煤礦電氣設備與供電系統保護措施研究

趙禹超

內蒙古煤炭科學研究院有限責任公司，中國·內蒙古 呼和浩特 010020

現階段社會的發展過程中，隨著城市化進程的加快，社會對于煤礦的需求不斷提升，由此就推動煤礦開采行業的發展。而煤礦開采一般在地下作業，環境復雜而且受外界影響較大，需要電氣設備以及供電系統的支持。所以實際作業環節，就需要煤礦作業人員加強對煤礦電氣設備以及供電系統的研究，結合煤礦開采實際需要進行設計，保證煤礦作業的電力安全。然而電氣設備以及供電系統本身技術性很強，再加上煤礦井下環境復雜，為了保證設備功能，還需要對其進行保護。論文就從煤礦入手，分析其電氣設備以及供電系統存在的問題，并且綜合分析其保護措施。

煤礦開采；地質環境；電氣設備；供電系統；繼電保護

1 引言

煤礦開采作為針對煤炭資源進行挖掘的作業，一般需要深入地下或者是山體中，具有一定的難度，實際作業環節就需要電力的支持，為井下提供照明以及通風，保證開采作業的順利進行，并且規避可能發生的安全隱患。但是實際作業環節，由于煤礦井下環境較為復雜，再加上電氣設備以及供電系統本身技術性很強，相關人員在作業環節就可能出現問題，導致電力設備出現故障，甚至是造成安全隱患。在此背景下，作業人員就需要加強對電力設備以及供電系統的作業保護，及時地分析其作業環節可能存在的隱患，制定專業的策略進行解決，以保證二者功能的順利發揮。

2 煤礦電氣設備概述

煤礦電氣設備是指在煤礦生產和運輸過程中使用的與電力相關的設備。這些設備主要用于輸電、供電、照明、通信、安全監控和自動化控制等方面，以確保煤礦生產的安全、高效運營。在煤礦生產過程中，要定期進行設備的維護、檢修和更新，以保證設備的正常運行和生產的連續性[1]。此外，煤礦電氣設備還需要根據實際情況采取相應的防爆、防火等安全防護措施，以預防火災、瓦斯爆炸等事故的發生。

3 煤礦供電設備概述

煤礦供電系統是指為煤礦提供電力供應的系統，包括電力輸送、變電、配電和照明等環節。現階段煤礦供電系統主要有輸電線路，用于將電能從電源站或電網輸送到煤礦、變電站，將高壓輸電線路的電能轉變為適合煤礦使用的低壓電能、配電系統，將來自變電站的電能分配給煤礦內各個用電設備、供電設備，用于把電能供應給煤礦內的各個用電設備以及照明系統，為煤礦提供光照的系統等。實際作業環節，供電系統直接影響煤礦作業的質量以及效率，甚至關系到作業人員的安全，所以在設計供電系統之時，還需要綜合考慮安全性、效率和經濟性、災害防范以及運行和維護等。此外，為了保證煤礦供電系統的正常運行，需要嚴格遵守相關法律法規和標準，定期進行設備檢測和維護，加強對供電系統的安全管理和防護措施，這樣才能保證供電系統的質量，以充分發揮其功能。煤礦電氣設備如圖1 所示。

圖1 煤礦電氣設備

4 煤礦電氣設備與供電系統存在的問題

目前煤礦企業的用電設備的問題較多，不僅包括設計方面的問題，還包括技術人員的綜合素質不高，長距離輸電存在重大安全隱患，繼電保護設備技術不達標等。再加上煤礦企業的生產規模的擴大，也加劇了電氣設備數量的增加，其用電負荷和功率較大無形中給生產帶來較大的安全隱患，也威脅著工作人員的人身安全，現實中存在企業為節省成本而不采用此方案的情況。實際作業環節，就需要相關人員對電氣設備以及供電系統存在的問題進行研究，為后續治理奠定基礎。

4.1 過載問題

電氣設備在使用過程中可能會出現過載現象，超過了設備的額定電流，導致設備過熱、損壞甚至引發火災事故。如今，中國經濟水平不斷提高，在煤礦開采行業中，想要獲取更多的經濟效益，就必須加大煤礦開采力度，為人們提供更多的煤礦資源。部分企業一味地追求利益，在電氣設備的投入上不夠重視，設備在長時間的運作下，沒有得到較好的維護與保養。在實際使用過程中，往往會出現較多的故障問題，尤其是一些功率較大的電氣設備，長期處于超負荷運載狀態，很容易造成內部零件的損壞，加上作業環境惡劣，煤礦開采難度更大，故對整個煤礦開采團隊的工作進度造成影響。

4.2 常見故障

實際使用環節，電氣設備以及供電系統還存在一些常見的故障，需要相關人員加強重視。首先，短路問題，短路是指電氣設備或電路中兩個或多個電極之間發生了物理上的短路連接，電流超過了額定值，可能引發設備損壞、火災事故等；其次，絕緣漏電問題，電氣設備的絕緣性能下降或者絕緣缺陷，會導致設備出現漏電、觸電等安全隱患。漏電是指電氣設備中的電流通過了不應通過的路徑，流向設備外部，導致設備接地不良、觸電事故等；然后是設備老化問題，電氣設備的長時間運行使用會導致部分設備老化、損壞，可能引發電氣事故[2]；最后，爆炸問題，部分煤礦中存在可燃氣體，若在電氣設備中發生了火花或電弧，可能引發氣體爆炸事故。此外，還有供電系統故障問題，供電系統中的電纜、變電站等設備出現故障，可能導致煤礦停電、設備運行異常等問題。

4.3 設計方面的問題

電氣設備和供電系統的不合理設計，如線路過長、容量不足等，會導致設備運行不穩定、效率低下等問題。想要提高電力系統運行的穩定性，工作人員必須做好各線路設備的連接情況。由于電力系統內容復雜，且存在較多的電氣線路，各種線路的正確連接決定了電力系統的整體運行安全。一旦電力系統中某一線路在連接上出現問題，則會影響到井下通信設備以及其他電氣設備的正常使用。在這種情況下，井下作業活動無法正常開展，整個煤礦開采工程的進度便會延長，同時也增加了安全事故的發生概率。

以上是煤礦電氣設備與供電系統常見的問題，相關的防護和保護措施需要根據具體情況加以采取和完善，以確保設備和系統的安全運行。定期檢修、維護和培訓將有助于發現和解決這些問題，確保煤礦的生產安全。煤礦供電系統如圖2 所示。

圖2 煤礦供電系統

5 煤礦電氣設備與供電系統保護措施

5.1 過載保護

實際作業環節，要想實現對電氣設備以及供電系統的過載保護，還要專業技術人員為電氣設備和供電線路安裝過載保護裝置，一旦電流超過設定的額定值，保護裝置將會切斷電源，防止設備過載運行。過載是指電動機的運行電流或電氣設備的工作電流大于其額定電流，但超過額定電流的狀況，超出電流通常是額定電流的1.5 倍以內。引起電動機或電氣設備過載的原因很多，如負載突然增加，斷相運行以及電網電壓降低等。若電動機或電氣設備長期過載運行，其繞組或電氣設備的溫升超過允許值使絕緣老化、損壞[3]。過載保護的動作時間與過載電流大小有關，其動作值設定小于短路保護的動作值。動作延時取決于過載程度，過載程度越大，延時越短；過載程度越小，延時越長，也就能實現對線路過載的治理。

5.2 常見故障的針對性治理

由于煤礦電氣設備以及供電系統經常出現一些常見故障，針對這些故障的具體治理手段研究也就十分重要。首先，短路保護，相關人員需要為電氣設備和供電線路安裝短路保護裝置，一旦發生短路現象，保護裝置會迅速切斷電源，防止電流過大造成設備損壞和火災；其次，漏電保護以及絕緣監測，要為電氣設備和供電線路安裝漏電保護裝置，當漏電流達到安全閾值時，保護裝置會切斷電源，防止漏電導致的觸電事故發生。還需要定期對電氣設備和線路的絕緣性能進行監測，發現絕緣損壞或降低的情況，及時進行修復或更換，保證設備的正常絕緣狀態；最后，防爆措施，設計人員需要對易產生可燃氣體的區域，采用防爆電氣設備，如防爆燈具、防爆電纜等，防止電弧和火花引發爆炸事故[4]。此外是進行接地保護，要對電氣設備進行良好的接地處理，確保設備的外殼和地之間具有良好的接地連接，以防止觸電和靜電聚集。

5.3 定期檢查以及意識培訓

煤礦電氣設備以及供電系統的故障具有突發性，所以還需要進行定期檢查，并對作業人員進行意識培訓，以實現對故障的整體治理。一方面，相關單位需要定期對電氣設備和供電系統進行檢修和維護，確保設備的正常運行和安全性能。煤礦供電設備的保護首先要找出系統中存在的問題，綜合性分析和記錄企業供電裝置的系統故障，分析故障存在的原因和可能的安全隱患，然后采取合理的保護方式，煤礦系統的保護裝置包括前期的處理和檢測裝置、邏輯判斷裝置以及現場輸入裝置，通過各個物理量的檢測準確判斷線路的運行風險，對各種前期測量的信息進行分析判斷，及時給出傳達執行的命令并將信息及時將上級匯報，最終確保系統的安全穩定可靠運行[5]。另一方面，單位需要加強員工對電氣設備和供電系統的操作培訓和安全意識教育，提高員工對安全問題的認識，減少操作失誤引發事故的概率。

5.4 繼電保護裝置的安置

煤礦井下作業的空間有限，由于電氣自動化的設備種類較多，相應的防爆裝置需要做好選型，須針對煤礦施工環境和井下設備的工作空間選擇，一般設置體積小和性能穩定的產品，確保電氣設備的接口滿足相應的要求，新型的用電保護裝置除了能保護用電設備還能檢測電流、電壓、用電量和功率，實現通信接口和開關設備的匹配，具備相應的通訊接口可以確保煤礦供電設備的穩定運行從而促進煤礦安全生產的實現。

6 結語

現階段煤礦開采環節，電氣設備以及供電系統作為保證開采質量的關鍵設備，已經成為單位關注的要點。但是實際作業環節，由于煤礦開采環境復雜，再加上電氣設備本身技術性較強，設備就還存在一些問題，影響開采作業的進行。在此背景下，開采單位就需要通過繼電保護、定期檢查以及過載保護等手段，實現對電氣設備以及供電系統的保護，而且這些保護措施需要根據煤礦的具體情況和相關法規進行制定和執行，以實現對設備質量的保證。