煤礦自動化控制系統的雷電安全防護措施分析

盧東貴

摘 要：目前煤礦自動化控制系統已引起廣泛關注。然而從客觀角度論證分析，此類控制體系的雷電防護能力相對不是很高，一旦遭遇雷擊，不單會令系統自身產生特定程度的損害，嚴重情況下甚至會直接導致系統失靈，引發施工現場大規模的安全事故，威脅到施工和管理人員的生命財產安全。因此，文章在理清煤礦自動化控制系統雷電安全防護工作的必要性基礎上，結合實際探討這類系統雷電安全的妥善性防護辦法。

關鍵詞：煤礦自動化；雷電安全；安全措施；防護辦法

雷擊的破壞具有較強的綜合性，可以順勢細化出機械、熱、電效應等不同類型的破壞情況，特別是由此而滋生出電磁輻射，往往會令弱電設備出現嚴重的損壞跡象。煤礦礦區通常處于空曠或是山區地帶，引發雷擊事故的概率相對較高。因此礦井綜合自動化控制系統在現場安全生產活動中有著極為深刻的影響[1]。但是現實往往與之相悖，涉及煤礦雷電的設施安全卻未能得到合理重視。因而盡快探討出有效的煤礦自動化控制系統的雷電安全防護辦法尤為必要。

1 煤礦自動化控制系統主動進行雷電安全防護的必要性

煤礦自動化控制系統歸屬于弱電體系行列，本身抵抗雷電的能力不足，即便進行相關屏蔽設備引入，滋生感應影響的概率也未必能快速縮減[2]。但是煤礦自動化控制系統在煤礦安全生產活動中又發揮著決定作用。因此，為了保證盡量減少雷電擊打帶來的消極影響，使得煤礦本身可以持續性地安全運營，進行自動化控制系統雷電安全防護方案的科學性規劃布置很有必要。

1.1 有助于大幅度提升煤礦安全生產的績效水平

煤礦自動化控制系統可以說與煤礦現場安全生產中的諸多因素維持著極為縝密的關聯，包括礦區排水與通風條件的保障、現場環境危險程度的檢測、監控視頻的錄制和供應等，都必須利用煤礦自動化控制系統加以協調性處理。特別是經過雷電防護體系完善化構建之后，能夠令上述技術設備得到妥善性運作的前提下，切實地為整個礦井安全體系運行的有效性提供一定的支持服務力度。

1.2 有益于全面保障煤礦生產的生產狀態

煤礦生產活動本身保留著較強的連續特性，而經過煤礦自動化控制系統創建與運營之后，則可以更好地控制這部分生產活動的連續性和最終的能效。特別是經過雷電防護體系日漸完善之后，則可以保證順利規避因為氣象風險造成的煤礦停工或停產狀況，進一步有機保障整個生產活動的連續性。

1.3 有利于將煤礦自動化控制系統的損壞風險降低到最小范疇

煤礦自動化控制系統始終屬于弱電系統，其本身的系統承載力可謂是極為有限。一旦說突發雷擊事件過后，因為煤礦自動化控制系統內部的數據存儲和處理設備，以及傳輸信號的網絡，都將無法全面承受過強的電壓或是電流沖擊，因此，非常容易導致熔斷熱效應和擊穿等消極狀況。如若長期放置不管，最終勢必令一切關鍵性設備陷于完全損壞的尷尬境遇，給生產企業造成難以想象的經濟損失。

2 現代我國煤礦自動化控制系統進行雷電安全防護的科學合理性辦法

2.1 直擊雷防護的措施

首先，督促有關技術人員在第一時間內將接閃線/網進行架空處理，否則就是針對單枝或是多枝獨立的接閃桿實施安置，之后配合這類相對獨立的接閃裝置來處理對應的接閃事務。

其次，考慮引入和沿用與自然接閃器規格要求相互貼合的結構設施，進行必要的防雷設施規劃設計，畢竟接閃器只可以針對被三維空間包圍的區域實施保護。

需要注意的是，接閃器的接地與引下系統也存在一定的可靠性，大多數狀況下有關技術人員選取沿用的沖擊電阻為穩定在10 Ω以內，至于獨立性的防雷設施和處于被保護狀態的建筑物、井口、鉆孔、管道、電纜等金屬物間的距離，則要盡量保證超出5 m，對應人行道彼此的間距則保證不小于3 m。

2.2 電源系統本身進行雷電防護的方式

因為煤礦電源線路主要借助地面和井下兩類結構單元布置拓展，因此，在處理這部分線路的雷電防護工作期間，理當結合上述兩類結構單元狀況加以研究論證。文章主要將煤礦自動化控制系統作為研究對象，針對當中電源系統具體的防護方式加以論證解析。

首先，地面地緣設備雷電防護的技巧。通常狀況下煤礦自動化控制系統的電源主要利用TN-S接地制式，與此同時選取4級保護方案。電源一級防護結構中主要選取波形為8/20 μs、通流容量為100 kA每線的B級電源電涌保護裝置，其核心作用是盡量保證其感應雷擊過電壓維持在6 kV以內；電源二級防護結構則是針對TN系統電源組織的第二級雷電防護方案[3]，其間應該保證選擇波形為8/20 μs、通流容量為60 kA每線的電源電涌保護裝置，與此同時注意令線路殘余感應雷擊過電壓維系在4 kV以下；電源3級保護便需要選取波形為8/20 μs、通流容量為20 kA每線的電源電涌保護器，同時規避感應雷擊過電壓超過2.5 kV的現象；電源末級保護應該確保結合有關設備的實際狀況，進行波形為8/20 μs、通流容量為20 kA每線插座型電源電涌保護器選擇應用，并保證對應的感應雷擊過電壓不會超出1.5 kV；至于不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS），應該注意將對應的直流電源電涌保護器進行并聯控制，并在后背電源UPS線路的前端位置加以裝設。

其次，井下電源設備雷電防護的辦法。由于井下供電系統電源線路保留一定的特殊性，因此在針對避雷器加以選取應用期間務必要進行各類狀況交互式驗證分析。如要將對應等級的避雷器在電源線路各級變配電系統的前端安裝，同時選擇將安置地面電源設備避雷器的要求作為參考；又如電涌保護器（Surge Protection Device，SPD）的啟動電壓、漏電壓、殘壓、能量配合等不同類型參數的選取工作，要予以充分重視，包括660 kV供電的電源系統不得針對常規啟動電壓560 V的避雷器加以匹配，否則會令避雷器長期維持在導通的狀態之上，特別是在保護電器的過程中會出現跳斷電源的狀況，最終使得整個生產供電活動變得極為不正常；又如SPD保護要盡量做到多級控制，必要狀況下可以考慮將高壓防爆專用的避雷器，在采區、井下中央、礦井地面等等不同類型的變電所前端安置。如若礦區內部經常引發雷擊狀況，則務必要將專用的避雷器在礦井地面變電所工作面配電點前端和出線端安置。endprint

2.3 監控系統雷電防護的手法

負責進行信號傳輸的線路務必要保證選擇屏蔽線纜，與此同時線纜屏蔽層應該覆蓋在煤礦入井井口的區域之中并進行妥善的接地處理，目的是令接地電阻控制在合理的范疇之內。

第一，在針對井下分站和主控接口進行連接的線路，務必要將對應分站接口形式的避雷器信號SPD1安置在分站總線進線的前端位置上；而在進行井下監控分站和主控接口連接的線路，務必要保證將對應主控端接口形式的避雷器信號SPD2安置在主控接口設備前端之上；面對于主控接口和計算機主機相互連接的線路，則需要將有關適應接口形式的主機避雷器信號SPD3覆蓋在主機的前端；最后基于各類服務器和交換機運行的必要性考慮，選擇將SPD4適當地在前端裝設。需要額外加以強調的是，有關SPD最好在沿用國際知名品牌的元部件的同時，保證其反應的靈敏性、防爆功能的優質性、通流容量的較大結果、插入損耗的狀態最小等。

第二，務必要保證端口數目差距不大，并且接口類型號相同的多端信號浪涌保護器，在不同類型交換機的前端位置裝設，與此同時，更需要將SPD3和SPD4的頻帶范圍加以持續拓寬，保證和10/100/1 000 Mbps等傳輸速率相互適應之后，保留較為理想化的自動恢復和響應動作、相對不高的殘壓水平和插入損耗、布局相對緊湊的機構，以及安裝的方便快捷性等。另外，還應該保證和綜合布線的實際要求相互貼合，如此才能更為高效率地進行日后各類雷電沖擊和浪涌效應抵御，即便是經過較多次數的雷電沖擊過后，這部分防雷器始終能夠做到循環應用。需要注意的是，SPD連接之后，必須保證不會針對電纜的屏蔽效果造成任何消極性影響，具體做法是接地端的接地電阻不超過2Ω的同時，盡量維持連接線直和短的狀態。

3 結語

綜上所述，煤礦自動化控制系統能夠保證在大幅度提升煤礦生產安全性的基礎上，極力削減有關安全事故的滋生概率，最終大幅度提升煤礦整體的生產能效。當然，煤礦自動化控制系統不單單進行強電系統整合，同時還需要進行完善化的弱電網絡創建。在該類環境之下，有關煤礦自動化控制系統只具備較低的雷電抵抗能力，如若不考慮將防雷電工作落到實處，勢必會對整個系統正常運作結果和現場安全狀態造成深入影響。希望本文能夠對有關煤礦施工和管理人員有所幫助，助力我國煤礦開采事業呈現出全新的競爭與發展。

[參考文獻]

[1]楊先和.爆炸和火災危險環境雷電防護安全評價方法淺析[J].民營科技，2010（11）：144-151.

[2]張軍利.淺析煤礦自動化發展現狀和應對策略[J].電子世界，2013（14）：133-138.

[3]徐浩.淺談我國雷電防護措施的創新與發展[J].江蘇科技信息，2015（24）：79-86.endprint