基于層次分析的煤礦供電系統事故原因與應對措施

封治國

(同煤集團煤峪口礦，山西 大同 037003)

0 引言

煤礦供電和供電安全是煤炭行業非常受關注的重要方面。煤礦供電和供電安全的要求，主要是供電系統可靠性和安全性的要求，也就是安全可靠地滿足煤礦生產所需要的電能，這對保障煤炭正常生產以及礦工的生命安全具有十分重要的意義。對煤礦供電系統進行安全評價與分析并制定相應的措施，也是十分必要的。本文針對煤礦供電系統主要問題，分析其原因，建立基于AHP的評價體系，并提出了針對性措施。

1 煤礦供電系統常見的問題

1.1 電氣設備連接處發熱

在煤礦井下生產過程中，會出現負載過大、接觸不良或者化學腐蝕等情況，這些現象會導致井下電氣設備連接處接觸電阻增大產生高溫。高溫會使得連接處的結合面氧化速度變快，進而造成接觸不良，影響供電系統的正常穩定工作。如果故障沒有及時解決，還能導致失火、設備損毀等問題，嚴重時會使整個供電系統陷入癱瘓。這一問題最易發生在高壓開關柜內的封閉母線上。

1.2 繼電保護整定難度大

目前，在對煤礦供電系統進行繼電保護的整定計算和配置時，通常是以供電部門提供的整定數據為基礎，但是，由于不同煤礦供電方式不一樣，甚至同一煤礦的供電系統運行結構也不一樣，同一電壓的配電級數過多，復雜的供電線路和負荷分配，使得繼電保護的整定難度較大，易出現越級跳閘。

1.3 系統諧振現象

煤礦供電系統是中性點不接地系統，所以在變電所的母線上會有電磁式電壓互感器，當供電系統運行狀態正常的時候，電磁式電壓互感器的勵磁阻抗非常大，并保持三相電基本平衡，中性點的電壓非常小；但是，如果由于一些原因導致接地故障或者線路故障，那么電磁式電壓互感器的三相飽和程度會產生很大的差異，就會造成導線電容或者其他設備的雜散電容之間產生諧振回路，導致諧振過電壓產生，影響電氣設備的絕緣并造成絕緣故障，嚴重時更有可能由于過流而將設備損毀，同時還會對過壓保護裝置產生不良影響。

1.4 諧波污染現象

隨著電力電子技術的高速發展，大量的電子技術運用在了供電系統或用電設備中，使得系統出現諧波，對煤礦供電系統產生了較大的影響。諧波的產生主要是由于可控硅、變頻器等功率電子元件的運用而沒有必要的諧波抑制手段，導致供電系統電網波形發生畸變，嚴重影響供電的質量和穩定性。

2 煤礦供電事故的評價及應對措施

2.1 評價體系建立

在煤礦供電系統中，導致事故發生的原因主要有3個方面，即物的原因，是由于設備或者零件故障而引發的事故；環境的原因，由于工作環境惡劣使得煤礦供電系統工作狀態、維護等面對較大困難，易發事故；人的原因，人的因素也是導致煤礦供電系統事故的重要原因之一。

通過分析，建立安全評價體系，對3大原因進行詳細指標確定，最終得到評價體系如圖1所示。

圖1 評價體系結構示意圖

2.2 評價體系的計算分析

判斷矩陣的建立：在AHP分析法中，判斷矩陣的建立是通過對各個指標相互比較而得到量化標度。標度值為1代表相比較的兩因素一樣重要，9代表相比較的2個因素中第一個因素絕對重要，1～9之間的取值與之類似。因此，構建A-B層、B-C層的判斷矩陣分別為

權重計算：在AHP分析法中，不同因素的重要程度是通過權重計算獲得的，權重計算即對應矩陣的特征向量與特征值。計算結果如下

HA=[b1，b2，b3]T=[0.605，0.292，0.103]T，λmaxA=3.037

HB1=[c1，c2，c3]T=[0.575，0.274，0.151]T，λmaxB1=3.698

HB2=[c4，c5，c6]T=[0.694，0.149，0.157]T，λmaxB2=3.774

HB3=[c7，c8，c9]T=[0.477，0.333，0.190]T，λmaxB3=3.500

由HA可以看出，在A-B層中，物的因素(b1)權重最大(0.605)，是導致供電故障的主要原因；另外，人的因素權重比環境因素權重高。

根據HB1、HB2和HB3可以看出，權重較大的為c1、c2、c4、c7、c8，顯然，這些方面對安全管理效果的好壞影響較大。

計算各因素對最高層的影響權重是通過下式得出的

Q=[q1,q2,…,q9]T

(1)

qk=ckbl

(2)

k=1，2，3時，l=1；k=4，5，6時，l=2；k=7，8，9時，l=3。

式中：Q—因素C1、C2…C9對A層影響的權重向量；qk—C層因素對A層影響的權重值；ck為C層因素對B層影響的權重值；bl為B層因素對A層影響的權重值。

計算可得總排序為：Q= [0.348，0.166，0.091，0.203，0.044，0.046，0.049，0.034，0.020]T，說明影響最大的按順序分別為線路可靠性(c1)、人員培訓(c4)、設備的老化和維護(c2)，這些應該作為煤礦供電系統重點注意的因素。

一致性檢驗：在AHP分析法中，一致性檢驗是對判斷矩陣構建是否合理的檢驗。分為單層一致性檢驗與總一致性檢驗。

(3)

總一致性檢驗

(4)

式(3)中，RI為平均隨機一致性指標，取值見表1。

表1 平均隨機一致性標準

經檢驗，結果均具有滿意的一致性。

2.3 應對措施

根據AHP計算所得的因素權重，可以有針對性地提出解決煤礦供電事故的方法。

合理電網結構和運行方式：要想保障煤礦供電系統的高效安全運行，必要的前提條件就是電網結構和運行要合理。①必須保證線路的精干，也就是避免冗余線路和迂回線路導致供電系統過于復雜，還要盡量使用獨立的電源結構；②提高供電能力可以采用加大電力線路和電纜的截面積，打通阻滯環節；③變電所和配電點的位置一定要符合盡量靠近負荷中心的原則，縮小電網半徑，同時要合理安排變電所數量；④必須嚴格按照《煤礦安全規程》要求，設置雙回路電源，并保證每條電源線路都能承擔足夠的負荷；⑤對關乎煤炭安全生產的重要設備，如通風機、排水泵、提人絞車、瓦斯抽采泵站、空壓機站等要采用雙重電源供電。

提高管理水平和員工素質：對于煤礦安全供電來講，管理人員和技術人員的素質高低是非常重要的一個因素。對管理人員而言，在考核所有技術人員的過程中，要嚴格按照規定進行，所有技術人員都必須持證上崗，必須簽訂安全責任書。對技術人員而言，一定要專業水平過硬，定期進行培訓和考試。企業還可以鼓勵學徒制度，老同志帶新同志，把在技術崗位上的經驗傳承下去。此外，企業應該多組織事故演練，組織安全講座，進行安全宣傳，從多個角度多個方面不斷提升員工的素質和安全意識。

增加設備資金和安全投入：目前，我國一些煤礦的采掘工作面所采用的設備與國家標準還存在著不小的差距，沒有對存在隱患、高耗能設備進行全面淘汰，使得供電系統存在安全隱患，既降低了安全系數又增加了生產成本。因此，煤礦企業應該嚴格執行國家標準，增加新設備資金投入，更新或者改造未達標的設備。引入新技術，減少能耗和污染，提高安全系數。另外，企業應當在安全培訓、安全管理等方面增加投入。通過培訓，提高員工技術水平和安全意識；通過安全管理，杜絕員工違章操作。

3 結論

(1)介紹了煤礦供電系統存在的電氣設備連接處發熱、繼電保護整定難度大、系統諧振現象以及諧波問題，從物、環境以及人的因素等方面對煤礦供電安全事故產生的原因進行了分析，建立了基于AHP的供電系統事故分析評價體系并進行了定量計算分析，對煤礦供電存在的問題和原因有了深入的認識。

(2)通過分析，設備可靠性、人員培訓、設備的日常維護與巡檢是供電系統安全管理體系中最重要的幾個因素。針對這些因素，從合理電網結構和運行方式、提高管理水平和員工素質、增加設備資金和安全投入等方面提出了解決煤礦供電事故的應對措施，具有一定的社會意義。