煤礦井下漏電保護技術現狀分析

蔣學強

(鶴煤公司雙祥分公司，河南 鶴壁 458030)

0 引言

隨著煤礦開采范圍和深度的不斷增加，整個煤礦生產系統的復雜程度明顯提升，再加上煤礦井下環境較為潮濕，溫、濕度較高，煤塵數量較大，在井下施工的過程中，容易出現漏電的情況。通過分析，當前煤礦井下出現漏電主要有3方面原因。

1)自然因素。主要是井下環境較為潮濕，各種類型的井下線路在使用的過程中容易出現供電線路絕緣體老化問題，電器設備絕緣性下降明顯。在潮濕的環境下，電器設備內部接線板潮濕問題明顯，導致線路中出現了導線、線圈及接觸器內部元件漏電。再加上煤塵侵入到電氣內部，導致絕緣材料老化、編織，絕緣效能相對于先前出現明顯下降。

2)人為因素。人為因素主要是在對機械設備進行維護的過程中，相關的維護與管理措施不到位，例如橡膠接頭的連接與具體的施工要求不相同，電纜和設備的連接不牢固，封堵措施不嚴格，在電纜出線了掉落時，并沒有及時進行鉤掛。再加上煤礦各種類型的電器設備長時間處于超負荷運行狀態，電機發熱明顯，大量煤塵的覆蓋，電機整體散熱效果較差，增加了出現事故的概率。

3)設備因素。供電系統在運行過程中使用到各種類型的電器、電纜設備，設備不符合國家相關要求，導致漏電事故的發生。從當前出現的事故類型來看，由于這種問題帶來的電器設備故障是重要問題之一。此外，在設備運行的過程中，可能受到外界負面因素的影響，例如，礦車出現了掉道問題時，容易導致供電設備出現漏電故障。

1 煤礦井下出現漏電的主要危害

由于井下工作環境特殊性，在出現了漏電事故時，帶來的危害相對于其他類型的故障通常要大，因為井下的漏電事故不僅會導致作業人員出現觸電，同時還可能引發瓦斯爆炸、煤塵及火災等。煤礦井下漏電的危害主要有：①是電氣設備、供電電纜等設備在出現了漏電事故時，若電流達到了一定的數值會直接威脅到作業人員的生命健康安全。②漏電電流在通過電纜絕緣破損處或者設備絕緣的破損處時，絕緣部位會產生進一步的惡化，非阻燃性材料出現著火，導致煤礦井下出現火災事故，若這種情況發生在煤塵具有爆炸傾向或者瓦斯較高的礦井時，在煤塵與瓦斯達到爆炸條件時，可引發煤塵爆炸、瓦斯爆炸。③漏電電流若發生電雷管引線接觸，會發生電雷管無準備爆炸，因為電雷管引線若與漏電電流的電位差兩點相接觸，便會引爆電雷管。④漏電還直接影響到井下設備的正常使用，因為單向接地時會造成另外兩向對地電壓升高超過電氣設備極限電壓，造成電氣設備故障，據統計超過1/3以上的電氣設備故障由單向接地引起。

2 煤礦井下漏電保護技術要點

2.1 漏電保護設計要求

1)安全性。主要包含有設備安全、人身安全2個方面。若人身安全不能得到較好保障，則會對人身帶來較大傷害；設備安全不能得到較好保障則會導致設備故障，進而引發井下安全故障。特別是若設備出現的漏電事故未得到及時有效排除，則漏電事故范圍將會進一步擴大，設備使用壽命降低明顯。如單相漏電事故未得到較好排除，則會發展成為相間短路故障，帶來更為嚴重的事故，在出現短路故障時，可選擇使用超前切斷故障的方法給予解決。

2)可靠性。采取了漏電保護措施后，若出現了故障，漏電保護裝置不能出現拒絕動作的情況，同時，出現的故障不應引發動作時，不能出現錯誤動作，也就說采取的漏電保護措施應當達到可靠性的要求。為了增強保護的可靠性，通常情況下，需加入后備保護措施，全面增強漏電保護裝置整體的保護質量，提升漏電保護設備維護管理水平。

3)選擇性。在電網線路中，若出現漏電故障，漏電保護裝置應按照設計要求，保護出現故障的線路，對于未出現故障的線路不能影響其正常工作。通過這種設計方式，不僅能精準定位故障發生位置，同時也可以及時對漏電故障進行處理，降低停電給煤礦井下生產帶來的威脅，更好提升生產效率，確保煤礦井下生產進度。

2.2 設計使用選擇性漏電保護措施

在進行漏電保護措施的選擇時，為了降低漏電事故的影響范圍，可從縱向選擇性、橫向選擇性兩個方面入手。對于橫向選擇主要是在電路出現故障時，保護裝置僅將故障支路切斷，其他未發生漏電故障的支路能夠正常工作。縱向選擇性是指，在電路出現故障時，保護裝置僅僅將故障所在的線路切斷，其他線路可正常工作。

2.3 選擇使用附加直流源漏電保護措施

煤礦井下出現漏電事故時，可分為非對稱性漏電與對稱性漏電。若系統出現了對稱性漏電事故，可選擇使用外加直流電源的方式進行漏電保護。主要方式是在大地與電網系統之間增加直流電源，在電網有故障發生時，外加的直流電源能夠檢測到對應的阻值變化，將這些阻值變化作為基礎，針對性設計漏電保護措施。見圖1所示。

圖1 附加直流源保護示意圖

通過圖1可知，R1屬于監測電阻，電阻的數值為固定的，外部直流源的正極和大地相連接，ABC三項對地電阻屬于相同的，在對R1電壓進行計算時，可通過對ABC三相對地電阻的數值和具體監測得到的電阻的阻值進行分別計算得到。在對直流電壓進行分析的基礎上，就能夠得到電網中是否有對稱性漏電事故的發生。在掌握了漏電事故發生的基礎上，技術人員可根據具體事故發生的范圍和類型，對漏電故障事故進行判別。

2.4 采取漏電保護設備抗干擾措施

當前煤礦井下出現的漏電保護干擾主要是兩個方面，分別為輻射干擾與電磁干擾兩類，其中電磁干擾的危害較大，可將整個漏電保護設備全部摧毀。所以，針對煤礦井下出現的傳導干擾問題，可選擇使用電光耦合隔離的方式進行解決，對干擾源全部隔離，例如，在進行A/D采樣時，可采取圖2所示的隔離措施。將濾波電路增加到采樣信號前段，將井下電路中出現的各種類型的高次諧波全部過濾。采集得到的模擬量通過線性光偶隔離的方式連接在STM32模擬量采集端口，通過處理控制器之后，選擇使用數字光偶隔離的方式，將信號全部輸出，并作為下級I/O量進行輸入。

圖2 電路隔離措施示意圖

3 結語

導致煤礦井下出現漏電的原因相對較多，一旦出現了漏電問題，容易出現各種類型的故障，給井下操作技術人員的生命安全帶來極大的威脅。從當前很多煤礦采取的漏電保護措施來看，其中存在的短板問題仍舊較為明顯，給煤礦生產的安全性帶來了較大威脅，因此，這就需要煤礦企業全面認識到做好漏電保護的重要性，切實采取針對性的技術措施，全面增強漏電保護技術水平。