探析礦井供電中真正的失壓與電壓波動引起的失壓

李強 董輝淵 吳彥舍 趙艷鋒

摘要：電能是礦井生產的主要能源，礦井井下處處用電。因此，礦井供電安全管理是整個礦井安全管理的重要組成部分。加強和完善供電安全管理是做好礦井安全工作的保障之一。

關鍵詞：礦井；供電系統；失壓；電壓波動

隨著現代科技迅猛發展，電子計算機及各種電子設備日益普及，礦井對供電電壓的質量要求愈來愈高。但是，由于供電系統中大量沖擊性負荷、間歇性負荷的存在以及各種短路故障的發生，常常導致系統電壓短時、快速地變化，即電壓波動。電壓波動常給生產、科研和日常生活增添不少麻煩，有時會損壞設備，造成事故。因此，必須對其影響給以分析，采取必要的抑制措施。

一、礦井供電的基本要求

（一）供電的可靠性

供電的可靠性是指供電系統不間斷供電的可靠程度。對于煤礦，供電一旦中斷，不僅影響生產，而且可能使設備損壞，甚至發生人員傷亡事故，嚴重時會造成整個礦井的毀壞。為了保證煤礦供電的安全性和穩定性，所有的礦井都務必要使用兩回路電源線路，這樣才能夠保證在其中一回路出現問題導致斷電的情況下另一回路能夠承擔起礦井的所有負荷。

（二）供電的安全性

安全性是指在生產過程中，不發生人身觸電事故和因電氣故障而引起的爆炸，火災等重大事故。電能的特點就在于，要是在使用的過程中出現故障的話常常會引起人身觸電和電火災等安全事故。

（三）供電的經濟性

盡可能的使供電系統不要過于復雜、操作方法簡單可行、降低基本建設成本和運行維護經費。

二、電壓波動的范圍

根據《供用電規則》規定，受電端的電壓波動幅度不應超過35KV及以下供電和對電壓質量有特殊要求的用戶為額定電壓的±5%；10KV及以下高壓供電和低電力用戶為額定電壓的±7%；低壓照明用戶為額定電壓的+5%— -10%。

三、電壓波動對電氣設備的影響

各種電氣設備都設計在額定電壓下工作。只有電網內各級電壓符合標準，才能使用電設備處于最佳工況運行。當用戶端電壓波動超過允許值時，則用電設備的性能、生產效率、產品質量等都將受到不同程度的影響，發、供、用電設備的出力降低，供電線路損耗增加，電動機啟動困難，另外還將影響通信、廣播電視質量等。

失壓保護的好處是，當電源電壓恢復時，如不重新按下啟動按鈕，電動機就不會自行轉動（因自鎖觸頭也是斷開的），避免了發生事故。如果不是采用繼電接觸控制，而是直接用閘刀開關進行控制，由于在停電時往往忽視拉開電源開關，電源電壓恢復時，電動機就會自行啟動，會發事故。欠壓保護的好處是，可以保證異步電動機不在電壓過低的情況下運行。電工儀表的"失壓"工況在三相（或單相）供電系統中，某相負荷電流大于電能表的啟動電流，但電壓線路的電壓低于電能表正常工作電壓的78%時，且持續時間大于1分鐘，此種工況稱為失壓。

四、電壓波動的原因

（一）產電入網及輸電損耗

供電系統作為公共電網，上面連接了成千上萬各式各樣的負載，其中一些較大的感性、容性、開關電源等負載不僅從電網中獲得電能，還會反過來對電網本身造成影響，惡化電網或局部電網的供電品質，造成市電電壓波動。此外，我國電力發展迅速，用電量在急劇上漲，從而導致了電力日趨緊張、加上天災人為和輸電過程中的電能損耗等原因，常常造成末端用戶電壓的過低，而線頭用戶則經常電壓偏高。這就使得用電設備大都無法處在額定電壓下工作。

（二）電涌的產生

電涌指的是輸出電壓有效值高于額定值110%，而且持續時間達一個或數個周期。電涌的產生有兩類：外部電涌和內部電涌。外部電涌最主要來源于雷電，另一個來源是由于電網上連接的大型電氣設備、各種大型轉換負載等常常需要關機或開機操作，這就使得電網因突然卸載或加載而產生高壓涌流。內部電涌往往產生于低壓電源線上電氣設備。如：冰箱、空調、電梯、電焊機、空氣壓縮機和其它感應性負荷。

（三）高壓尖脈沖

高壓尖脈沖指的是電壓峰值達到6000v，持續時間從萬分之一秒至二分之一周期（10ms）的電壓。高壓尖脈沖主要是由于雷擊、電弧放電、靜態放電或大型電氣設備的開關操作而產生的。這種脈沖電壓具有突變性和不聯續性，一旦產生將對用電設備造成極大的損壞，是用電設備潛在的殺手之一。

（四）暫態過電壓

暫態過電壓指的是峰值電壓高達20000V，但持續時間界于百萬分之一秒至萬分之一秒的脈沖電壓。暫態過電壓是由于斷路器操作或發生短路故障，使電力系統經歷過渡過程以后重新達到某種暫時穩定的情況下所出現的過電壓，又稱工頻電壓升高。所有的用電設備都在公共電網這個大家庭下，在工頻電源作用下，由于遠距離空載線路電容效應的積累，使沿線電壓分布不等，末端電壓最高，從而導致電氣設備瞬間過電壓。暫態過電壓對電氣設備造成的破壞不下于高壓尖脈沖。

（五）電壓下陷

電壓下陷指的是市電電壓有效值介于額定值的80%至85%之間的低壓狀態，并且持續時間達到一個或數個周期。電壓下陷是最常見的電力問題，它占了電力問題的87%。往往大型設備開機，大型電動機啟動，或大型電力變壓器接入都可能造成這種問題。電壓下陷對電壓質量要求高的高新科技和精密設備影響非常嚴重。特別是對計算機的影響，輕則使keyboard等接口設備暫停作業，重則使數據流失、檔案毀壞；電壓的下陷同時也會使計算機內的組件毀壞，減短計算機的使用壽命。

（六）電線噪聲

電線噪聲系指射頻干擾和電磁干擾以及其它各種高頻干擾。馬達的運行、繼電器的動作、馬達控制器的工作、廣播發射、微波輻射、以及電氣風暴等，都會引起線噪聲干擾。嚴重的電線噪聲將嚴重干擾供電電源的波形，使電壓波形失真，影響設備的正常使用，特別是精密儀器的使用。

（七）頻率偏移

頻率偏移是指市電頻率的變化超過3Hz以上。頻率偏移主要由于應急發電機的不穩定運行，或由頻率不穩定的電源供電所致。

綜上所述，隨著計算機技術、控制技術、網絡技術的應用與發展，利用計算機實現對供電系統的實時監測，從而能夠在微機屏幕上自動顯示電壓波動信息、波動幅值及頻率、顯示電壓波動地點、顯示抑制措施等。雖然波動信息的輸入、抑制措施、指令的輸入由運行人員操作，但自動過程無疑是非常準確迅速的，相信以上新技術的推廣應用一定會給煤礦企業較好的經濟效益。

參考文獻：

[1]袁仁彪.風電引起的電壓波動和閃變研究[J].機電信息，2015，24：148-149

[2]胡恩才.試論煤礦井下電氣設備的安全事故與預防措施[J].山西：礦山天地，2016