淺談煤礦井下配電系統現狀和存在安全隱患分析

內蒙古平莊煤業（集團）有限責任公司西露天煤礦 王 旭

引言

近年來，隨著煤礦行業的蓬勃發展，越來越多的人開始關注煤礦井下安全問題，而井下配電系統發揮著十分重要的作用。一旦煤礦發生此類煤礦安全生產事故，不僅極有可能會對廣大煤礦企業生產經營造成嚴重社會影響，且極有可能會對相關工作人員的人身財產安全產生極大嚴重威脅，造成巨大的經濟損失。因此，對煤礦井下供電系統安全問題進行深入研究，并提出解決措施顯得十分重要，進而可以保障供電系統的正常運作，為企業帶來更多的經濟收益。

本文首先介紹井下井上配電站供電系統的安全現狀并首先闡述其現狀和安全必要性，其次對我國煤礦井下井上配電設備系統安全技術問題現狀進行深入分析，最后重點提出我國煤礦井下井上供電設備系統安全技術問題解決對策措施，希望本文可有效保障我國煤礦井下井上供電安全系統的設備安全性和運行穩定性，使得煤礦企業可以正常工作，進而獲得更多的經濟收益，推動煤礦企業的長久發展。

1 煤礦給電電源的現狀

由于目前我國大型煤礦設備生產的電源行業環境特殊性，礦井主要通風井的電源通風機、主要泵排氣的礦井水泵、升降機和工作人員的礦井專用的獨立井電源供電線路提升機等電源供電線路負荷等，都只能屬于一類電源供電線路負荷，要求回路礦井電源供電必須安全可靠，因此《煤礦安全規程》明確規定：礦井應當有兩回路電源線路（即來自兩個不同變電站或來自不同電源進線的同一變電站的兩段母線），當任一回路發生故障停止供電時，另一回路應當擔負礦井全部用電負荷。

根據《煤礦安全生產基本條件規定》第13條有關規定，礦井管理應當嚴格保證礦井雙回路高壓電源連接線路安全供電。"每一礦井應有兩回路電源線路"是指礦井應有2個或2個以上的分別不同的回路電源專用線路，而很多大型礦井在進行實際工程設計及施工管理過程中，沒有嚴格按照這一相關規定予以執行，特別是針對一些同時建有不同礦區多個發電廠的大型礦井，為同時節省大量電費、提高礦井運行的社會經濟效益，經常出現兩回路電源引自同一工作區域一個變電所或礦區發電廠，在這種正常情況下，兩回電源線路即使經常是同時引自不同的母所或線段，有時也不會存在可能導致雙回路電源同時退出失電的危險。

2005年在某大型礦區一個發電廠就曾經出現過類似的失電事故，當時該礦區供電系統方案設計就是兩回電源線路同時引自同一礦區發電廠的不同交流母線段，但礦區發電廠在一條交流母線由于多次檢修事故退出正常運行，正當一對礦井一個供電所的電源從其中一條交流母線停電倒至另一條母線時，由于一條待電線倒電導至的一條母線段所支持的陶瓷瓶內的絕緣外殼損壞、從而出現供電短路，導致一個變電所內的繼電保護停止動作，導致發電廠一臺大型發電機組同時解列，由該一條母線進行供電的5對大型礦井電源供電全部同時中斷。該停電事故導致其直接進入供電站的礦區系統中斷長達47min[1]。

井下供電系統最終的目的是保障井下工作的順利完成。通常是指在井下工作時，設備所需要通過地面連接到煤礦井下的電纜、輸電、變電等的整體。

煤礦電力機械設備大多數是直接依靠井下電力設備完成。因此，電力設備是保證煤礦正常經營生產的重要勞動能源，而保證煤礦井下電力供電控制系統的安全穩定，可以有效保障廣大煤礦企業的正常生產供電，對煤礦企業生產有著十分重要的影響。如果井下煤礦供電控制系統出現穩定性問題無法及時得到有效保障，則也就無法有效保障正常井下供電，這樣不僅反而會嚴重影響井下煤礦正常供電工作，而且還會加劇機械設備損害程度。

另外，若井下通風供電供氣系統長期無法正常工作運行，會嚴重影響井下通風系統為井下空氣輸送大量新鮮空氣，會導致井下施工工作人員氧氣不足而出現窒息的情況。總之，井下配電監控系統的設備安全性和運行穩定性，可以有效保障廣大煤礦生產企業的正常生產工作，提高煤炭資源開采工作效率，為企業帶來更多的經濟收益[2]。

2 煤礦井下配電系統安全問題分析

2.1 主變壓器容量不足問題

在整個井下煤礦生產企業安全生產經營過程當中，如果井下配電工作站的負荷量過大，超出井下配電系統基本設計中的容量控制標準，則有可能會無法做到最大化地發揮井下主電源變壓器的保護作用，不僅無法有效保障井下配電系統的工作安全性和運行穩定性，還會引發嚴重的安全事故，進而影響煤礦的生產。若在較長的工作時間里長期處于一種低散熱效率的工作情況下，很容易對配電主機的變壓器性能造成不良影響，進而可能導致驅動供電散熱系統的其他相關散熱設備可能出現高頻發熱、損壞的情況，甚至可能會直接使得部分煤礦安全生產、企業機械設備安全生產受到嚴重危害影響，而且也甚至可能會直接使煤礦安全生產事業單位及其工作人員的人身財產安全無法及時得到有效率的安全保障。

2.2 諧振問題

煤礦井下勵磁配電線路系統大多為中性，通常不會與任何地面物體進行任何接觸，一般都主要是通過母線與電磁式接地電壓阻抗互感器母線相連，兩者的母線相連位置會直接產生一種較大且均衡的勵磁電壓阻抗。在整個系統日常運行管理過程中，無故障存在且當進行一些相關維護操作后，互感器三項電壓飽和度的程度也將會直接受到諸多客觀因素的直接影響，存在較大的差別。這主要是由于井下電氣配電控制系統一旦受到中高壓導線或高壓電容等多種因素直接影響，會直接產生諧振放電問題，進而可能引發過度高壓放電情況，從而對井下電氣設備或者絕緣體的性能也會產生不良影響。若這種情況相對嚴重，會直接造成供電設備的嚴重損壞。

與此同時，配電網絡其中的兩個保險絲也可能會同時受到驅動電流阻力過大的因素影響，出現燒壞的情況。此外，也會導致井下電壓誤動互感器在正常運行操作過程中可能出現電壓誤動的安全情況，這些安全問題或多或少都會對井下供電系統安全產生不良影響。

2.3 雷擊、漏電事故問題

雷擊就是雷電進入井下而引發的安全事故。出現這種問題的最大原因是煤礦缺少良好的安全意識，且未做好雷電設施的檢測工作。若在生產過程中防雷設施存在問題，會使得雷電進入井下對供電系統造成傷害，從而引發嚴重的安全事故。一般雷電進入井下會在短時間內產生火花，造成供電系統出現短路，進而出現斷電的情況，影響企業正常生產，造成不必要的經濟損失；漏電事故是井下供電系統常見的問題。由于井下光線較暗，相關工作人員無法第一時間觀察到設備線路的老化和漏電問題，久而久之，若不及時解決設備線路老化和漏電問題，則會造成更為嚴重的問題，使得煤礦企業經濟和形象受到影響[3]。

2.4 高壓防爆開關應用故障問題

在煤礦井下應用具有絕緣保護性能的高壓防爆開關時，由于在設計初期階段未對變壓器高壓、低壓設置連鎖保護設備，進而會使得供電系統在運行過程中存在短路、漏電等問題。此外，若高壓負載開關存在接觸不良的問題，則可能會引發弧光或放電的情況，出現高壓斷電的情況，嚴重影響供電系統的正常運作。

2.5 實時檢測系統自動化水平低

現今井下配電系統的安全系數并不高，是配電系統由于受當時施工技術條件和所投入資金的制約，且部分企業為謀取暴利，礦井低壓配電設備均未能配備供電安全信息檢測監控系統，或是配電系統監控范圍不到位，從而造成了井下供電的綜合運營工作數據信息無法實時傳遞回地面，使相關供電調度人員無法及時了解井下供電工作狀況，對可能出現的安全隱患和故障也無法及時進行有針對性的檢查操作和補救決策，從而導致了火災事故規模更加擴大，并產生了大量的人身、經濟損失。

3 煤礦井下配電系統安全問題解決措施

3.1 完善井下配電繼電保護方案

繼電保護設備繼電系統設計是為確保煤礦井下配電作業安全性的關鍵，完善井下配電系統繼電保護設計方案、并對井下繼電保護設備裝置功能進行不斷改善，從而大大提高井下配電作業系統的工作可靠性和設備工作系統速動性。因此，對于煤礦高壓井上發電控制動力設備和井上高壓井下控制發電動力設備，如井下煤礦專用高壓控制動力設備電動機、動力變壓泵和電源變壓器等，主要按照井下煤礦相關繼電作業技術規范及其技術功能要求，分別設置井下繼電過程超負荷、欠壓井下充電電源釋放、短路保護等級以及保護設備用電安全功能。

對于井下煤礦高壓配電設備作業系統、井下繼電保護功能設計方案的保護功能設計，需根據井下供電設備作業系統設備主要用電的電源過負荷欠壓電源釋放類型、分布欠壓電源釋放位置及井下繼電保護設備功能設置等級及其需要，有針對性地對其功能進行繼電優化保護設計，采用先進的井下繼電保護技術以及保護措施等，有效率地減少井下配電作業安全事故的發生，提高井下配電作業系統供電的設備工作系統安全性、可靠性，以利于有效保證井下配電設備開采保護工作能夠順利完成[4]。

3.2 減少諧振問題

在礦井煤礦安全生產經營過程中，井下配電進出系統一般選擇采用中性進入方式，而線性鐵磁電阻諧振則是可能造成井下配電進出系統產生電磁式驅動電壓、而使互感器系統損壞的主要影響考量因素。因此，在井下配電進出系統中，可在大于切口的井下三角側選擇使用非線性鐵磁電阻的手動進入進出方式，以鐵磁電阻器使用串聯的進入方式減少諧振問題的發生。還可以選擇通過焊接供電線路系統內的中性點焊來開展，而消弧器與線圈的互相連接也是工作的一種方法，促使電感和電壓參數產生變化，進而最大化減少諧振情況的發生。

3.3 雷擊、漏電事故預防措施

如果想要保障井下供電系統的正常運行，需根據防雷接地布局方案合理進行接地工作，并需嚴格遵守相關規則開展防雷設施的測試工作，保障接地工作的科學性和規范性。同時還需安裝漏電保護措施，如井下供電系統存在漏電或超出安全電流的問題，系統會自動跳閘并提示故障點，進而為檢查工作提供方便。此外還需對配電盤和電力電纜定期開展檢查工作，最大化減少漏電情況的發生。

3.4 電的安全

煤礦電纜生產主要作業是井下電纜作業，工作場地環境惡劣、特殊，受自然地質地理條件等各種自然環境因素等的影響，為有效提高井下煤礦長距離電纜輸電的安全性和可靠性，避免漏電事故的頻繁發生，可采取提高井下電壓敏感等級、裝設電壓相敏控制裝置實現分段井下供電，同時增大井下電纜截面積。根據井下電纜供電實際使用情況，實時編制調節井下供電布置方案，以有效保證井下電纜供電安全[5]。

3.5 提高在線監測系統范圍

在進行工作操作時，必須保證機械設備配電系統能夠正常運轉，因此在煤礦井下采用設備狀況實時監控體系，進行煤礦井下配電全過程動態監管，通過煤礦井下設備實時監控對井下供電系統的設備運轉情況及特性進行監控，通過所監控的有關特征信息來確定井下供電問題，通過對供電問題出現部位做出迅速、正確的判斷，進而針對性地提出切實可行的方法，有效截斷相應事故部位的供電，并確保非事故部位不受干擾，進而保證無事故部位供電安全。