煤矿井下低压供电系统及保护研究

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　　【摘  要】由于在井下供电系统中，低压供电线路及低压电气设备占了整个井下供电线路与电气设备中的大部分，而且它们又深入到采区与掘进工作面，工况特别恶劣，易发生各种电气事故，因此提高井下低压供电的质量，完善低压供电的保护系统是保证整个井下供电的可靠性，防止电气安全事故发生的关键。针对煤矿井下低压供电系统的特点、原理和应用进行简要的分析和探讨。
　　【关键词】煤矿;低压供电系统;保护
　　煤炭资源在我国各种能源中占三分之二。我国的煤炭资源存储量占一次能源资源总量的94%。随着我国经济水平的不断提升，我们对煤炭的需求量日益增加。需求量的增加必然导致煤矿开采量的增加。煤矿的安全问题也越来越被人们重视。对于一个煤矿矿井而言，它的结构非常复杂，开采煤矿也受到很多因素的影响。而低压供电系统的复杂性更多，难以安全稳定运行。因此对煤矿井下低压供电系统进行保护就显得尤为重要。低压供电系统的安全稳定运行是煤矿正常开采的保障条件。目前，我国对煤矿井下低压供电系统的保护措施的研究还不够成熟，导致煤矿发生火灾的情况问题频发。因此研究低压供电系统的保护措施尤为重要。
　　一、煤矿井下低压供电系统的特征
　　低压供电系统是由低压配电设备、低压输送电缆、低压负荷等组成的，低压配电线路的主要作用就在于向低压负荷设备供电，因而对于低压供电系统而言，低压负荷往往具有接头多、规格型号多、敷设方式多以及线路较长的特征，而且各个分配电箱内的控制开关的操作次数也非常的多。同时在矿井下，机械设备也具有多样性，比如说照明设备、排水、供风设备等，这些机械设备的用电特性往往也是不一样的，因而就使得煤矿井下低压供电系统容易受到多方面因素的影响，而且其系统结构往往也较为复杂。
　　二、矿井低压供电系统事故分析
　　由于低压供电系统的以上特点，线路、开关等会经常出现过电流、漏电等现象，从而造成火灾、人身触电等事故，给企业和个人带来巨大的损失。过电流是指流过电气设备和电缆的电流超过额定值，其主要包括短路、过负荷和断相三种现象。短路是指电流不流经负载，而是两根或三根导线直接短接形成回路。这时电流很大，可达额定电流的几倍、几十倍，甚至更大，其危害是能够在极短的时间内烧毁电气设备，引起火灾或引起瓦斯、煤尘爆炸事故。负荷是指流过电气设备和电路的实际电流超过其额定电流和允许过负荷时间。其危害是电气设备和电缆出现过负荷后，温度将超过所用绝缘材料的最高允许温度，损坏绝缘，如不及时切断电源，将会发展成漏电和短路事故。过负荷是井下烧毁中、小型电动机的主要原因之一。断相是指三相交流电动机的一相供电缆路或一相绕组断线。造成断相的原因主要有：（1）熔断器有一相熔断;（2）电缆与电动机或开关的接线端子连接不牢而松动脱落;（3）电缆芯线一相断线;（4）电动机定子绕组与接线端子连接不牢而脱落等。漏电是指当电气设备或导线的绝缘损坏或人体触及一相带电体时，电源和大地形成回路，有电流流过的现象。井下常见的漏电故障可分為集中性漏电和分散性漏电两类。集中性漏电是指漏电发生在电网的某一处或某一点，其余部分的对地绝缘水平仍保持正常。分散性漏电是指某根电缆或整个网络对地绝缘水平均匀下降或低于允许绝缘水平。漏电的原因有：（1）电气设备或电缆长期过负荷运行使绝缘老化。（2）运行中的电气设备、电缆受潮或进水，造成对地绝缘电阻下降。（3）电缆与设备连接时，接头不牢，运行或移动时接头松脱，某相碰壳而造成漏电。（4）电气设备内部随意增加电气元件，使外壳与带电部分之间电气间隙小于规定值，造成某一项对外壳造成放电而发生接地漏电。（5）橡套电缆受车辆或其他器械挤压、碰砸等，造成相线和地线破皮或护套损坏，芯线裸露而发生漏电。（6）电气设备内部遗留导电物体，造成某一相碰壳而发生漏电。（7）接线时，将导电芯线与地线接错。（8）移动频繁的电气设备的电缆反复弯曲使芯线部分折断，刺破电缆绝缘与接地芯线接触而造成漏电。（9）操作电气设备时，产生弧光对地放电。（10）设备维修时，因停、送电操作失误，带电作业或工作不慎，造成人身触及一相而漏电。（11）出现严重过电压，击穿电缆或电气设备的对地绝缘。
　　三、低压供电系统的安全保护
　　1、过流保护。井下低压供电系统拥有一个额定电流限制，如果超出了这一电流限制，各项用电设备操作也将会受到影响。系统控制中通过过载电流防护来提升安全性，并避免电流出现参数误差。定期将所检测得到的数据变化向控制中心上传，避免影响到系统安全性。在此环境下所开展的各项系统保护管理工作，通过有效的协调控制也能提升其影响能力，为煤矿井下作业提供稳定的电能，过电流运行环境下增大了电气设备老化损坏的几率。因此对这部分控制管理措施要加强研究。过流保护也正是针对这种情况来进行的，应用断流器可以避免类似的问题出现。当电路系统中出现电流超出安全标准的情况时，电路能够自动阻断，通过这种方法可以有效地提升系统稳定性，避免因过载电流过大而造成电子元器件损坏;对于低压供电系统不稳定的情况，采取电流补偿技术来调节控制。
　　2、漏电保护。低压供电系统发生漏电故障后，电气设备的正常运行状态会受到影响，电气设备的外壳也存在电流流过，当操作人员接触后容易发生触电事故。漏电保护可以采取接地方式来进行，观察在系统运行中是否存在连接不合理的部分，及时对所设计的连接方案进行调整，避免后续接线受到影响。漏电保护功能可以通过检测来实现，充分了解系统中潜在的问题，设置接地系统，这样即使低压供电系统中出现漏电情况，也能通过接地系统来将其消散在土壤中，避免对操作人员的人身安全造成影响，进一步促进管理计划落实。漏电保护系统能够在发生电气故障后及时切断供电电源，以免漏电问题继续存在，影响井下作业用电需求。漏电保护就是针对可能漏电所作的应急反应，如果发生漏电，漏电保护装置会切断电源，从而达到终止电流的目的。这种装置在煤矿井下生产中应用比较广泛，其原理为旁路接地式保护原理、附加直流源检测保护原理、零序电压保护原理、零序电流大小及零序电流方向保护原理。 　　3、接地保护。接地保护，指的是将正常情况下不带电，而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分（即与带电部分相绝缘的金属结构部分），用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式。（1）有保护接地时通过人身电流比较小，因而是安全的。另外，有了保护接地的良好接地，大大减少了因设备漏电时，使其外壳与地接触不良产生的电火花。从而减少了引起瓦斯、煤尘爆炸的可能性。（2）接地网中接地电阻的确定 由于保护接地是将设备上的故障电压限制在安全范围内的一种安全措施，同时也可作为漏电保护的后备保护。根据煤矿井下规定的额定安全电压的空载上限值为40V和矿井高压电网的单相接地电容电流不得超过20A的规定，接地网上任一保护接地点的接地电阻不得超过2 ?。
　　四、煤矿井下低压系统的优化改进措施
　　1、实际安装与供电设计。煤矿井下供电设计是把从电力系统接受的电能合理地分配到各用电地点。设计的基本原则是在保证供电可靠、安全、质量的前提下，以最经济和简单的方式合理的分配并充分利用电能。尤其是采区供电设计技术人员在设计过程中已经把采区内要用到的电气设备的型号、电缆的截面积以及各种保护装置的整定值等诸多方面，已经精确地进行了计算及选取。因此一般情况下，按照采区供电设计的要求进行供电系统的施工是比较合理的，但是在实际安装过程中往往存在着一些问题，主要表现在动力橡套电缆方面和使用相关的电气设备上。在电缆方面，按照供电设计要求，一趟线路只允许使用相同截面的电缆进行供电，然而实际的供电系统往往由于各种原因，使用不同截面的橡套电缆进行供电，在实际运行过程中将导致截面较小的低压电缆长时间发热，对安全供电很不利，更重要的是影响到该线路短路保护装置的正常工作，容易引起电缆及用电设备着火，进而引起瓦斯爆炸等，这是绝对不允许的。对于电气设备，在具体安装时，主要考虑了真空接触器的容量，而没有考虑其换向隔离开关的额定容量，造成了隔离开关在接近额定容量的情况下长期运行，这是不合理的。改进xiu'gai的办法是实际安装的供电系统必须与供电设计方案相一致。特殊情况需做改动的，应征得设计人员的同意，方可实施。另外在具体安装过程中关系到电气设备防爆、完好等一系列要求的，必须严格执行《煤矿电气设备完好标准》中的有关具体规定。
　　2、重视解决供电系统中超长距离供电的问题。在煤矿井下低压供电系统的建设过程中，关于超长距离供电的问题一定要给予极大重视。针对超长距离供电的问题：1.可以采用增大供电线路缆线的截面，提高供电电缆的负荷能力。2.可以运用大容量移动变压站的方式，极大地减轻供电电缆的供电压力，保证供电电缆的工作效率。3.可以在电路中增设分段保护开关，有效保护供电电路安全。
　　3、供電网络要根据实际情况实行分离形式。在进行供电网络的铺设过程中，不能够一味的把电路都投入到统一电路中，而是要根据实际情况的需要，并且结合安全需要，灵活的对供电缆路进行分离。比如，关于煤矿井下局部通风机，就要使用专用的变压器，并且还要和备用电源分开，使它们处在不同的母线上面。而且，还要对备用电源的容量以及开关整定进行严格的检查，要保证必须能够满足局部通风机包括其他设备同时运行的需要，这样才能够有效保证局部通风机的正常运行。此外，局部通风机的专用电路也要进行严格的检查，要进行漏电保护的设置，保证供电电路的安全。监测监控电源、自动风门电源、井下通讯联络设备，需要独立供电，以提高供电的可靠性。
　　4、严格遵照规范井下防爆电气的检修。对于煤矿井下防爆电气的检修工作，一定要按照相关规定，进行定期的检修工作。而在检修人员进行检修的时候，要时刻注意自身安全，提高安全意识，严格遵照检修规范进行检修。在对防爆电气进行开盖检查、维修时，一定要严格执行电气设备检修管理制度，进行停电、验电、放电及挂接地线，只有电气设备断电了才是安全的，才能保证检修人员的安全。
　　随着国民经济水平的提高，人们对电能的需求量也日益增加。这就促进了我国煤炭事业的蓬勃发展。煤矿井下作业的安全性问题十分重要，我们不仅要提高井下作业的效率和煤炭的质量，更重要的是保证井下作业的安全。近几年来，煤矿事故非常频繁，其中大多数的问题都出在煤矿井下低压供电系统中。因此保证煤矿井下低压供电系统的安全性极为重要。我们必须加大对低压供电系统的保护。在煤矿井下的安全用电、电气设备以及人身安全保护方面发挥着不容忽视的作用，及时找出并解决低压供电系统中所存在的问题，通过增强煤矿井下电气的管理力度来解决井下低压供电系统中的问题，并且对煤矿井下低压供电系统进行深入地研究，推动煤矿井下工作的顺利进行。
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　　（作者单位：国家能源集团神东煤炭集团锦界煤矿机电一队）
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