礦井低壓供電系統(tǒng)漏電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用探究

摘要：由于煤礦井下環(huán)境十分惡劣，含有一氧化碳、甲烷等易燃?xì)怏w，如果發(fā)生礦井低壓設(shè)備或電線漏電故障極易引發(fā)礦井火災(zāi)或氣體爆炸事故，進(jìn)而威脅礦工的生命安全?；诖?，分析了礦井低壓供電系統(tǒng)漏電的重要性，針對(duì)礦井低壓供電系統(tǒng)漏電原因與危害，提出了相應(yīng)的漏電保護(hù)措施，旨在降低礦井低壓系統(tǒng)漏電故障率，確保礦井的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：煤礦"低壓供電系統(tǒng)"故障分析"漏電保護(hù)

Exploration"on"Application"of"Leakage"Protection"Technology"in"Low"Voltage"Power"Supply"System"of"Mines

XU"Longhao"1"WANG"Yan2

1.Power"Supply"Engineering"Department"of"Zaozhuang"Mining"（Group）"Co.，"Ltd.，"Zaozhuang，"Shandong"Province，""277800"nbsp;China;2.Zaozhuang"Mining"Group"Xincheng"Design"and"Research"Co.，"Ltd.，"Zaozhuang，"Shandong"Province，""277800""China

Abstract："Due"to"the"extremely"harsh"underground"environment"of"coal"mines，"which"contains"flammable"gases"such"as"carbon"monoxide"and"methane，"if"there"is"a"leakage"fault"in"low-voltage"equipment"or"wires"in"the"mine，"it"is"highly"likely"to"cause"mine"fires"or"gas"explosions，"thereby"threatening"the"safety"of"miners’"lives."Based"on"this，"the"importance"of"leakage"in"the"low-voltage"power"supply"system"of"mines"was"analyzed."Corresponding"leakagenbsp;protection"measures"were"proposed"to"reduce"the"leakage"failure"rate"of"the"low-voltage"power"supply"system"in"mines"and"ensure"safe"production.

Key"Words："Coal"mine;"Low"voltage"power"supply"system;"Fault"analysis;"Leakage"protection

眾所周知，煤礦井工開采環(huán)境十分惡劣，對(duì)采煤安全性要求較高。由于井下作業(yè)空間狹窄，環(huán)境復(fù)雜，并且陰暗潮濕，井下的供電線纜容易受到潮濕、機(jī)械損傷等因素的影響而引發(fā)低壓漏電故障，極易誘發(fā)短路或漏電事故，影響煤礦的正常生產(chǎn)。其中，礦井低壓漏電故障發(fā)生率較高，相關(guān)部門需要高度重視，必須針對(duì)礦井低壓漏電故障進(jìn)行相關(guān)原因分析，并制定科學(xué)、詳細(xì)的預(yù)防策略，以減少或杜絕礦井低壓漏電故障的發(fā)生，確保采煤工作的順利開展。

1煤礦低壓供電系統(tǒng)漏電保護(hù)的重要性分析

受礦井惡劣環(huán)境和潮濕條件的影響，礦井電纜容易發(fā)生單相漏電故障進(jìn)而引發(fā)過電壓，再加上礦井電纜受外力的擠壓碰撞作用，對(duì)電纜的絕緣性也產(chǎn)生一定影響，導(dǎo)致電纜的過電壓耐力變差，當(dāng)?shù)V井電網(wǎng)發(fā)生單相漏電接地時(shí)就會(huì)產(chǎn)生近地點(diǎn)電弧過電壓現(xiàn)象，極易擊穿電纜的絕緣薄弱位置，這樣就會(huì)發(fā)生兩相接地電路短路現(xiàn)象，嚴(yán)重的還有可能引發(fā)礦井瓦斯、煤塵自燃起火，甚至發(fā)生爆炸事故。因此，加裝礦井漏電保護(hù)裝置對(duì)礦井的安全生產(chǎn)具有重要意義，其主要表現(xiàn)在以下方面[1]。

第一，能夠預(yù)防礦井煤塵與瓦斯的自燃和爆炸事故。由于礦井地質(zhì)環(huán)境惡劣，開采中會(huì)有煤塵與瓦斯氣體產(chǎn)生，如果瓦斯達(dá)到一定濃度后，遇到礦井電纜漏電，會(huì)引發(fā)礦井起火甚至爆炸，對(duì)礦井的電氣設(shè)備及工作人員造成一定危害。第二，加裝漏電保護(hù)裝置能夠預(yù)防漏電流引發(fā)的電氣雷管爆炸事故。通常漏電電流大于人身的安全電流才會(huì)引爆電氣雷管，因此，為防止電氣雷管爆炸事故，所設(shè)定的漏電保護(hù)電流必須低壓人身安全電流。第三，能夠預(yù)防礦井低壓電氣設(shè)備被燒壞。隨著時(shí)間的推移，低壓供電系統(tǒng)會(huì)由單相漏電故障發(fā)展為兩相短路故障，一些低壓電器設(shè)備在長(zhǎng)期漏電故障的情況下，局部絕緣性差的部位會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱，甚至燒壞礦井電氣設(shè)備。因此，加強(qiáng)漏電保護(hù)措施可以有效防止礦井電氣設(shè)備被燒壞的風(fēng)險(xiǎn)。

2礦井低壓供電系統(tǒng)漏電原因與危害

2.1漏電原因分析

2.1.1礦井供電系統(tǒng)安裝問題

礦井低壓供電系統(tǒng)的安裝作業(yè)十分重要，它是確保礦井低壓設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)，必須確保整個(gè)安裝作業(yè)的規(guī)范性和完整性。第一，如果井下電纜的安裝線路有誤，則相線與地線的接線線路出現(xiàn)問題，電力供應(yīng)不足會(huì)引發(fā)大面積的漏電故障。第二，礦井電路開關(guān)與低壓電氣設(shè)備的電線結(jié)構(gòu)處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致線路的連接松動(dòng)發(fā)生斷路漏電故障。第三，礦井電纜結(jié)構(gòu)與設(shè)備間的連接不當(dāng)，電纜線芯結(jié)合度不強(qiáng)，封口處理不好或壓板結(jié)構(gòu)的緊密性不好，也會(huì)發(fā)生接頭斷開問題，當(dāng)相線與設(shè)備金屬外殼接觸也會(huì)發(fā)生漏電故障[2]。

2.1.2礦井管理維護(hù)工作不當(dāng)

礦井低壓供電系統(tǒng)發(fā)生漏電故障的致因除技術(shù)層面以外，日常運(yùn)行中的維護(hù)與保養(yǎng)工作也要加強(qiáng)。由于日常管理維護(hù)工作的疏忽，一些礦井電纜絕緣層破壞、低壓設(shè)備散熱不好、電器部件被水浸泡沒有及時(shí)烘干等情況，導(dǎo)致接地電阻發(fā)生變化，一些金屬部件被腐蝕，都增加了漏電故障的發(fā)生率，制約了礦井的安全生產(chǎn)。

2.2礦井供電系統(tǒng)漏電的危害

如果礦井供電系統(tǒng)漏電現(xiàn)象沒有及時(shí)地解決與處理，久而久之漏電故障可能會(huì)發(fā)展成相間短路問題，極易引發(fā)安全事故。例如：當(dāng)漏電電流大于50nbsp;mA的話，可能會(huì)引爆電氣雷管引發(fā)爆炸造成人員傷亡事故；如果漏電電流發(fā)生電火花后，遇到井下煤塵、高瓦斯、其他可燃?xì)怏w，容易發(fā)生爆炸現(xiàn)象；在工業(yè)生產(chǎn)中一般規(guī)定的極限安全電流為30"mA，當(dāng)漏電電流高于安全限值，工人接觸就會(huì)發(fā)生觸電傷亡的危害。

3礦井低壓供電系統(tǒng)漏電保護(hù)措施

礦井供電系統(tǒng)發(fā)生漏電故障，不僅影響煤礦的生產(chǎn)效率，而且直接威脅礦工的生命安全。經(jīng)上文對(duì)礦井供電系統(tǒng)發(fā)生漏電故障原因分析可知，當(dāng)?shù)V井電線絕緣電阻較低時(shí)，電力系統(tǒng)極易發(fā)生漏電現(xiàn)象。近年來，國(guó)內(nèi)很多煤礦企業(yè)在安裝供電系統(tǒng)前都會(huì)加裝漏電保護(hù)裝置和自動(dòng)復(fù)電設(shè)備等保護(hù)措施，以確保供電系統(tǒng)的安全性，各類漏電保護(hù)措施如下[3]。

3.1加裝漏電保護(hù)裝置

當(dāng)?shù)V井發(fā)生漏電時(shí)，如果處理不及時(shí)，則極易發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，因此，在礦井低壓供電系統(tǒng)安裝之前，應(yīng)結(jié)合礦井實(shí)際情況科學(xué)選用合適的漏電保護(hù)設(shè)備，以確保設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，礦井漏電保護(hù)設(shè)備主要有選擇性漏電保護(hù)與非選擇性漏電保護(hù)，加裝漏電保護(hù)后，當(dāng)發(fā)生漏電故障時(shí)，可以快速斷開故障線路，同時(shí)確保其他線路的正常供電，對(duì)供電系統(tǒng)具有較好的防護(hù)作用。

3.1.1利用附加直流電源檢測(cè)進(jìn)行漏電保護(hù)

在電網(wǎng)工作電壓穩(wěn)定運(yùn)行中，如有電流通過電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻及分布電容流入大地，則此部分電流為漏電電流，即漏電。根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)相關(guān)規(guī)定，在礦井供電系統(tǒng)中必須滿足過流保護(hù)、接地保護(hù)、漏電保護(hù)等三大保護(hù)，其中漏電保護(hù)是最為重要的一項(xiàng)。利用附加直流電源檢測(cè)法，不僅能夠?qū)ο嗦仿╇?、人身觸電等情況做出迅速反饋，還可以快速反饋三相絕緣電阻的變化情況，附加直流電源的保護(hù)原理如圖1所示。

主要通過在三相電網(wǎng)與大地間加裝一個(gè)電源信號(hào)，來檢測(cè)電網(wǎng)中三相對(duì)地電流數(shù)值的波動(dòng)，并依據(jù)電流數(shù)值的變化來反饋對(duì)地絕緣阻值的變化情況。在圖1中通過在三相電網(wǎng)接入三相電抗器SK和直流電源后，電網(wǎng)內(nèi)的所有電容C0、CA、CB、CC等則具備通交流隔直流的功能，此時(shí)電流I的流向?yàn)椋簭碾娫凑龢O流出到電網(wǎng)對(duì)地三相絕緣電阻（rA"、rB"、rC）再流入三相電網(wǎng)，到三相電抗器SK，再到零序電抗器LK，最后經(jīng)歐姆表到電源的負(fù)極。電流計(jì)算公式為

" " " "

式（1）中：為附加直流的電源電壓，單位為V；r為rA"、rB"、rC的并聯(lián)電阻值，單位為Ω；為直流電源的電位阻值，單位為Ω。

式（1）中，直流電源，的電壓穩(wěn)定不變，當(dāng)三相電網(wǎng)的對(duì)地絕緣電阻r降低發(fā)生漏電后回路電流值增大；當(dāng)電流達(dá)到設(shè)定保護(hù)電流值大于人身安全電流30"mA時(shí)，保護(hù)裝置會(huì)主動(dòng)切斷主回路的電源進(jìn)而達(dá)到漏電保護(hù)的目的。一般漏電保護(hù)裝置的種類很多，其基本機(jī)構(gòu)和工作原理也大致相同，其結(jié)構(gòu)主要由檢測(cè)系統(tǒng)、中間環(huán)節(jié)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成（如圖2所示）。當(dāng)檢測(cè)到的回路電流經(jīng)互感器后產(chǎn)生感應(yīng)電流，然后經(jīng)過中間環(huán)節(jié)的信號(hào)放大比較后，對(duì)電流值進(jìn)行分析，根據(jù)設(shè)定電流值規(guī)定要求再利用繼電器推動(dòng)斷路器的脫扣機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)斷路目的，以保護(hù)電氣設(shè)備[4]。3.1.2零序電流選擇性漏電保護(hù)

目前，大部分礦井同一個(gè)盤區(qū)會(huì)有多個(gè)工作面，當(dāng)多個(gè)工作面同時(shí)開采時(shí)會(huì)有多個(gè)電流回路，由于工作面路線較長(zhǎng)，設(shè)備較多，很多設(shè)備都是共用一個(gè)電源，如果某個(gè)電氣設(shè)備出現(xiàn)漏電故障的話，就會(huì)導(dǎo)致一整路的電氣設(shè)備停機(jī)，影響煤礦正常生產(chǎn)。因此，采取選擇性漏電保護(hù)十分重要。目前選擇性漏電保護(hù)裝備多采用零序電流檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，其保護(hù)原理如圖3所示，主要利用零序電流互感器作為系統(tǒng)的取樣元件，當(dāng)供電線路和設(shè)備正常工作時(shí)，各項(xiàng)電流的矢量和為零，此時(shí)零序互感器二次側(cè)無電流信號(hào)輸出，執(zhí)行機(jī)構(gòu)無動(dòng)作。反之，當(dāng)線路發(fā)生漏電時(shí)，各相電流的矢量和不為0，則漏電電流會(huì)對(duì)零序電流互感器的環(huán)形鐵芯產(chǎn)生磁通從而產(chǎn)生二次感應(yīng)電壓，進(jìn)而推動(dòng)執(zhí)行元件帶動(dòng)脫扣裝置切斷電路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)功能。

3.2加裝自動(dòng)復(fù)電漏電保護(hù)設(shè)備

自動(dòng)復(fù)電漏電保護(hù)裝置具有良好的穩(wěn)定可靠性、動(dòng)作快速等優(yōu)點(diǎn)，相較于自動(dòng)切斷器，其通過在礦井安裝合適的自動(dòng)復(fù)電漏電裝置能夠做到及時(shí)恢復(fù)供電，極大地節(jié)省了停電產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失。此外，還要定期檢修或更換絕緣老化或漏電線路的電線，同時(shí)加強(qiáng)漏電保護(hù)工作，嚴(yán)格落實(shí)低壓電纜布置規(guī)范要求，提升漏電保護(hù)作業(yè)水平[5]。

4結(jié)語

綜上所述，隨著煤礦開采逐漸走向深井開采階段，礦井空氣十分潮濕，井下電纜與電氣設(shè)備絕緣性容易被破壞，再加上井下空間狹窄電纜和電氣設(shè)備容易遭到機(jī)械損壞，不僅制約了煤礦的正常生產(chǎn)，而且還嚴(yán)重威脅著礦工的生命安全。因此，煤礦管理人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)低壓供電系統(tǒng)的管理工作，結(jié)合礦井實(shí)際情況安裝合適的漏電保護(hù)裝置、自動(dòng)復(fù)電保護(hù)裝置等，以確保低壓供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，為礦工提供安全的工作環(huán)境。

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