煤礦局部通風機供電系統改進

曹瑞軍

（陽煤集團翼城山凹有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

為了提高井下局部通風機所使用的供電系統的安全性與可靠性，相關法律法規規定：在高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井以及瓦斯涌出量比較大的部位，為保證井下安全，必須使用專用線路、專用開關以及專用變壓器對位于掘進工作面的風機進行供電。通過專用變壓器、專用開關以及專用線路，采區變電站直接向位于掘進工作面的局部通風機進行供電[1]。

此項法規要求開采工作面和掘進工作面的供電系統各自獨立運行，獨立的供電系統以及專用的開關、專用的變壓器以及專用線路的應用大大降低了供電系統故障，進而有效降低了因供電系統故障而造成的通風機停風以及掘進工作面瓦斯超限事故。但是局部通風機本身故障、局部通風機專用線路故障、局部通風機控制開關故障甚至采掘工作面其他電氣設備故障造成局部通風機斷電故障都時常發生，造成工作面停風，甚至導致工作面瓦斯超限。因此，亟待對煤礦局部通風機的供電系統做出改進，提高局部通風機供電系統的可靠性。

1 現場概況

某礦為高瓦斯礦井，掘進工作面停風5 min就會導致工作面瓦斯超限，若停風時間過長，一方面會造成排放瓦斯時間過長，還會威脅井下人員、設備的安全。根據記錄該煤礦僅在2014年7—8月份就出現了3起由于工作面停風事故：

7月7日，2601工作面的移動變壓器出現短路，三采變電所和中央變電所監測到短路電流，35 kV變電所控制內的所有開關柜執行速斷操作，導致井下幾乎全部斷電。

7月27日，2603工作面材料巷Ⅲ段的1 140 V電纜接線盒因為出現三相短路而燒毀，三采變電所和中央變電所監測到短路電流，35 kV變電所控制內的所有開關柜執行速斷操作，導致井下幾乎全部斷電。

8月12日，2607工作面的低壓電纜因為受潮，出現了過流，導致三采一段變電所跳閘，三采區全部停電。

三起事故中最嚴重的一起導致排放瓦斯耗費了一個工作班的時間，不僅嚴重降低了工作效率，對安全生產造成嚴重的威脅。

2 事故分析

通過對3起事故進行分析，發現上述事故都是因出現過流而導致上級變電所的高壓開關跳閘，使采區斷電，局扇停止送風，瓦斯超限。造成事故的根本原因如下：

1）該礦采用的是BGP9L-6型高壓開關，該開關沒有進行短路保護的時間整定。一旦短路故障的電流過大，比如三相短路，就會使上下級的短路保護同時開啟，出現越級跳閘。

2）由于煤礦下面空氣濕度較大，電氣開關長期在這種環境中會導致機構的靈敏度嚴重下降，執行跳閘動作的需要的時間增加。

3）井下的高壓開關跳閘機構在出現短路時也會造成越級跳閘。

3 改進措施

針對上述故障，提出了安裝雙風機雙電源及自動切換裝置和延伸“三專”供電的改進，來提高煤礦局部通風供電系統的可靠性，避免工作面停風以及工作面瓦斯超限事故的發生。

3.1 安裝雙風機雙電源及自動切換通風系統

雙風機雙電源及自動切換通風系統的具體實施方式為：以原采用“三專”供電的局扇作為主局部通風機，在工作面再安裝一部局扇作為副局部通風機，加裝的局扇接入掘進工作面的電源，增設QBZ-80/660（380）SF 型自動切換開關，實現主、副兩部局部風機的自動切換。并在副局部風機的電路上加裝一個BKD20-200型饋電開關和BKD20-400型饋電開關。預先設置好兩個饋電開關的漏電動作時間，保證新增饋電開關的靈敏性。此種設置可以避免越級跳閘的出現，避免井下大面積停電。并在主通風機控制開關與動力電控開關之間設置風電閉鎖裝置，當主風機出現故障停止工作時，動力電控開關就會處于斷開狀態，雖有副通風機向工作面供風，但工作面仍無法工作，只有當主通風機檢修完畢并開始運轉后，動力控制開關才能閉合。這種設置可以提醒檢修人員及時對主風機進行維修，提高通風系統的可靠性[2]。如圖1所示，為雙風機雙電源及自動切換通風系統的供電示意圖。

圖1 雙風機雙電源及自動切換通風系統的供電示意圖

該系統的工作原理為：在正常工作狀態下，主局部風機保持運行，而副局部風機保持隨時可啟動的狀態。當主局部風機出現故障，停止送風的時候，自動切換裝置開始工作，接通副局部風機的電源，副局部風機開始送風。同時將主局部風機的電源斷開，避免持續供電造成主局部風機損壞。通過在主、副局部風機的控制開關中增設雙風機雙電源自動切換裝置實現上述功能的。在主局部風機出現故障，停止送風時，主風機的電流會增大，雙風機雙電源自動切換裝置通過檢測電流的變化，實現對主局部風機是否故障的判定，然后自動切斷主風機的電源，接通副風機的電源。而當主風機的故障被排除后，需人工操作啟動主風機，避免對主風機檢修時出現突然啟動。

3.2 延伸“三專”供電

雙風機雙電源及自動切換通風系統可以解決由于工作面局部風機本身的故障、控制開關故障和專用線路出現故障導致的工作面停風事故。在一定程度上可以保證工作面通風的連續性。但是該方案不能解決采掘設備電氣設備出現故障導致的井下開關跳閘、工作面停風問題。因此，對局部通風機供電系統做進一步的改進。經過分析，采用延伸“三專”供電的方案。

從地面的35 kV變電所6 kV母線的Ⅰ段（或Ⅱ段）接出一線路至井下中央變電所，將此線作為工作面局部通風機的專用供電線，如圖2所示。

圖2 掘進工作面的局部通風機供電系統圖

延伸“三專”供電的具體實施步驟為：在地面設置6 kV局部通風機專用開關柜，通過入井局部通風機專用高壓電纜接入井下中央變電所，在僅限中央變電所設有局部通風機專用高壓進線開關和局部通風機分路高壓開關，然后通過去采取變電所局部通風機高壓電纜接入到采取變電所，在采區變電所設有采區變電所高壓進線開關和分路高壓開關，最后通過主局部通風機專用變壓器變壓后，經過井下低壓電纜，連接到工作面的主局部通風機。

4 現場應用及二次改進

某礦井下局部通風機經過上述改進后，工作面的通風可靠性得到了提高，也沒有出現因線路故障導致的越級跳閘從而影響到工作面的通風。但是在半年的工業應用之后，發現隨著掘進工作面的不斷推進，工作面的機電設備需要頻繁移動，因此時常要進行計劃停電。如果在計劃停電期間，主通風機與主通風機專用供電線路發生故障，就會導致工作面停風，出現瓦斯超限事故。基于此，在延伸“三專”供電改進的基礎上實行“雙三專”供電，即除主局部風機外，副局部風機也實行“三專供電”，兩路“三專”線路來自于非同一變壓器。并且規定進行檢修或移線時，不能同時對兩條“三專”線路進行。必須保證有一部風機能正常運轉的情況下，才能對另一條供電線路進行操作。采用“雙三專”供電極大地提高了工作面通風的可靠性。

5 結語

采用安裝雙風機雙電源及自動切換裝置和延伸“三專”供電可以有效地避免因局部風機故障或供電線路故障造成的掘進工作面停風而導致的瓦斯集聚現象。經現場應用后總結的“雙三專”供電改進可以基本上杜絕因無計劃停電造成的瓦斯超限，極大地提高了局部通風機供電系統的可靠性。