǒng)存在的問題，并且綜合分析其保護(hù)措施。

煤礦開采；地質(zhì)環(huán)境；電氣設(shè)備；供電系統(tǒng)；繼電保護(hù)

1 引言

煤礦開采作為針對煤炭資源進(jìn)行挖掘的作業(yè)，一般需要深入地下或者是山體中，具有一定的難度，實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)就需要電力的支持，為井下提供照明以及通風(fēng)，保證開采作業(yè)的順利進(jìn)行，并且規(guī)避可能發(fā)生的安全隱患。但是實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，由于煤礦井下環(huán)境較為復(fù)雜，再加上電氣設(shè)備以及供電系統(tǒng)本身技術(shù)性很強(qiáng)，相關(guān)人員在作業(yè)環(huán)節(jié)就可能出現(xiàn)問題，導(dǎo)致電力設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至是造成安全隱患。在此背景下，作業(yè)人員就需要加強(qiáng)對電力設(shè)備以及供電系統(tǒng)的作業(yè)保護(hù)，及時地分析其作業(yè)環(huán)節(jié)可能存在的隱患，制定專業(yè)的策略進(jìn)行解決，以保證二者功能的順利發(fā)揮。

2 煤礦電氣設(shè)備概述

煤礦電氣設(shè)備是指在煤礦生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中使用的與電力相關(guān)的設(shè)備。這些設(shè)備主要用于輸電、供電、照明、通信、安全監(jiān)控和自動化控制等方面，以確保煤礦生產(chǎn)的安全、高效運(yùn)營。在煤礦生產(chǎn)過程中，要定期進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)、檢修和更新，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行和生產(chǎn)的連續(xù)性[1]。此外，煤礦電氣設(shè)備還需要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的防爆、防火等安全防護(hù)措施，以預(yù)防火災(zāi)、瓦斯爆炸等事故的發(fā)生。

3 煤礦供電設(shè)備概述

煤礦供電系統(tǒng)是指為煤礦提供電力供應(yīng)的系統(tǒng)，包括電力輸送、變電、配電和照明等環(huán)節(jié)?，F(xiàn)階段煤礦供電系統(tǒng)主要有輸電線路，用于將電能從電源站或電網(wǎng)輸送到煤礦、變電站，將高壓輸電線路的電能轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合煤礦使用的低壓電能、配電系統(tǒng)，將來自變電站的電能分配給煤礦內(nèi)各個用電設(shè)備、供電設(shè)備，用于把電能供應(yīng)給煤礦內(nèi)的各個用電設(shè)備以及照明系統(tǒng)，為煤礦提供光照的系統(tǒng)等。實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，供電系統(tǒng)直接影響煤礦作業(yè)的質(zhì)量以及效率，甚至關(guān)系到作業(yè)人員的安全，所以在設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)之時，還需要綜合考慮安全性、效率和經(jīng)濟(jì)性、災(zāi)害防范以及運(yùn)行和維護(hù)等。此外，為了保證煤礦供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要嚴(yán)格遵守相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，定期進(jìn)行設(shè)備檢測和維護(hù)，加強(qiáng)對供電系統(tǒng)的安全管理和防護(hù)措施，這樣才能保證供電系統(tǒng)的質(zhì)量，以充分發(fā)揮其功能。煤礦電氣設(shè)備如圖1 所示。

圖1 煤礦電氣設(shè)備

4 煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)存在的問題

目前煤礦企業(yè)的用電設(shè)備的問題較多，不僅包括設(shè)計(jì)方面的問題，還包括技術(shù)人員的綜合素質(zhì)不高，長距離輸電存在重大安全隱患，繼電保護(hù)設(shè)備技術(shù)不達(dá)標(biāo)等。再加上煤礦企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，也加劇了電氣設(shè)備數(shù)量的增加，其用電負(fù)荷和功率較大無形中給生產(chǎn)帶來較大的安全隱患，也威脅著工作人員的人身安全，現(xiàn)實(shí)中存在企業(yè)為節(jié)省成本而不采用此方案的情況。實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，就需要相關(guān)人員對電氣設(shè)備以及供電系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行研究，為后續(xù)治理奠定基礎(chǔ)。

4.1 過載問題

電氣設(shè)備在使用過程中可能會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，超過了設(shè)備的額定電流，導(dǎo)致設(shè)備過熱、損壞甚至引發(fā)火災(zāi)事故。如今，中國經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，在煤礦開采行業(yè)中，想要獲取更多的經(jīng)濟(jì)效益，就必須加大煤礦開采力度，為人們提供更多的煤礦資源。部分企業(yè)一味地追求利益，在電氣設(shè)備的投入上不夠重視，設(shè)備在長時間的運(yùn)作下，沒有得到較好的維護(hù)與保養(yǎng)。在實(shí)際使用過程中，往往會出現(xiàn)較多的故障問題，尤其是一些功率較大的電氣設(shè)備，長期處于超負(fù)荷運(yùn)載狀態(tài)，很容易造成內(nèi)部零件的損壞，加上作業(yè)環(huán)境惡劣，煤礦開采難度更大，故對整個煤礦開采團(tuán)隊(duì)的工作進(jìn)度造成影響。

4.2 常見故障

實(shí)際使用環(huán)節(jié)，電氣設(shè)備以及供電系統(tǒng)還存在一些常見的故障，需要相關(guān)人員加強(qiáng)重視。首先，短路問題，短路是指電氣設(shè)備或電路中兩個或多個電極之間發(fā)生了物理上的短路連接，電流超過了額定值，可能引發(fā)設(shè)備損壞、火災(zāi)事故等；其次，絕緣漏電問題，電氣設(shè)備的絕緣性能下降或者絕緣缺陷，會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)漏電、觸電等安全隱患。漏電是指電氣設(shè)備中的電流通過了不應(yīng)通過的路徑，流向設(shè)備外部，導(dǎo)致設(shè)備接地不良、觸電事故等；然后是設(shè)備老化問題，電氣設(shè)備的長時間運(yùn)行使用會導(dǎo)致部分設(shè)備老化、損壞，可能引發(fā)電氣事故[2]；最后，爆炸問題，部分煤礦中存在可燃?xì)怏w，若在電氣設(shè)備中發(fā)生了火花或電弧，可能引發(fā)氣體爆炸事故。此外，還有供電系統(tǒng)故障問題，供電系統(tǒng)中的電纜、變電站等設(shè)備出現(xiàn)故障，可能導(dǎo)致煤礦停電、設(shè)備運(yùn)行異常等問題。

4.3 設(shè)計(jì)方面的問題

電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)的不合理設(shè)計(jì)，如線路過長、容量不足等，會導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定、效率低下等問題。想要提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，工作人員必須做好各線路設(shè)備的連接情況。由于電力系統(tǒng)內(nèi)容復(fù)雜，且存在較多的電氣線路，各種線路的正確連接決定了電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行安全。一旦電力系統(tǒng)中某一線路在連接上出現(xiàn)問題，則會影響到井下通信設(shè)備以及其他電氣設(shè)備的正常使用。在這種情況下，井下作業(yè)活動無法正常開展，整個煤礦開采工程的進(jìn)度便會延長，同時也增加了安全事故的發(fā)生概率。

以上是煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)常見的問題，相關(guān)的防護(hù)和保護(hù)措施需要根據(jù)具體情況加以采取和完善，以確保設(shè)備和系統(tǒng)的安全運(yùn)行。定期檢修、維護(hù)和培訓(xùn)將有助于發(fā)現(xiàn)和解決這些問題，確保煤礦的生產(chǎn)安全。煤礦供電系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 煤礦供電系統(tǒng)

5 煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)保護(hù)措施

5.1 過載保護(hù)

實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，要想實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備以及供電系統(tǒng)的過載保護(hù)，還要專業(yè)技術(shù)人員為電氣設(shè)備和供電線路安裝過載保護(hù)裝置，一旦電流超過設(shè)定的額定值，保護(hù)裝置將會切斷電源，防止設(shè)備過載運(yùn)行。過載是指電動機(jī)的運(yùn)行電流或電氣設(shè)備的工作電流大于其額定電流，但超過額定電流的狀況，超出電流通常是額定電流的1.5 倍以內(nèi)。引起電動機(jī)或電氣設(shè)備過載的原因很多，如負(fù)載突然增加，斷相運(yùn)行以及電網(wǎng)電壓降低等。若電動機(jī)或電氣設(shè)備長期過載運(yùn)行，其繞組或電氣設(shè)備的溫升超過允許值使絕緣老化、損壞[3]。過載保護(hù)的動作時間與過載電流大小有關(guān)，其動作值設(shè)定小于短路保護(hù)的動作值。動作延時取決于過載程度，過載程度越大，延時越短；過載程度越小，延時越長，也就能實(shí)現(xiàn)對線路過載的治理。

5.2 常見故障的針對性治理

由于煤礦電氣設(shè)備以及供電系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)一些常見故障，針對這些故障的具體治理手段研究也就十分重要。首先，短路保護(hù)，相關(guān)人員需要為電氣設(shè)備和供電線路安裝短路保護(hù)裝置，一旦發(fā)生短路現(xiàn)象，保護(hù)裝置會迅速切斷電源，防止電流過大造成設(shè)備損壞和火災(zāi)；其次，漏電保護(hù)以及絕緣監(jiān)測，要為電氣設(shè)備和供電線路安裝漏電保護(hù)裝置，當(dāng)漏電流達(dá)到安全閾值時，保護(hù)裝置會切斷電源，防止漏電導(dǎo)致的觸電事故發(fā)生。還需要定期對電氣設(shè)備和線路的絕緣性能進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)絕緣損壞或降低的情況，及時進(jìn)行修復(fù)或更換，保證設(shè)備的正常絕緣狀態(tài)；最后，防爆措施，設(shè)計(jì)人員需要對易產(chǎn)生可燃?xì)怏w的區(qū)域，采用防爆電氣設(shè)備，如防爆燈具、防爆電纜等，防止電弧和火花引發(fā)爆炸事故[4]。此外是進(jìn)行接地保護(hù)，要對電氣設(shè)備進(jìn)行良好的接地處理，確保設(shè)備的外殼和地之間具有良好的接地連接，以防止觸電和靜電聚集。

5.3 定期檢查以及意識培訓(xùn)

煤礦電氣設(shè)備以及供電系統(tǒng)的故障具有突發(fā)性，所以還需要進(jìn)行定期檢查，并對作業(yè)人員進(jìn)行意識培訓(xùn)，以實(shí)現(xiàn)對故障的整體治理。一方面，相關(guān)單位需要定期對電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)進(jìn)行檢修和維護(hù)，確保設(shè)備的正常運(yùn)行和安全性能。煤礦供電設(shè)備的保護(hù)首先要找出系統(tǒng)中存在的問題，綜合性分析和記錄企業(yè)供電裝置的系統(tǒng)故障，分析故障存在的原因和可能的安全隱患，然后采取合理的保護(hù)方式，煤礦系統(tǒng)的保護(hù)裝置包括前期的處理和檢測裝置、邏輯判斷裝置以及現(xiàn)場輸入裝置，通過各個物理量的檢測準(zhǔn)確判斷線路的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，對各種前期測量的信息進(jìn)行分析判斷，及時給出傳達(dá)執(zhí)行的命令并將信息及時將上級匯報(bào)，最終確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行[5]。另一方面，單位需要加強(qiáng)員工對電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)的操作培訓(xùn)和安全意識教育，提高員工對安全問題的認(rèn)識，減少操作失誤引發(fā)事故的概率。

5.4 繼電保護(hù)裝置的安置

煤礦井下作業(yè)的空間有限，由于電氣自動化的設(shè)備種類較多，相應(yīng)的防爆裝置需要做好選型，須針對煤礦施工環(huán)境和井下設(shè)備的工作空間選擇，一般設(shè)置體積小和性能穩(wěn)定的產(chǎn)品，確保電氣設(shè)備的接口滿足相應(yīng)的要求，新型的用電保護(hù)裝置除了能保護(hù)用電設(shè)備還能檢測電流、電壓、用電量和功率，實(shí)現(xiàn)通信接口和開關(guān)設(shè)備的匹配，具備相應(yīng)的通訊接口可以確保煤礦供電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行從而促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié)語

現(xiàn)階段煤礦開采環(huán)節(jié)，電氣設(shè)備以及供電系統(tǒng)作為保證開采質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，已經(jīng)成為單位關(guān)注的要點(diǎn)。但是實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，由于煤礦開采環(huán)境復(fù)雜，再加上電氣設(shè)備本身技術(shù)性較強(qiáng)，設(shè)備就還存在一些問題，影響開采作業(yè)的進(jìn)行。在此背景下，開采單位就需要通過繼電保護(hù)、定期檢查以及過載保護(hù)等手段，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備以及供電系統(tǒng)的保護(hù)，而且這些保護(hù)措施需要根據(jù)煤礦的具體情況和相關(guān)法規(guī)進(jìn)行制定和執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備質(zhì)量的保證。