煤礦電氣設備與供電系統的保護探究

國家能源集團內蒙古平莊煤業（集團）有限責任公司元寶山露天煤礦 劉 暢

煤礦產業的發展在先進技術的支持下不斷創新，人們基于煤礦生產的安全、穩定、高效對煤礦的電氣設備、供電保護進行深入研究與分析，從而采取合理手段維護電氣設備的安全。對于煤礦開采而言電氣設備與供電系統是煤礦開采的重要影響因素，在現代技術的支持下原本的繼電保護裝置已經不能滿足當前電力系統的發展，現有保護裝置逐漸被智能化裝置所取代，煤礦生產的智能化也不斷凸顯出來。

煤礦企業是推動我國經濟持續發展的主要部分，在社會經濟發展中人們對煤礦生產提出更高要求，希望生產效率提高、生產安全保證。電氣設備與供電系統是煤礦生產中的重要部分，一旦設備發生故障就會對煤礦工作人員的操作造成威脅，進而影響到整個企業的經濟效益、社會效益。因此本文結合煤礦電氣設備與供電系統的運行情況，介紹煤礦電氣設備與供電系統現狀，分析保護裝置運行保護手段，為煤礦運行的安全性提供保障。

1 煤礦電氣設備和供電系統概述

1.1 設備使用特征

煤礦開發供電設備在新時期技術支持下不符合當前的發展，具體體如下。

電源設計并不符合實際規定。煤礦企業中因過分重視生產，導致生產規模不斷擴大，其中忽視了電源的設計質量，導致電源存在極大安全隱患。部分企業生產規模擴大的同時也重視電源設計，但電源設計比較潦草，安裝不能按照既定圖紙嚴格執行，設計并不完善，這也是出現危險事故的主要原因[1]。

供電距離遠，部分煤礦企業生產中，為追求最大經濟效益來提高產量，不斷拉長作業線，固定供電距離遠大于既定供電距離，距離的拉長導致電壓不穩定，供電質量反而降低。這種情況下供電損耗也非常明顯，供電效果并不理想，導致現場施工存在隱患。

供電設備負擔重。煤礦企業為提高經濟效益而投入一定的生產設備，從而忽視供電設備，無形中增加供電設備的負擔，因此長時間作業的過程中供電設備的磨損、老化現象嚴重，設備的使用性能反而下降，不能為企業供電提供對應的標準。

1.2 電氣設備與供電線系統運用

供電可靠性是為保證供電的穩定與可靠，一旦供電中斷就會影響到產量，甚至會損害機電設備，導致人員的傷亡等現象。在生產中設備停電很容易發生爆炸產生傷亡事故，因此供電穩定可靠非常重要。由于煤礦生產存在特殊性，必須要保證供電的穩定與可靠。

為保證煤礦供電的安全與穩定，供電系統必須要保證全天候的穩定，嚴格按照行業標準確保供電系統穩定，因此可以使用雙回路電源；供電系統出現安全隱患之后，不僅影響工作人員的生命安全，甚至對系統的穩定造成巨大影響。煤礦企業的生產是一個大工程，生產過程需要使用大量電量，企業要想保證生產有序進行，縮短投入資金，可以根據實際生產情況來調整供電時間，提高供電質量，為保證企業的經濟效益和社會效益打下良好基礎。

根據實際調查發現，現階段我國大部分煤礦企業所使用設備均是一般電氣設備、防爆型設備，這些設備在生產中能夠體現出良好的防護性能，輔助電力穩定運行。但是一旦煤礦開采出現嚴重問題，就會導致性能無法全面系統的發揮，因此這種設備常運用在露天礦井的施工中。防爆電氣設備的使用價值就是保護設備，能夠在礦區發生爆炸的時候為系統提供有力支撐。如果企業在生產過程中安全要求非常高，應推廣使用防爆型電氣設備。

2 煤礦電氣設備與供電系統保護的必要性

2.1 降低火災概率

煤礦生產中安全、管理人員都應該有足夠安全意識，當發現供電設備或者是電氣設備存在短路問題的時候可以及時上報給檢修人員，減少發生故障的概率。實際上礦區地質不穩定，生產環境惡劣，設備在長時間的運行中會導致電阻增大，熱量持續增加從而發生火災。在作業現場線路短路之后，火花點燃絕緣材料，與現場的煤炭、瓦斯等相接觸很容易發生火災、爆炸等事故。

礦區環境復雜，管理混亂，即便絕緣設備做過防護，但是受到現場環境影響，絕緣性能大大降低，隨著溫度升高點燃現場的現象時有發生[2]。為解決這個問題，檢修人員需要定期、定時檢修設備與系統，及時發現隱患和處理隱患，避免為了提高生產效率而讓設備在大功率長時間的情況下運行，降低事故發生的概率。

2.2 避免發生漏電事故

由于現場作業環境復雜，供電設備很容易受到影響而漏電事故。部分礦井使用低壓電纜，在開采的過程中地質不穩定，出現滑坡、坍塌等現象，會砸壞電纜、出現漏電事故。針對這種情況，現場管理人員應做好漏電保護裝置的監視管理，及時發現運行中存在的不正常電路，技術人員在第一時間內采取措施維修，保證供電的安全穩定。如果煤礦使用的設備是附加直流電源設備，還要隨時觀察直流電源來保護設備，觀測電源阻值及時發現漏電故障線路情況。對于煤礦企業開采而言出現漏電現象是常見問題，為保證煤礦工作人員的生命安全，現場用電應該做好接地裝置保護保證用電安全。

2.3 容易發生過載事故

煤礦設備使用過程中出現功率較大而發生過載運行的現象，當過載現象出現之后，運行電流超出額定電流1.5倍以上就會出現安全事故。因此工作人員需要做好過載保護。系統在使用中出現短路現象，瞬間電流在瞬間能夠達到額定電流的幾十倍以上，會嚴重損害配電線路的電氣設備，導致現場發生火災、爆炸等事故。施工現場管理人員應該根據現場實際情況采取有效的保護動作時間來提高保護動作，可以在第一時間切斷故障電源[3]。

3 煤礦電氣設備與供電系統的保護現狀

3.1 電氣保護

當前煤礦供電設備的電氣保護包括過流保護、漏電保護、接地保護三種，過流保護原理是設備在發生短路故障的時候電路中的電流會突然加大受到一定限制，此時電流繼電器會選擇性切斷該電路避免電流瞬間增大造成故障，保護電路、設備、電網。漏電保護與過流保護的原理基本上相似，是通過檢測漏電電流是否超過局限承載數值，一旦超過就有選擇性切斷電路。接地保護主要是將電流導入到大地中，電路中電流的逐漸穩定而不至于造成危害。

3.2 高壓開關柜

煤礦開采現場所使用的設備，基本上都使用高壓開關柜，高壓開關柜本身主要是依靠繼電保護裝置來獲取電磁感應獲得繼電保護裝置，同時也是構成供電保護系統的重要設備。該裝置可以通過電磁感應來獲取電路狀態，對非正常情況起到良好的防護效果，比如過流、短路、電壓失穩等意外事故。同時該結構使用操作相對簡單，整體比較方便，因此贏得人們的認可。保護繼電器系統組成構件也比較復雜，主要結構有繼電器、電流電壓傳感器等部件。在新時期電力系統不斷發展背景下繼電器感應器的使用越發高端，這種新型設備能夠改善電氣設備的穩定性推動自動化技術的發展[4]。

3.3 防爆配電裝置

煤礦工作環境比較惡劣，出于管理的重要性，對配電裝置有更高的要求。當前煤礦設備使用中存在的防爆配電裝置主要有PB、BG 兩種。防爆裝置的使用能夠提高現場安全系數，利用機械彈簧操作部件調整電氣設備，當系統出現操作失誤、電路故障等問題到時候，脫機機構能夠及時切斷電路預防電氣設備故障。

機械彈簧很容易老化，維護過程很困難，因此近些年出現了很多對這個方面的研究，人們使用改進技術來創新管理，比如高壓振動斷路器、電能計量裝置等，這些裝置相互搭配實現對配電系統的實時監控，在現代信息技術的支持下裝置逐步實現自動化、智能化，提高了整個裝置的使用效率，依托現代管理，提高監控準確率、提高管理質量，防爆裝置在使用中能夠實現自動合閘分閘，在一定程度上改善了煤礦機電設備的性能，提高安全性。

3.4 低壓供電設備

低壓設備在煤礦開采中的使用相對簡單，這也導致設備的使用范圍非常廣。煤礦開采消耗電量非常大，在新時期諸多大型成套設備、自動控制設備、自動調節設備較多，導致低壓電器使用量大大增加。進入新時期后材料不斷創新，設備機構緊湊而安全系數高，朝著更智能的方向發展。低壓供電設備的電氣保護常用方式是在電路開關部位安裝插件，配合系統提高電氣保護質量， 提高主電路管理系統。

4 煤礦電氣設備與供電系統的保護措施

4.1 電氣設備漏電保護

現階段非常重視漏電保護裝置的研究，因此對露天煤礦、礦井不同位置的開采漏電進行分析，研發出多種設備進行漏電保護裝置，其也是保護電力系統的重要設備。不同類型保護裝置在原理上類似，主要是利用相敏脈沖來選擇性控制電流，避免電路電流在瞬間增大。因此煤礦開采過程中，應在礦區周圍比較空曠區域的變電所集中選線。煤礦開采使用變電所系統復雜，主要有漏電監視、過載保護、短路保護等，當前的國產繼電器設備有JY80、JL82、JJKB32、BJJ1等。漏電保護裝置主要是利用直流電源來保護電路，部分設備也支持選擇性電源保護。

繼電保護器在煤礦電力系統中的運用，能監測系統運行狀態，根據運行狀態切斷故障短路、異常電路，整個環節具備顯著的自動化性能，電力系統能實現自動控制，安全性極高。現實生活中常用熔斷器、繼電器、接觸器來保護線路[5]，熔斷器反應速度慢而逐漸被人們淘汰，繼電器與接觸器能夠發揮良好的保護效果，因此被廣泛使用。但煤礦生產所使用電力系統復雜，一旦出現短路或者發生異常而系統不能及時反應、切斷，就會造成更大的問題。

4.2 信號輸入

漏電保護裝置安裝在電力系統中，電路采集信號的設備將所采集信息處理之后，傳輸到繼電保護器當中。系統處理信號包含原始信號被放大、干擾信號等，這些信號均能夠被繼電保護器處理完畢。信號裝置對信號的處理情況直接決定了最終的信號傳輸質量，繼電保護裝置能夠對信號采取有效的防治措施。

4.3 測量與轉換信號

在測量裝置中，主要是對信號輸入裝置傳輸信號進行初步判斷，之后系統的內置程序根據信號來判斷裝置運行情況，根據信號給出“是”、“非”的判斷結果，同時轉換成數字信號，為“1”、“0”。

4.4 邏輯判斷與執行

信號進入邏輯裝置之后，根據數值等之前的結果進行組合運算，將運算結果匯總分析得到是否切斷電路的決定[6]。因此邏輯判斷裝置是整個系統運行的關鍵，影響到系統的最終運行質量。邏輯判斷處理 完畢信號之后，執行裝置完成保護系統的任務，實現隔離、切斷、跳閘指令。邏輯判斷對技術各方面有極高的要求，需要引起技術人員的重視，從而提高判斷的正確性，有助于幫助煤礦資源的開發。

綜上，煤礦電氣設備與供電安全是整個礦區開采作業順利開展的主要基礎，在煤礦開采過程中采取合理手段做好安全監督、管理，并且使用合理手段維護系統設備的使用，避免設備性能異常、發生故障等。在計算機技術等的支持下，實現對電氣設備的管理與控制，維護系統安全。