煤礦電氣控制系統及保護接地問題分析

陳于

摘要：煤礦生產特殊的工作環境，決定了井下供電系統的特殊性。隨著現在城市電纜電路的進一步增多，單純地采取中性點經消弧線圈接地方式很難徹底消除接地故障點的電弧。文章就目前煤礦電氣控制系統保護接地問題進行了探討，包括電控系統失控和漏電引爆雷管等問題，并從實現接地智能化、完善漏電保護裝置和加強保護接地措施等方面闡述了煤炭開采中電氣控制系統及保護接地的完善方式，為后期實現煤礦電氣設備有效運行奠定基礎。

Abstract： The special working environment of coal mine determines the particularity of underground power supply system. With the further increase of the city cable circuit， it is very difficult to eliminate the arc of the ground fault point simply by taking the neutral point through the arc suppression coil grounding mode. This paper discusses the problems of protection grounding in the electric control system of coal mine， including the electronic control system out of control and leakage of detonators and other issues. And from realizing intelligent grounding， improving the leakage protection device and strengthening the protection of grounding measures and other aspects， the perfect way of electrical control system and protection grounding in the coal mining are expounded to realize the effective operation of coal mine electrical equipment.

關鍵詞：煤礦；電氣控制；保護接地；問題

Key words：coal mine；electric control；protection grounding；problem

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）12-0115-3

0 引言

煤炭是我國的重要能源之一，在我國的經濟發展過程中，煤炭行業的發展對我國國民經濟的發展至關重要。由于煤礦生產環境的惡劣，井下采掘作業存在諸多安全隱患，尤其在煤礦電氣系統的運行過程中，一旦電氣系統出現故障，不但會終止煤炭的開采，而且還會造成嚴重的安全事故，給人民的生命財產安全帶來威脅。因此，及時發現煤礦電氣系統中的安全隱患，及時的預防并加以改進至關重要。這對于煤礦安全生產有著非常重要的意義。這樣，不但保障了人民的生命財產安全，而且也提升了企業的經濟效益。

1 煤礦電氣控制電路發生故障的危害

隨著科技的不斷發展，企業的機械化程度越來越高，煤礦企業在開采過程中會使用許多大功率機器來保證開采的順利進行。而大功率機器的正常運行需要設備的電氣控制電路來保證。煤礦開采地方的用電量比較大，再加上設備的復雜化，很容易在煤礦開采的過程中發生故障。同時，電氣控制電路控制著整個電氣系統，一旦電路中出現了問題，整個電氣系統都無法進行作業。電氣故障的發生會給煤礦企業造成經濟上的損失。

1.1 電氣控制系統失靈

電氣控制系統是煤礦生產作業中電氣系統最重要的組成部分。施工設備就是通過電氣控制系統的控制來進行作業的。煤礦的正常開采也是在電氣控制系統的操控下進行。因此，電氣控制系統在工作過程中一旦出現故障，整體的開采設備也將無法運行。突然終止的開采設備很容易引發安全事故，造成人員的傷亡和財產的損失。

1.2 漏電引爆雷管

在煤礦生產中采掘作業常常會遇到質地堅硬的煤層或巖層，造成采煤機難以向前推進，需要進行雷管爆破來保證正常開采進度。但是由于采礦作業工序復雜，會用到管道、軌道、輸送機等多種設備，為了確保作業活動順利開展，雷管爆破所用導電體通常沿軌道鋪設，爆破過程中現場如果產生雜散電流，管道、軌道及輸送機等導體與大地之間就極易形成強烈的電位差，對現場人員和設備造成極大的安全威脅。假設采掘巷道內軌道絕緣，雜散電壓就會不斷升高直至可能引爆雷管，這對現場作業來說無疑是極大的安全隱患。

2 煤礦電氣控制電路的常見故障及其產生原因

2.1 短路

短路故障，即在不同電位之間，未通過消耗電阻或電損設備的條件下直接連通，造成電路斷電，無法正常工作的一種電力故障。在實際工況中，線路短路的原因往往是多個方面造成。比如，線纜老化，絕緣失效，受外界環境影響線路損壞，導致絕緣破損，最終引起短路；設備磨損造成設備線路之間出現不同電位線路接觸，進而引起線路短路；在煤礦定期設備檢修與維護工作中，電氣工人違規操作往往也是造成電氣短路的主要原因。在線路發生短路故障后，線路中會產生瞬間過電流現象，在電流過大或者瞬間過電流持續時間較長的情況下，電氣設備就會被燒毀，同時會波及其它部分設備。若不及盡快排除故障，就可能波及整個電氣系統，造成全礦的電氣系統整體癱瘓。

2.2 電控系統失控

加強煤礦電氣控制電路的安全管控，不僅是保障井下開采作業順利進行的前提條件，更是保障井下作業人員、設備安全的必要措施。煤礦電氣控制線路是電控系統遠程操控的有效載體，如果線路不能正常工作，就會導致電控系統的操控指令無法有效傳遞給終端設備，并且有可能導致全礦的電控系統整體失效，影響礦井的正常生產秩序，并有可能造成巨大的經濟損失。

2.3 引爆雷管

當前，井下炮采作業通常會用到雷管。雷管一般放置在作業面附近，以備隨時取用。作業面的軌道、帶式輸送機的鋼絲繩及各種管道等沿巷道敷設的導體中一旦有雜散電流通過，它們與大地及接地網中的接地體之間就會形成強烈的電位差，即通常所說的雜散電壓。在采掘巷道內軌道與有架線電機車運行的運輸大巷的軌道絕緣不徹底的情況下，雜散電壓就會不斷升高。如果雷管兩根腳線與存在雜散電壓的兩極恰好接觸，就會引爆雷管，造成重大安全事故。

2.4 硬件問題

硬件是指與煤礦生產、運輸等有關的一切輔助的儀器、儀表和控制設備。這些基本的硬件是保障煤礦安全生產的重要基礎，但由于很多企業的資金和人員投入有限，一方面硬件本身技術不能達到要求，另一方面這些硬件的后期維護也無法滿足要求，進而導致由硬件技術引發的安全事故。

3 煤礦電氣控制系統及保護接地問題控制分析

3.1 煤礦開采中接地方式分析

3.1.1 保護接地

保護接地，即在電氣設備遭受外界干擾時，為避免系統損害而設置的一種安全接地模式。目前這種接地方式被廣泛用在煤礦機電設備的安全防護系統中。它可將電氣系統中不帶電的金屬部分與地面形成導電連接，當在不帶電金屬部分由于設備漏電而帶電時，可防止人或設備受到安全威脅。

3.1.2 工作接地

工作接地目前常用在煤礦電氣設備安全防護系統中，用于保護機電設備的性能不被外界干擾因素破壞。具體來說，工作接地能夠確保在外部環境中工作的測量儀表始終維持精確的精度，可實現對礦用機電設備的動態管理，從而確保設備性能穩定。

3.2 防雷接地

礦區一般處于空曠的野外，遭受雷擊風險較高，一旦發生雷擊，造成電壓的疊加，將會使得強大的電壓、電流沿著供電線路輸送到井下，從而使供電線路和機電設備造成危害，而設置防雷接地可實現將雷電通過避雷針、避雷帶、避雷網和防雷裝置等引入大地，使其煤炭設備及生產過程免受傷害。

3.3 通過低壓電網加強電氣防爆

以往，煤礦企業常常采用“點”式電氣防爆設計。這種傳統設計雖然可確保防爆點相互獨立，但整體防爆功能較弱。建議安裝快速斷電裝置以達到整體防爆效果。在電力系統中裝配快速斷電裝置，可使其與礦井現有電氣安全設計有機整合，構成一套全方位、立體化的防爆結構。在電氣系統突發故障后，可依靠快速斷電裝置將故障線路斷開，保障其他電纜線路不受干擾。該裝置由快速斷電真空反饋開關、快速斷電移動變電站等部件組成。它在煤礦電氣系統中的應用，能夠有效提高故障電網的斷電效率，從而確保在未出現明火之前將線路快速切斷，避免明火引起瓦斯爆炸。從安全角度來講，快速斷電裝置能夠為煤礦的生產活動提供更多安全保障。

3.4 低壓電網的“全方位”防爆

上文已述，以往煤礦多采用“點”式傳統電氣防爆設計，無法達到整體防火防爆效果。現代煤礦電氣防爆設計要求構建一套具有整體防火防爆功能的低壓電網的“全方位”防爆體系。早在20世紀，我國就成功研發了具有國際水準的快速斷電裝置，如各種快速斷電真空饋電開關、快速斷電移動變電站等電源開關組合裝置等，這些裝置在煤礦、電力等工業領域得到了廣泛應用。這種裝置的特點是能夠在出現明火前將故障電源及時切斷，避免了故障危害進一步蔓延。但是由于電氣系統中裝有儲能元件，即時切斷故障電源，仍不能保證故障點不會出現電弧或明火。因此，在電氣故障維護中必須根據電動機反電勢的產生及衰減規律來徹底解決能量吸收的問題，以期使快速斷電技術進一步完善。

3.5 地面供電系統管理技術

作為整個煤礦的核心電氣設備，地面供電系統的故障預防與管理工作也十分關鍵。在實際運行環境中，該核心部分通常會出現電網停電故障、電網接地故障、洪澇電路故障等。這些故障都可能引發井下大規模停電事故，煤礦企業也會因此蒙受重大經濟損失。因此，在生產作業過程中，必須定期或不定期對電氣設備進行檢修與維護。采礦企業可以從礦井的回路電源設置開始進行設備維護。通常情況下，礦井至少有兩條電氣回路，當其中一條出現故障后，另一條回路可替換使用。在進行回路設置時，首先應該確保突發故障前地面供電系統中至少有兩條線路能維持正常運行。在回路保護動作被觸發后，至少有一條線路正常供電。當供電系統的主保護與主線路突發故障后，須及時進行線路排障并設置線路保護措施，以確保電氣設備不受影響。

礦井供電線路應該嚴格根據國家標準規范及規程來進行敷設或架設，特別是導線選型、桿塔型式、線路布置等都必須符合安全控制標準，對于礦井電源線路上嚴禁裝設負荷定量器等各種限電斷電裝置。另外，不宜在儲氣開采區、滑坡區、塌陷區等危險地帶架設電源線；架設線纜的塔桿要按要求隔開一定的距離，并且要滿足“基礎穩定、不傾斜、排水通暢”的要求，鋼混結構的桿塔不能有裂縫；要配套安裝防震錘、護線條等工具，以防線路共振；備用線路與運行線路必須負載一致，且線路之間要能靈活切換，以備在故障發生時能夠及時啟用備用線路恢復正常供電。

3.6 接地變壓器的特性

以Z型接線為主的接地變壓器，其電磁特性與普通變壓器相比有特別之處。從接線類型來看，接地變壓器每相線圈分別側繞在磁柱上，鐵心柱上兩段不同相的繞組呈相反的繞向，對正、負序電流能夠呈現高阻抗，只允許很小的勵磁電流通過繞組。對于零序電流，由于同相兩繞組反極性串聯，即便感應電動勢大小一致，但只能反向抵消，零序電流的抗阻狀態仍然為低阻抗。按照相關接線技術規程，安裝消弧線圈的普通變壓器，其線圈容量必須小于變壓器容量的1/5，但接地變壓器有可能超過線圈容量的90%。從這點來看，在中性點處加接消弧線圈接地往往能達到安全保障的效果。線路運行中如果出現單向接地現象，零序電流通過消弧線圈接入地，接地電容電流可經由感性電流補償，消除了接地點的電弧。其作用與消弧線圈一樣。此外，由于接地變壓器的零序阻抗非常小，對零序電流呈低阻抗。因此，通過接地變中性點加接接地電阻，能夠使接地保護迅速而可靠的將故障切除。

4 結束語

隨著煤礦供電設備的升級改造，電氣自動化控制技術將在煤礦生產中發揮重要作用，對電氣設備的檢修與維護工作就變得更加重要。工作人員應該不斷強化設備巡視及運行分析工作，利用帶電檢測等手段，加強對運行設備的監視。每季度定期開展電氣設備運行分析，制定切實可行的整改措施，并發布設備運行分析報告和評估結果，為煤礦生產活動的順利進行提供更可靠的保障。

參考文獻：

[1]郅杰.煤礦電氣控制電路常見問題及解決辦法[J].機械管理開發，2016（11）：180-181.

[2]姚晉瀚.淺析接地變燒毀原因及接地變使用的利弊[J].中國新技術新產品，2017（01）：147-148.

[3]范然，孫攀，虞正平.簡述電氣控制和接地保護的相關問題[J].中國新技術新產品，2016（09）：66-67.

[4]張宜虎.煤礦電氣安全管理中的重點技術[J].機械管理開發，2016（06）：148-150.