煤礦井下低壓供電系統及保護研究

康鋒

【摘 ?要】由于在井下供電系統中，低壓供電線路及低壓電氣設備占了整個井下供電線路與電氣設備中的大部分，而且它們又深入到采區與掘進工作面，工況特別惡劣，易發生各種電氣事故，因此提高井下低壓供電的質量，完善低壓供電的保護系統是保證整個井下供電的可靠性，防止電氣安全事故發生的關鍵。針對煤礦井下低壓供電系統的特點、原理和應用進行簡要的分析和探討。

【關鍵詞】煤礦;低壓供電系統;保護

煤炭資源在我國各種能源中占三分之二。我國的煤炭資源存儲量占一次能源資源總量的94%。隨著我國經濟水平的不斷提升，我們對煤炭的需求量日益增加。需求量的增加必然導致煤礦開采量的增加。煤礦的安全問題也越來越被人們重視。對于一個煤礦礦井而言，它的結構非常復雜，開采煤礦也受到很多因素的影響。而低壓供電系統的復雜性更多，難以安全穩定運行。因此對煤礦井下低壓供電系統進行保護就顯得尤為重要。低壓供電系統的安全穩定運行是煤礦正常開采的保障條件。目前，我國對煤礦井下低壓供電系統的保護措施的研究還不夠成熟，導致煤礦發生火災的情況問題頻發。因此研究低壓供電系統的保護措施尤為重要。

一、煤礦井下低壓供電系統的特征

低壓供電系統是由低壓配電設備、低壓輸送電纜、低壓負荷等組成的，低壓配電線路的主要作用就在于向低壓負荷設備供電，因而對于低壓供電系統而言，低壓負荷往往具有接頭多、規格型號多、敷設方式多以及線路較長的特征，而且各個分配電箱內的控制開關的操作次數也非常的多。同時在礦井下，機械設備也具有多樣性，比如說照明設備、排水、供風設備等，這些機械設備的用電特性往往也是不一樣的，因而就使得煤礦井下低壓供電系統容易受到多方面因素的影響，而且其系統結構往往也較為復雜。

二、礦井低壓供電系統事故分析

由于低壓供電系統的以上特點，線路、開關等會經常出現過電流、漏電等現象，從而造成火災、人身觸電等事故，給企業和個人帶來巨大的損失。過電流是指流過電氣設備和電纜的電流超過額定值，其主要包括短路、過負荷和斷相三種現象。短路是指電流不流經負載，而是兩根或三根導線直接短接形成回路。這時電流很大，可達額定電流的幾倍、幾十倍，甚至更大，其危害是能夠在極短的時間內燒毀電氣設備，引起火災或引起瓦斯、煤塵爆炸事故。負荷是指流過電氣設備和電路的實際電流超過其額定電流和允許過負荷時間。其危害是電氣設備和電纜出現過負荷后，溫度將超過所用絕緣材料的最高允許溫度，損壞絕緣，如不及時切斷電源，將會發展成漏電和短路事故。過負荷是井下燒毀中、小型電動機的主要原因之一。斷相是指三相交流電動機的一相供電纜路或一相繞組斷線。造成斷相的原因主要有：（1）熔斷器有一相熔斷;（2）電纜與電動機或開關的接線端子連接不牢而松動脫落;（3）電纜芯線一相斷線;（4）電動機定子繞組與接線端子連接不牢而脫落等。漏電是指當電氣設備或導線的絕緣損壞或人體觸及一相帶電體時，電源和大地形成回路，有電流流過的現象。井下常見的漏電故障可分為集中性漏電和分散性漏電兩類。集中性漏電是指漏電發生在電網的某一處或某一點，其余部分的對地絕緣水平仍保持正常。分散性漏電是指某根電纜或整個網絡對地絕緣水平均勻下降或低于允許絕緣水平。漏電的原因有：（1）電氣設備或電纜長期過負荷運行使絕緣老化。（2）運行中的電氣設備、電纜受潮或進水，造成對地絕緣電阻下降。（3）電纜與設備連接時，接頭不牢，運行或移動時接頭松脫，某相碰殼而造成漏電。（4）電氣設備內部隨意增加電氣元件，使外殼與帶電部分之間電氣間隙小于規定值，造成某一項對外殼造成放電而發生接地漏電。（5）橡套電纜受車輛或其他器械擠壓、碰砸等，造成相線和地線破皮或護套損壞，芯線裸露而發生漏電。（6）電氣設備內部遺留導電物體，造成某一相碰殼而發生漏電。（7）接線時，將導電芯線與地線接錯。（8）移動頻繁的電氣設備的電纜反復彎曲使芯線部分折斷，刺破電纜絕緣與接地芯線接觸而造成漏電。（9）操作電氣設備時，產生弧光對地放電。（10）設備維修時，因停、送電操作失誤，帶電作業或工作不慎，造成人身觸及一相而漏電。（11）出現嚴重過電壓，擊穿電纜或電氣設備的對地絕緣。

三、低壓供電系統的安全保護

1、過流保護。井下低壓供電系統擁有一個額定電流限制，如果超出了這一電流限制，各項用電設備操作也將會受到影響。系統控制中通過過載電流防護來提升安全性，并避免電流出現參數誤差。定期將所檢測得到的數據變化向控制中心上傳，避免影響到系統安全性。在此環境下所開展的各項系統保護管理工作，通過有效的協調控制也能提升其影響能力，為煤礦井下作業提供穩定的電能，過電流運行環境下增大了電氣設備老化損壞的幾率。因此對這部分控制管理措施要加強研究。過流保護也正是針對這種情況來進行的，應用斷流器可以避免類似的問題出現。當電路系統中出現電流超出安全標準的情況時，電路能夠自動阻斷，通過這種方法可以有效地提升系統穩定性，避免因過載電流過大而造成電子元器件損壞;對于低壓供電系統不穩定的情況，采取電流補償技術來調節控制。

2、漏電保護。低壓供電系統發生漏電故障后，電氣設備的正常運行狀態會受到影響，電氣設備的外殼也存在電流流過，當操作人員接觸后容易發生觸電事故。漏電保護可以采取接地方式來進行，觀察在系統運行中是否存在連接不合理的部分，及時對所設計的連接方案進行調整，避免后續接線受到影響。漏電保護功能可以通過檢測來實現，充分了解系統中潛在的問題，設置接地系統，這樣即使低壓供電系統中出現漏電情況，也能通過接地系統來將其消散在土壤中，避免對操作人員的人身安全造成影響，進一步促進管理計劃落實。漏電保護系統能夠在發生電氣故障后及時切斷供電電源，以免漏電問題繼續存在，影響井下作業用電需求。漏電保護就是針對可能漏電所作的應急反應，如果發生漏電，漏電保護裝置會切斷電源，從而達到終止電流的目的。這種裝置在煤礦井下生產中應用比較廣泛，其原理為旁路接地式保護原理、附加直流源檢測保護原理、零序電壓保護原理、零序電流大小及零序電流方向保護原理。

3、接地保護。接地保護，指的是將正常情況下不帶電，而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的電器金屬部分（即與帶電部分相絕緣的金屬結構部分），用導線與接地體可靠連接起來的一種保護接線方式。（1）有保護接地時通過人身電流比較小，因而是安全的。另外，有了保護接地的良好接地，大大減少了因設備漏電時，使其外殼與地接觸不良產生的電火花。從而減少了引起瓦斯、煤塵爆炸的可能性。（2）接地網中接地電阻的確定 由于保護接地是將設備上的故障電壓限制在安全范圍內的一種安全措施，同時也可作為漏電保護的后備保護。根據煤礦井下規定的額定安全電壓的空載上限值為40V和礦井高壓電網的單相接地電容電流不得超過20A的規定，接地網上任一保護接地點的接地電阻不得超過2 ?。

四、煤礦井下低壓系統的優化改進措施

1、實際安裝與供電設計。煤礦井下供電設計是把從電力系統接受的電能合理地分配到各用電地點。設計的基本原則是在保證供電可靠、安全、質量的前提下，以最經濟和簡單的方式合理的分配并充分利用電能。尤其是采區供電設計技術人員在設計過程中已經把采區內要用到的電氣設備的型號、電纜的截面積以及各種保護裝置的整定值等諸多方面，已經精確地進行了計算及選取。因此一般情況下，按照采區供電設計的要求進行供電系統的施工是比較合理的，但是在實際安裝過程中往往存在著一些問題，主要表現在動力橡套電纜方面和使用相關的電氣設備上。在電纜方面，按照供電設計要求，一趟線路只允許使用相同截面的電纜進行供電，然而實際的供電系統往往由于各種原因，使用不同截面的橡套電纜進行供電，在實際運行過程中將導致截面較小的低壓電纜長時間發熱，對安全供電很不利，更重要的是影響到該線路短路保護裝置的正常工作，容易引起電纜及用電設備著火，進而引起瓦斯爆炸等，這是絕對不允許的。對于電氣設備，在具體安裝時，主要考慮了真空接觸器的容量，而沒有考慮其換向隔離開關的額定容量，造成了隔離開關在接近額定容量的情況下長期運行，這是不合理的。改進xiu'gai的辦法是實際安裝的供電系統必須與供電設計方案相一致。特殊情況需做改動的，應征得設計人員的同意，方可實施。另外在具體安裝過程中關系到電氣設備防爆、完好等一系列要求的，必須嚴格執行《煤礦電氣設備完好標準》中的有關具體規定。

2、重視解決供電系統中超長距離供電的問題。在煤礦井下低壓供電系統的建設過程中，關于超長距離供電的問題一定要給予極大重視。針對超長距離供電的問題：1.可以采用增大供電線路纜線的截面，提高供電電纜的負荷能力。2.可以運用大容量移動變壓站的方式，極大地減輕供電電纜的供電壓力，保證供電電纜的工作效率。3.可以在電路中增設分段保護開關，有效保護供電電路安全。

3、供電網絡要根據實際情況實行分離形式。在進行供電網絡的鋪設過程中，不能夠一味的把電路都投入到統一電路中，而是要根據實際情況的需要，并且結合安全需要，靈活的對供電纜路進行分離。比如，關于煤礦井下局部通風機，就要使用專用的變壓器，并且還要和備用電源分開，使它們處在不同的母線上面。而且，還要對備用電源的容量以及開關整定進行嚴格的檢查，要保證必須能夠滿足局部通風機包括其他設備同時運行的需要，這樣才能夠有效保證局部通風機的正常運行。此外，局部通風機的專用電路也要進行嚴格的檢查，要進行漏電保護的設置，保證供電電路的安全。監測監控電源、自動風門電源、井下通訊聯絡設備，需要獨立供電，以提高供電的可靠性。

4、嚴格遵照規范井下防爆電氣的檢修。對于煤礦井下防爆電氣的檢修工作，一定要按照相關規定，進行定期的檢修工作。而在檢修人員進行檢修的時候，要時刻注意自身安全，提高安全意識，嚴格遵照檢修規范進行檢修。在對防爆電氣進行開蓋檢查、維修時，一定要嚴格執行電氣設備檢修管理制度，進行停電、驗電、放電及掛接地線，只有電氣設備斷電了才是安全的，才能保證檢修人員的安全。

隨著國民經濟水平的提高，人們對電能的需求量也日益增加。這就促進了我國煤炭事業的蓬勃發展。煤礦井下作業的安全性問題十分重要，我們不僅要提高井下作業的效率和煤炭的質量，更重要的是保證井下作業的安全。近幾年來，煤礦事故非常頻繁，其中大多數的問題都出在煤礦井下低壓供電系統中。因此保證煤礦井下低壓供電系統的安全性極為重要。我們必須加大對低壓供電系統的保護。在煤礦井下的安全用電、電氣設備以及人身安全保護方面發揮著不容忽視的作用，及時找出并解決低壓供電系統中所存在的問題，通過增強煤礦井下電氣的管理力度來解決井下低壓供電系統中的問題，并且對煤礦井下低壓供電系統進行深入地研究，推動煤礦井下工作的順利進行。

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（作者單位：國家能源集團神東煤炭集團錦界煤礦機電一隊）