煤礦井下低壓供電系統(tǒng)及保護(hù)研究

　　煤炭資源在我國(guó)各種能源中占三分之二。我國(guó)的煤炭資源存儲(chǔ)量占一次能源資源總量的94%。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，我們對(duì)煤炭的需求量日益增加。需求量的增加必然導(dǎo)致煤礦開(kāi)采量的增加。煤礦的安全問(wèn)題也越來(lái)越被人們重視。對(duì)于一個(gè)煤礦礦井而言，它的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，開(kāi)采煤礦也受到很多因素的影響。而低壓供電系統(tǒng)的復(fù)雜性更多，難以安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此對(duì)煤礦井下低壓供電系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)就顯得尤為重要。低壓供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是煤礦正常開(kāi)采的保障條件。目前，我國(guó)對(duì)煤礦井下低壓供電系統(tǒng)的保護(hù)措施的研究還不夠成熟，導(dǎo)致煤礦發(fā)生火災(zāi)的情況問(wèn)題頻發(fā)。因此研究低壓供電系統(tǒng)的保護(hù)措施尤為重要。
　　一、煤礦井下低壓供電系統(tǒng)的特征
　　低壓供電系統(tǒng)是由低壓配電設(shè)備、低壓輸送電纜、低壓負(fù)荷等組成的，低壓配電線路的主要作用就在于向低壓負(fù)荷設(shè)備供電，因而對(duì)于低壓供電系統(tǒng)而言，低壓負(fù)荷往往具有接頭多、規(guī)格型號(hào)多、敷設(shè)方式多以及線路較長(zhǎng)的特征，而且各個(gè)分配電箱內(nèi)的控制開(kāi)關(guān)的操作次數(shù)也非常的多。同時(shí)在礦井下，機(jī)械設(shè)備也具有多樣性，比如說(shuō)照明設(shè)備、排水、供風(fēng)設(shè)備等，這些機(jī)械設(shè)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(tǒng)容易受到多方面因素的影響，而且其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)往往也較為復(fù)雜。
　　二、礦井低壓供電系統(tǒng)事故分析
　　由于低壓供電系統(tǒng)的以上特點(diǎn)，線路、開(kāi)關(guān)等會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)電流、漏電等現(xiàn)象，從而造成火災(zāi)、人身觸電等事故，給企業(yè)和個(gè)人帶來(lái)巨大的損失。過(guò)電流是指流過(guò)電氣設(shè)備和電纜的電流超過(guò)額定值，其主要包括短路、過(guò)負(fù)荷和斷相三種現(xiàn)象。短路是指電流不流經(jīng)負(fù)載，而是兩根或三根導(dǎo)線直接短接形成回路。這時(shí)電流很大，可達(dá)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(shí)間內(nèi)燒毀電氣設(shè)備，引起火災(zāi)或引起瓦斯、煤塵爆炸事故。負(fù)荷是指流過(guò)電氣設(shè)備和電路的實(shí)際電流超過(guò)其額定電流和允許過(guò)負(fù)荷時(shí)間。其危害是電氣設(shè)備和電纜出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷后，溫度將超過(guò)所用絕緣材料的最高允許溫度，損壞絕緣，如不及時(shí)切斷電源，將會(huì)發(fā)展成漏電和短路事故。過(guò)負(fù)荷是井下燒毀中、小型電動(dòng)機(jī)的主要原因之一。斷相是指三相交流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)或開(kāi)關(guān)的接線端子連接不牢而松動(dòng)脫落;（3）電纜芯線一相斷線;（4）電動(dòng)機(jī)定子繞組與接線端子連接不牢而脫落等。漏電是指當(dāng)電氣設(shè)備或?qū)Ь€的絕緣損壞或人體觸及一相帶電體時(shí)，電源和大地形成回路，有電流流過(guò)的現(xiàn)象。井下常見(jiàn)的漏電故障可分為集中性漏電和分散性漏電兩類(lèi)。集中性漏電是指漏電發(fā)生在電網(wǎng)的某一處或某一點(diǎn)，其余部分的對(duì)地絕緣水平仍保持正常。分散性漏電是指某根電纜或整個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)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(shè)備或電纜長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行使絕緣老化。（2）運(yùn)行中的電氣設(shè)備、電纜受潮或進(jìn)水，造成對(duì)地絕緣電阻下降。（3）電纜與設(shè)備連接時(shí)，接頭不牢，運(yùn)行或移動(dòng)時(shí)接頭松脫，某相碰殼而造成漏電。（4）電氣設(shè)備內(nèi)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(guī)定值，造成某一項(xiàng)對(duì)外殼造成放電而發(fā)生接地漏電。（5）橡套電纜受車(chē)輛或其他器械擠壓、碰砸等，造成相線和地線破皮或護(hù)套損壞，芯線裸露而發(fā)生漏電。（6）電氣設(shè)備內(nèi)部遺留導(dǎo)電物體，造成某一相碰殼而發(fā)生漏電。（7）接線時(shí)，將導(dǎo)電芯線與地線接錯(cuò)。（8）移動(dòng)頻繁的電氣設(shè)備的電纜反復(fù)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(shè)備時(shí)，產(chǎn)生弧光對(duì)地放電。（10）設(shè)備維修時(shí)，因停、送電操作失誤，帶電作業(yè)或工作不慎，造成人身觸及一相而漏電。（11）出現(xiàn)嚴(yán)重過(guò)電壓，擊穿電纜或電氣設(shè)備的對(duì)地絕緣。
　　三、低壓供電系統(tǒng)的安全保護(hù)
　　1、過(guò)流保護(hù)。井下低壓供電系統(tǒng)擁有一個(gè)額定電流限制，如果超出了這一電流限制，各項(xiàng)用電設(shè)備操作也將會(huì)受到影響。系統(tǒng)控制中通過(guò)過(guò)載電流防護(hù)來(lái)提升安全性，并避免電流出現(xiàn)參數(shù)誤差。定期將所檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)變化向控制中心上傳，避免影響到系統(tǒng)安全性。在此環(huán)境下所開(kāi)展的各項(xiàng)系統(tǒng)保護(hù)管理工作，通過(guò)有效的協(xié)調(diào)控制也能提升其影響能力，為煤礦井下作業(yè)提供穩(wěn)定的電能，過(guò)電流運(yùn)行環(huán)境下增大了電氣設(shè)備老化損壞的幾率。因此對(duì)這部分控制管理措施要加強(qiáng)研究。過(guò)流保護(hù)也正是針對(duì)這種情況來(lái)進(jìn)行的，應(yīng)用斷流器可以避免類(lèi)似的問(wèn)題出現(xiàn)。當(dāng)電路系統(tǒng)中出現(xiàn)電流超出安全標(biāo)準(zhǔn)的情況時(shí)，電路能夠自動(dòng)阻斷，通過(guò)這種方法可以有效地提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，避免因過(guò)載電流過(guò)大而造成電子元器件損壞;對(duì)于低壓供電系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況，采取電流補(bǔ)償技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)控制。
　　2、漏電保護(hù)。低壓供電系統(tǒng)發(fā)生漏電故障后，電氣設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)會(huì)受到影響，電氣設(shè)備的外殼也存在電流流過(guò)，當(dāng)操作人員接觸后容易發(fā)生觸電事故。漏電保護(hù)可以采取接地方式來(lái)進(jìn)行，觀察在系統(tǒng)運(yùn)行中是否存在連接不合理的部分，及時(shí)對(duì)所設(shè)計(jì)的連接方案進(jìn)行調(diào)整，避免后續(xù)接線受到影響。漏電保護(hù)功能可以通過(guò)檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，充分了解系統(tǒng)中潛在的問(wèn)題，設(shè)置接地系統(tǒng)，這樣即使低壓供電系統(tǒng)中出現(xiàn)漏電情況，也能通過(guò)接地系統(tǒng)來(lái)將其消散在土壤中，避免對(duì)操作人員的人身安全造成影響，進(jìn)一步促進(jìn)管理計(jì)劃落實(shí)。漏電保護(hù)系統(tǒng)能夠在發(fā)生電氣故障后及時(shí)切斷供電電源，以免漏電問(wèn)題繼續(xù)存在，影響井下作業(yè)用電需求。漏電保護(hù)就是針對(duì)可能漏電所作的應(yīng)急反應(yīng)，如果發(fā)生漏電，漏電保護(hù)裝置會(huì)切斷電源，從而達(dá)到終止電流的目的。這種裝置在煤礦井下生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛，其原理為旁路接地式保護(hù)原理、附加直流源檢測(cè)保護(hù)原理、零序電壓保護(hù)原理、零序電流大小及零序電流方向保護(hù)原理。 　　3、接地保護(hù)。接地保護(hù)，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(jié)構(gòu)部分），用導(dǎo)線與接地體可靠連接起來(lái)的一種保護(hù)接線方式。（1）有保護(hù)接地時(shí)通過(guò)人身電流比較小，因而是安全的。另外，有了保護(hù)接地的良好接地，大大減少了因設(shè)備漏電時(shí)，使其外殼與地接觸不良產(chǎn)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(wǎng)中接地電阻的確定 由于保護(hù)接地是將設(shè)備上的故障電壓限制在安全范圍內(nèi)的一種安全措施，同時(shí)也可作為漏電保護(hù)的后備保護(hù)。根據(jù)煤礦井下規(guī)定的額定安全電壓的空載上限值為40V和礦井高壓電網(wǎng)的單相接地電容電流不得超過(guò)20A的規(guī)定，接地網(wǎng)上任一保護(hù)接地點(diǎn)的接地電阻不得超過(guò)2 ?。
　　四、煤礦井下低壓系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)措施
　　1、實(shí)際安裝與供電設(shè)計(jì)。煤礦井下供電設(shè)計(jì)是把從電力系統(tǒng)接受的電能合理地分配到各用電地點(diǎn)。設(shè)計(jì)的基本原則是在保證供電可靠、安全、質(zhì)量的前提下，以最經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)單的方式合理的分配并充分利用電能。尤其是采區(qū)供電設(shè)計(jì)技術(shù)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中已經(jīng)把采區(qū)內(nèi)要用到的電氣設(shè)備的型號(hào)、電纜的截面積以及各種保護(hù)裝置的整定值等諸多方面，已經(jīng)精確地進(jìn)行了計(jì)算及選取。因此一般情況下，按照采區(qū)供電設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行供電系統(tǒng)的施工是比較合理的，但是在實(shí)際安裝過(guò)程中往往存在著一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)在動(dòng)力橡套電纜方面和使用相關(guān)的電氣設(shè)備上。在電纜方面，按照供電設(shè)計(jì)要求，一趟線路只允許使用相同截面的電纜進(jìn)行供電，然而實(shí)際的供電系統(tǒng)往往由于各種原因，使用不同截面的橡套電纜進(jìn)行供電，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中將導(dǎo)致截面較小的低壓電纜長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱，對(duì)安全供電很不利，更重要的是影響到該線路短路保護(hù)裝置的正常工作，容易引起電纜及用電設(shè)備著火，進(jìn)而引起瓦斯爆炸等，這是絕對(duì)不允許的。對(duì)于電氣設(shè)備，在具體安裝時(shí)，主要考慮了真空接觸器的容量，而沒(méi)有考慮其換向隔離開(kāi)關(guān)的額定容量，造成了隔離開(kāi)關(guān)在接近額定容量的情況下長(zhǎng)期運(yùn)行，這是不合理的。改進(jìn)xiu'gai的辦法是實(shí)際安裝的供電系統(tǒng)必須與供電設(shè)計(jì)方案相一致。特殊情況需做改動(dòng)的，應(yīng)征得設(shè)計(jì)人員的同意，方可實(shí)施。另外在具體安裝過(guò)程中關(guān)系到電氣設(shè)備防爆、完好等一系列要求的，必須嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦電氣設(shè)備完好標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)具體規(guī)定。
　　2、重視解決供電系統(tǒng)中超長(zhǎng)距離供電的問(wèn)題。在煤礦井下低壓供電系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，關(guān)于超長(zhǎng)距離供電的問(wèn)題一定要給予極大重視。針對(duì)超長(zhǎng)距離供電的問(wèn)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(fù)荷能力。2.可以運(yùn)用大容量移動(dòng)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(shè)分段保護(hù)開(kāi)關(guān)，有效保護(hù)供電電路安全。
　　3、供電網(wǎng)絡(luò)要根據(jù)實(shí)際情況實(shí)行分離形式。在進(jìn)行供電網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)過(guò)程中，不能夠一味的把電路都投入到統(tǒng)一電路中，而是要根據(jù)實(shí)際情況的需要，并且結(jié)合安全需要，靈活的對(duì)供電纜路進(jìn)行分離。比如，關(guān)于煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)，就要使用專(zhuān)用的變壓器，并且還要和備用電源分開(kāi)，使它們處在不同的母線上面。而且，還要對(duì)備用電源的容量以及開(kāi)關(guān)整定進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，要保證必須能夠滿(mǎn)足局部通風(fēng)機(jī)包括其他設(shè)備同時(shí)運(yùn)行的需要，這樣才能夠有效保證局部通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。此外，局部通風(fēng)機(jī)的專(zhuān)用電路也要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，要進(jìn)行漏電保護(hù)的設(shè)置，保證供電電路的安全。監(jiān)測(cè)監(jiān)控電源、自動(dòng)風(fēng)門(mén)電源、井下通訊聯(lián)絡(luò)設(shè)備，需要獨(dú)立供電，以提高供電的可靠性。
　　4、嚴(yán)格遵照規(guī)范井下防爆電氣的檢修。對(duì)于煤礦井下防爆電氣的檢修工作，一定要按照相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行定期的檢修工作。而在檢修人員進(jìn)行檢修的時(shí)候，要時(shí)刻注意自身安全，提高安全意識(shí)，嚴(yán)格遵照檢修規(guī)范進(jìn)行檢修。在對(duì)防爆電氣進(jìn)行開(kāi)蓋檢查、維修時(shí)，一定要嚴(yán)格執(zhí)行電氣設(shè)備檢修管理制度，進(jìn)行停電、驗(yàn)電、放電及掛接地線，只有電氣設(shè)備斷電了才是安全的，才能保證檢修人員的安全。
　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對(duì)電能的需求量也日益增加。這就促進(jìn)了我國(guó)煤炭事業(yè)的蓬勃發(fā)展。煤礦井下作業(yè)的安全性問(wèn)題十分重要，我們不僅要提高井下作業(yè)的效率和煤炭的質(zhì)量，更重要的是保證井下作業(yè)的安全。近幾年來(lái)，煤礦事故非常頻繁，其中大多數(shù)的問(wèn)題都出在煤礦井下低壓供電系統(tǒng)中。因此保證煤礦井下低壓供電系統(tǒng)的安全性極為重要。我們必須加大對(duì)低壓供電系統(tǒng)的保護(hù)。在煤礦井下的安全用電、電氣設(shè)備以及人身安全保護(hù)方面發(fā)揮著不容忽視的作用，及時(shí)找出并解決低壓供電系統(tǒng)中所存在的問(wèn)題，通過(guò)增強(qiáng)煤礦井下電氣的管理力度來(lái)解決井下低壓供電系統(tǒng)中的問(wèn)題，并且對(duì)煤礦井下低壓供電系統(tǒng)進(jìn)行深入地研究，推動(dòng)煤礦井下工作的順利進(jìn)行。