煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)保護(hù)淺議

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摘要：作為煤礦井下生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵影響因素，電氣設(shè)備及供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，其直接決定著煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)保護(hù)的意義及常見(jiàn)的相關(guān)保護(hù)類型進(jìn)行了詳細(xì)論述，并具體分析了實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)功能的裝置及保護(hù)措施，對(duì)煤礦開(kāi)采中電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)保護(hù)作業(yè)的開(kāi)展有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備；供電系統(tǒng)；保護(hù)功能

隨著煤炭需求量的不斷增大，各類煤礦企業(yè)發(fā)展的規(guī)模越來(lái)越大。煤礦企業(yè)在經(jīng)濟(jì)效益不斷提高的同時(shí)，也不能忽視其生產(chǎn)過(guò)程中的安全，其中煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)的安全至關(guān)重要。因此，為了實(shí)現(xiàn)煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，相關(guān)企業(yè)必須從多個(gè)角度出發(fā)消除安全隱患，保障煤礦電氣設(shè)備及供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)保護(hù)的意義

1.1減少火災(zāi)發(fā)生

火災(zāi)對(duì)礦采過(guò)程的影響不可忽視。實(shí)際作業(yè)中，火災(zāi)的誘發(fā)因素眾多，但電氣設(shè)備故障是導(dǎo)致火災(zāi)的直接因素，設(shè)備短路、設(shè)備運(yùn)行溫度過(guò)高及電流驟增等，都能引發(fā)火災(zāi)[1]。正因?yàn)槿绱?，技術(shù)人員應(yīng)定期對(duì)煤礦電氣設(shè)備及供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在火災(zāi)發(fā)生之前排除安全隱患，對(duì)某些不可控的因素加以預(yù)防，在保障人員安全的前提下提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。

1.2降低漏電情況的發(fā)生概率

漏電在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中也比較常見(jiàn)，其誘發(fā)因素主要有：a)設(shè)備所處環(huán)境在地下，濕度較大，容易使電路發(fā)生腐蝕老化等變化進(jìn)而導(dǎo)致漏電，不利于設(shè)備運(yùn)行；b)開(kāi)采過(guò)程中一些煤塊及壁上的巖石會(huì)發(fā)生掉落，有時(shí)會(huì)砸到電纜，對(duì)電纜造成破壞進(jìn)而導(dǎo)致漏電。面對(duì)此類問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)在安裝供電系統(tǒng)及電氣設(shè)備時(shí)，將漏電檢測(cè)系統(tǒng)作為輔助系統(tǒng)進(jìn)行安裝，對(duì)低壓電纜的電路狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，消除安全隱患，降低漏電概率。

1.3減少過(guò)流情況的發(fā)生

煤礦生產(chǎn)這類大型工程中用到的電氣設(shè)備工作功率都較大，長(zhǎng)期不間斷作業(yè)極易出現(xiàn)設(shè)備電流大于額定電流的情況。若此差值過(guò)大，井下作業(yè)就會(huì)極其危險(xiǎn)，除了影響設(shè)備的使用之外，還可能引發(fā)火災(zāi)，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)合理安排設(shè)備的運(yùn)行，嚴(yán)格控制電流狀態(tài)，并做好一定的突發(fā)情況處理預(yù)案，以實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2井下常見(jiàn)的保護(hù)類型

煤礦開(kāi)采的作業(yè)環(huán)境較為惡劣，因此應(yīng)在不同的條件下選用不同的電氣設(shè)備。通常在瓦斯?jié)舛?、粉塵濃度較低的條件下，選取一般型的電氣設(shè)備，其能有效地對(duì)安全事故進(jìn)行預(yù)防。針對(duì)有爆炸隱患的工作環(huán)境，電氣設(shè)備以隔爆型為主。一般電氣設(shè)備主要包括高壓電氣設(shè)備和低壓電氣設(shè)備兩大類，其負(fù)載量可分為一類負(fù)載和二類負(fù)載。在高壓運(yùn)行期間，為實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，務(wù)必保證其處于高電壓和高電流狀態(tài)。如圖1所示，目前井下電氣設(shè)備及供電系統(tǒng)的保護(hù)主要分為以下三類：漏電保護(hù)、過(guò)流保護(hù)及接地保護(hù)[2]。

2.1漏電保護(hù)

如果供電網(wǎng)絡(luò)絕緣裝置的電阻過(guò)低，無(wú)法達(dá)到規(guī)定的安全電阻，那么當(dāng)電流通過(guò)人體時(shí)就會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)。電阻過(guò)低除了會(huì)引發(fā)設(shè)備短路之外，還有可能發(fā)生漏電現(xiàn)象，對(duì)工作人員生命安全造成嚴(yán)重威脅。因此，通常在煤礦供電系統(tǒng)中加裝漏電保護(hù)裝置，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行漏電保護(hù)和絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)供電過(guò)程的安全運(yùn)行。根據(jù)功能的不同，漏電保護(hù)可分為有選擇性和無(wú)選擇性兩類。選擇性漏電保護(hù)指電網(wǎng)饋出線發(fā)生漏電故障時(shí)，能正確選出并切斷發(fā)生故障饋出線的保護(hù)功能。一旦遇到漏電事故，一次側(cè)所有電流相加為零，二次側(cè)不會(huì)產(chǎn)生電流輸出；若遇到電流事故，則一次側(cè)電流相加不為零，同時(shí)二次側(cè)會(huì)存在一定的電流輸出。選擇性漏電保護(hù)裝置對(duì)分路開(kāi)關(guān)及狀態(tài)有一定的要求，能根據(jù)需求選擇用電范圍，可很快找到故障發(fā)生的位置及原因，在煤礦電氣設(shè)備中很常見(jiàn)。無(wú)選擇性漏電保護(hù)采用的是附加直流電源的保護(hù)原理，通常是在對(duì)地的絕緣監(jiān)測(cè)電路中加上1個(gè)直流電路，除了能監(jiān)視電流之外，還能將電流狀況通過(guò)信號(hào)傳輸回顯示設(shè)備，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)絕緣電阻的監(jiān)測(cè)。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，該系統(tǒng)需與低壓自動(dòng)饋電總開(kāi)關(guān)配合使用。這種裝置相比于選擇性漏電保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制，但也存在一定的缺陷，即無(wú)法進(jìn)行故障位置的確定及原因分析，目前應(yīng)用面較小。

2.2過(guò)流保護(hù)

煤礦生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生火災(zāi)的主要原因之一就是供電系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)電流太大，該故障一般由電路短路、過(guò)載等引起，因此應(yīng)做好過(guò)電流保護(hù)工作。根據(jù)其誘發(fā)因素，分兩方面進(jìn)行預(yù)防，即過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)。過(guò)載就是負(fù)荷過(guò)大，超過(guò)了設(shè)備本身的額定負(fù)載，產(chǎn)生的現(xiàn)象是電流過(guò)大、用電設(shè)備發(fā)熱，線路長(zhǎng)期過(guò)載會(huì)降低線路絕緣水平，甚至燒毀設(shè)備或線路。電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中過(guò)載的原因諸多，比如負(fù)載量增加、電網(wǎng)電壓過(guò)低等。井下電氣設(shè)備一般處于長(zhǎng)期不間斷工作狀態(tài)，因此會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，加速設(shè)備的老化與損壞[3]。過(guò)載保護(hù)主要需從過(guò)載電流上著手，若電流值的設(shè)定不合理則達(dá)不到相應(yīng)效果，若設(shè)定的電流值小于短路保護(hù)電流值，則過(guò)載保護(hù)不會(huì)立即發(fā)生，需經(jīng)歷一定的延時(shí)過(guò)程，過(guò)載保護(hù)效果一般。通常采用時(shí)間繼電器進(jìn)行延時(shí)過(guò)程的相關(guān)控制。過(guò)載保護(hù)時(shí)，技術(shù)人員會(huì)專門(mén)對(duì)時(shí)間繼電器進(jìn)行控制，切斷電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的保護(hù)，保障人員作業(yè)安全，起到對(duì)事故的預(yù)防作用[4]。短路的原因通常為設(shè)備絕緣部分受到破壞、接線錯(cuò)誤或負(fù)載錯(cuò)誤等。短路后會(huì)產(chǎn)生電流驟增的現(xiàn)象，電流甚至?xí)_(dá)到正常電流的幾倍至幾十倍。過(guò)流現(xiàn)象的產(chǎn)生極有可能導(dǎo)致整個(gè)供電系統(tǒng)癱瘓，引發(fā)安全事故，因此，短路保護(hù)器件越靠近供電電源端越好，通常安裝在電源開(kāi)關(guān)的下面，這樣不僅可以擴(kuò)大短路保護(hù)的范圍，也可以快速切斷電源。

2.3接地保護(hù)

一般來(lái)說(shuō)，電氣設(shè)備外殼由金屬材料制成，本身并不帶電，但如果設(shè)備本身的絕緣裝置失去作用，就極易發(fā)生觸電、漏電事故。根據(jù)中國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，在一般情況下，人體觸電的極限安全電流為30mA。在進(jìn)行接地保護(hù)時(shí)，一定要嚴(yán)格控制，使通過(guò)人體的電流處于安全范圍，其主要通過(guò)調(diào)整接地電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)的裝置

目前，井下電氣設(shè)備隨著煤礦開(kāi)采的發(fā)展不斷地得到改進(jìn)與優(yōu)化。漏電保護(hù)裝置也多種多樣，根據(jù)其工作原理的差異可分為補(bǔ)償電流型、電流方向型和功率方向型等[5]。目前最為常見(jiàn)的漏電保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1電氣漏電保護(hù)裝置

漏電保護(hù)裝置最關(guān)鍵的作用就是對(duì)供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及對(duì)電路出現(xiàn)的突發(fā)狀況做出及時(shí)處理，根據(jù)具體情況切斷電源，進(jìn)而對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。正常情況下，熔斷器、繼電器或接觸器等均可以用于電氣漏電保護(hù)，但考慮到井下作業(yè)的實(shí)際狀況，為防止切斷電源所導(dǎo)致的大規(guī)模斷電嚴(yán)重威脅作業(yè)安全，排除靈敏性較差的熔斷器，其他兩類設(shè)備均可用于漏電保護(hù)。

3.2現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入裝置

現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入裝置的主要作用是將電路中采集到的所有信息進(jìn)行處理后發(fā)送給漏電保護(hù)裝置。其決定著漏電保護(hù)裝置能否收集到最有效的信息并進(jìn)行問(wèn)題判斷及處理。

3.3測(cè)量裝置

測(cè)量裝置的作用是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入裝置處理完成的信號(hào)進(jìn)行初步分析，與系統(tǒng)預(yù)設(shè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，隨后將分析結(jié)果發(fā)送至邏輯判斷裝置。3.4煤礦保護(hù)裝置煤礦保護(hù)裝置主要是通過(guò)PLC（ProgrammableLogicControler，可編程邏輯控制器）技術(shù)，對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)分析，來(lái)判斷設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，防止設(shè)備故障引發(fā)安全事故。

3.5邏輯判斷裝置

邏輯判斷裝置在收到測(cè)量裝置所傳輸?shù)男盘?hào)之后，根據(jù)判斷算法，對(duì)所有信息進(jìn)行整合匯總，做出處理判斷。因此，邏輯判斷的準(zhǔn)確性也是實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備及供電系統(tǒng)保護(hù)的關(guān)鍵。

3.6執(zhí)行裝置

執(zhí)行裝置接收邏輯判斷裝置發(fā)出的指令并進(jìn)行操作，進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)功能。并且執(zhí)行裝置不會(huì)無(wú)故執(zhí)行指令，只有在檢測(cè)到系統(tǒng)故障的情況下才會(huì)執(zhí)行[6]。

4保護(hù)措施

4.1定期檢修供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)在長(zhǎng)期不間斷作業(yè)過(guò)程中會(huì)受到各種各樣因素的影響，導(dǎo)致各種故障的出現(xiàn)。若不及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行檢查處理，則會(huì)對(duì)設(shè)備后期運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響，甚至引發(fā)安全事故，難以保障企業(yè)及人員的安全。因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)做好定期的檢修與維護(hù)，若過(guò)程中發(fā)現(xiàn)故障或隱患，技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理并查明誘發(fā)因素，做好預(yù)防工作。此外，技術(shù)人員還應(yīng)定期參與培訓(xùn)及交流，以提高應(yīng)對(duì)故障的專業(yè)處理能力與操作能力，更好地開(kāi)展相關(guān)維修作業(yè)。

4.2盡力實(shí)現(xiàn)供電自動(dòng)化

中國(guó)科技的不斷進(jìn)步，使煤礦開(kāi)采的自動(dòng)化和智能化水平越來(lái)越高。將自動(dòng)化控制引入供電系統(tǒng)，可對(duì)井下電氣設(shè)備進(jìn)行安全穩(wěn)定的供電，保障其運(yùn)行正常。但是需要特別注意的是，只有電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)的技術(shù)人員具有完善的知識(shí)框架和操作經(jīng)驗(yàn)，并具備系統(tǒng)的分析能力，才能更好地應(yīng)用自動(dòng)化供電系統(tǒng)[7]。

4.3加強(qiáng)觸電保護(hù)

煤礦生產(chǎn)這類大型工程中用到的電氣設(shè)備功率都較大，因此極有可能發(fā)生觸電事故，嚴(yán)重威脅著工作人員的生命安全。因此，企業(yè)應(yīng)更加重視對(duì)觸電事故的預(yù)防與處理，在事故發(fā)生之后第一時(shí)間進(jìn)行處理與補(bǔ)救，并對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)進(jìn)行定期檢修與維護(hù)，保證供電期間電路電壓一直處于穩(wěn)定狀態(tài)以及絕緣保護(hù)裝置良好等，消除安全隱患，達(dá)到預(yù)防觸電事故的目的。若漏電情況已經(jīng)發(fā)生，就要及時(shí)進(jìn)行處理，排除一切不利因素，以防止二次事故的發(fā)生。

5結(jié)語(yǔ)

煤礦生產(chǎn)中電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)作業(yè)過(guò)程安全及企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益有著直接的影響。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中影響電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)安全的因素諸多，因此相關(guān)技術(shù)人員除了需具備完善的專業(yè)知識(shí)體系及豐富的操作經(jīng)驗(yàn)之外，還應(yīng)提高自身的安全防范意識(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行與監(jiān)督設(shè)備維護(hù)與管理工作，確保電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)都處于一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而保障人員的生命安全和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。

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作者:王全明 單位:晉能控股煤業(yè)集團(tuán)同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司