煤礦井下低壓供電系統及短路保護措施研究

李海霞

(同煤集團云岡礦電氣隊，山西 大同 037017）

礦井的工作環境都比較惡劣，空間狹小，空氣潮濕，涌水量一般都較大，另外高濃度的瓦斯還存在著爆炸的危險。對于采掘工作面的機械設備來講，其電氣設備部分負荷變化大，啟動和運行過程都可能造成短路故障，進一步造成電氣設備嚴重破壞的安全事故。因此做好井下供電系統的短路故障原因分析，并有針對性地提出短路保護措施是非常有必要的。本文以同煤集團云崗礦井下供電系統為研究對象，對其短路保護措施進行了實踐應用研究。

1 煤礦企業供電系統的要求

煤礦供電系統的四大要求分別是可靠性、安全性、經濟性與供電質量。供電的可靠性是指供電可靠，不會造成供電中斷現象，否則會因水泵停止排水而造成水災，局部風機停止工作而造成瓦斯積聚進而引發瓦斯災害事故。供電質量的指標是電壓和頻率，要求其不超過規程規定的允許誤差范圍。供電經濟，煤礦井下電氣設備的耗電量是比較大的，隨著采掘綜合機械化的不斷發展，電耗在原煤成本中所占的比重必然增加。供電設計一定要從各方面采取措施，盡可能降低耗電量，保證井下供電的經濟性。安全性主要是指供電系統的供電過程要保障安全，不能發生短路等用電故障。

2 云岡礦井下供配電現狀及供電短路故障分析

2.1 云岡礦井下供配電現狀

云岡礦當前有姜站和郭站兩處35kV變電站，其向井下提供6kV的供電。當前井下共有15個變電所、中變供礦井主排水水泵，南980所、北980所、945所和北一區域所主要提供大型皮帶運輸，其余變電所供給綜采、工掘系統及盤區運輸、排水、供風等，全礦共有高壓開關184臺，移變120臺，660V及以下系統均裝有漏電保護裝置；現運行工掘隊組17個，均實現“三專”“兩閉”，雙風機雙電源切換裝置，工掘機組均安裝機載斷電儀，低壓電機裝設短路、過負荷、單相斷線、漏電閉鎖保護及遠程控制裝置。40kW及以上電機使用真空電磁起動器控制，127V供電系統使用綜合保護，低壓供電系統裝設檢漏保護。

2.2 云岡礦低壓配電系統的接線方法

云岡礦低壓斷路開關的設置原則與高壓系統相同，進行綜合考慮來確定。需要特別指出的是，對于云岡礦采區低壓設備來講，在確定設置供電的斷路開關時，必須注意考慮它們的特殊矛盾。選擇最恰當的模式，尤其是應該從安全供電和有利于生產出發，考慮到采區機電維修人員的日常維修、電氣設備的移動和停、送電操作等工作的迅速、方便。這一點過去往往容易被設計和安裝人員所忽視。

云岡礦變電所內斷路開關的設置。該礦變電所設置一臺變壓器時，其采用的是典型低壓配電系統，按照巷道布置、采掘機電設備的分布情況和相互之間的關系，劃分成了相應的幾個配電點。變電所內斷路開關的設置方法為：變壓器的低壓側應設置一臺電源總斷路開關，相應的檢漏繼電器必須與低壓側電源總斷路開關相連接。采區變電所內分路斷路開關的設置數量，取決于由它供電出去的分路數。一般為配出一路，設置一臺分路斷路開關，而配出分路的數量，要按照該礦采區的布置、配電點的位置、數量和相互之間的關系以及每個配電點的負荷情況，具體進行調配。

2.3 云岡礦井下供電短路故障的原因分析

短路時電流不流經負載，2根或3根導線直接連接形成回路。如相與相之間的短路、相與地之間的短路等。短路主要是由電氣設備載流部分絕緣損壞造成的，另外，井下沒有漏電保護而長時間存在的漏電故障，可能發展為相間短路。

通過對云岡礦供電短路故障的歸納總結分析得出其發生的原因主要包括以下方面：（1）電氣設備內部發生短路。主要有變壓器、電動機、開關、繼電器等設備，其內部結構因質量不合格問題發生短路故障。設備檢修和維護的過程中遺留的金屬工具也成為了短路故障發生的起因。電器設備的絕緣性能因潮濕環境受到影響，在被電流擊穿后也發生過短路故障。（2）三相短路及相間短路。設備維修過程中發生過多起技術人員忘記拆除短路接線或是遺忘三相短路接地造成的供電短路故障。（3）皮帶機等設備電機頻繁起動而引發短路故障。（4）電纜爆炸。從短路故障事故中發現電纜接頭銜接不嚴密也會造成故障發生。電纜接頭銜接不嚴密，發生機械擠壓過程就會產生物理性損害，破壞電纜的絕緣性能，通電狀態下發生擊穿現象而造成短路故障的發生。

通過對云岡礦井下供電短路故障的原因分析發現，短路故障的發生不僅需要從技術手段上解決，同時也需要加強電氣管理技術人員的培訓和管理，降低發生短路故障的概率。

3 加強云岡礦井下供電短路保護的措施研究

以往的供電短路故障給云岡礦造成了巨大的經濟損失，急需加強其保護措施的研究。公司供電技術部成立了短路保護措施項目小組，為供電的短路保護提供相應的對策。具體措施如下。

3.1 相敏保護裝置的應用

基于相敏保護原理BXLI，XLM1等產品在煤礦供電線路的保護中得到了大量的實踐應用，可以實現對供電線路上的正常起動峰值電流故障進行診斷，實現其保護措施的功能。針對云崗礦供電線路的現狀，該公司選擇RPS10型相敏保護裝置。短路發生時有兩大特點：（1）短路電流大；（2）功率因數高，在0.95以上。正常工作時，工作面電流小于額定值，功率因數在0.85左右。從實踐使用情況看，該相敏保護裝置可以完善地處理因機械設備電機頻繁起動而引發的短路故障問題。

3.2 電子保護措施的應用

從短路保護靈敏度角度考慮，還對云岡礦供電系統中安裝了電子保護措施。空心的互感器作為傳感器，復合式的電源保障其工作，杜絕了短路現象的發生。另外智能操控裝置、溫度控制器和除濕裝置可以對短路電源進行控制，保障供電穩定性。電子保護措施的使用能降低云岡礦供電系統三相短路及相間短路故障發生的概率。

3.3 設置光纖縱差保護裝置

在云岡礦供電系統中使用礦井專用光纖縱差保護器，該保護器設有電流速斷保護功能，能快速實現保護。光纖縱差保護裝置的系統組成如圖1所示。

該光纖縱差保護裝置主要的組成部分有底層設備、光纖通信環網、監控通訊分站和井上監控主機。饋電開關、高爆開關等設備都是通過RS485總線聯系進行監控的，可以實現對線路的監控和保護。光纖通信環網、監控通訊分站和計算機系統進行信息的采集、存儲和處理，從而進一步實現云崗礦全網供電系統的短路保護功能。

圖1 云崗礦光纖縱差保護裝置的系統組成圖

3.4 提高技術人員技術和加強維修保養管理

云崗礦加強了供電系統技術人員的水平培訓，提高他們的理論知識和實踐動手能力。對于重要專業設備的維修和管理，審查了技術人員的上崗資質證書。短路故障的另一重要的保護措施主要是加強電氣設備的日常維修和保養。采取嚴格的制度來對維修和保養工作進行規范，另外還制定了相應的監督機制和獎懲機制，管理人員要時常進入到維修現場進行檢查和監督，對于存在的問題及時進行糾正。另外對于維修的具體情況，要進行獎懲，保障制度的完善，激發維修人員的積極性和責任心。加強維修和管理可以降低因電氣設備質量問題以及相應的維修管理不到位問題導致的短路故障。

4 結語

以同煤集團云岡煤礦低壓供電系統為研究對象，對云岡礦供電系統的現狀及低壓配電系統的接線方法進行了分析，總結了其短路故障出現的原因。針對云岡礦的具體情況提出了短路保護的具體措施，有效地保障了云岡礦開采設備的正常工作，希望能為同類型的低電壓系統的短路故障保護問題提供參考。