煤矿电气设备与供电系统保护研究_郭保强.pdf

煤矿电气设备与供电系统保护研究郭保强(国能神东煤炭集团石圪台煤矿，陕西榆林719315)摘要:在确保煤矿井下煤矿生产活动安全过程中，煤矿井下电气设备及供电系统保护具有关键地位，需要煤矿企业管理层保持高度重视。其间，煤矿企业管理层需要深入分析煤矿井下电气设备及供电系统保护管理的状况，以便结合分析结论保护煤矿井下电气设备及供电系统，尽其所能规避各种潜在的安全生产事故，确保煤矿井下工作人员人身安全及设施设备财产安全。为此，如何把握煤矿井下保护装置，如何认识煤矿井下供电系统所需的各种保护装置，逐渐成为煤矿企业确保安全生产必须解决的命题。关键词:煤矿;电气设备;供电系统中图分类号:F4063;TD611文献标识码:B文章编号:10080155(2023)02014803在煤矿井下生产过程中，工作环境较恶劣，众多电气设备在负荷方面的表现波动明显，极易进入稳定性不足的工作状态，难免由此引发各种煤矿井下安全生产事故。同时，受到瓦斯、煤尘聚集和滴水冒顶影响，电气设备及供电系统在绝缘强度会明显减弱。此外，部分煤矿井下技术人员在专业知识能力有所欠缺，难免出现不当维护或是错误操作，可能带来输电线路导线断裂等问题现象，为煤矿井下电气设备及供电系统的安全性带来较为显著的隐患。为此，煤矿企业管理层应当始终保持高度重视，确保煤矿井下电气设备及供电系统保护的有效性，为煤矿生产活动的稳定高效运行创造条件。1 煤矿井下保护装置综述针对煤矿井下保护装置，煤矿企业管理层需要从电气设备及供电系统的保护内容、电气设备及供电系统的保护价值、电气设备保护状况和保护形式及其实现的方式等角度出发，认识和把握，以便为保护煤矿井下电气设备及供电系统铺平道路1。11 电气设备及供电系统的保护内容111 预防电气火灾在煤矿井下供电线路及电气设备出现相间短路，或是电气设备长时间处于负荷状态，电气设备及供电系统的载流导体的温度均会升高，严重情况下甚至会引发电气火灾。与此同时，电火花及电弧均有可能通过引燃绝缘材料、木质支架、瓦斯及煤尘引发火灾。除此之外，导体连接部分出现接触不良现象，致使接触电阻高，电流通过时会带来局部温度上升的问题现象，诱发火灾。而有效的电气设备及供电系统保护可以预防和规避，需要正确维护和管理电气设备及供电系统进行，以便有效预防电气火灾。112 预防电气设备失爆一般而言，在诸多煤矿井下瓦斯煤尘爆炸事故中，常见的诱因是电气设备失爆引发的电火花。因此，煤矿企业管理层需要关注井下电气设备的正常运行，预防非正常工作状态或者故障状态下的电气设备产生电火花、电弧和局部过热问题，确保煤矿井下的瓦斯及煤尘等物质不被点燃。首先可以为开关电器与电机等动力供给设备安装隔爆外壳，以便借助强度较高的外壳控制爆炸影响。其次，可以应用安全性较高的的电路及设备，及时在电气设备出现问题时切断电源2。12 电气设备及供电系统的保护价值首先，有效保护煤矿机械的电气设备及供电系统，是在切实满足国家对煤矿安全生产提出的各项要求，也是煤矿企业可持续发展奠定基础。保护煤矿供电系统和电气设备可以有效降低火灾的发生概率，实现安全生产。其中容易造成火灾的影响因素较多，例如设备短路就是火灾原因之一。与此同时，设备长时间运转还会带来高温现象，进而造成安全隐患。而在有效的保护机制下，企业可以统筹实现具体问题管理，有效控制生产活动中的不稳定要素，预防电可能带来的火灾，确保工作环境的安全，为人身安全以及确保煤矿产业经济效益铺平道路，最大限度实现管理工作的综合价值。其次，强化煤矿机械电气设备及供电系统的保护，煤矿企业还可以确保和提升生产效率及效果，创造更加符合预期的经济效益与社会效益。设备保护可以有效降低过流的发生几率，有效实现安全管理目标。考虑到应用在煤矿作业中的电气设备功率通常较大，工841DOI:10.13487/ki.imce.023202作电流要远高于额定电流数值，需要在相应规划的帮助下有效判定过载问题，建立合理的预防机制，能够在出现紧急情况后立刻断电，确保生产活动顺利进行。再次，煤矿供电系统和电气设备的保护机制有利于预防漏电现象，漏电主要体现在工作环境湿度较高、井下温度较低以及附近土地相对潮湿等方面。因此，建立健全保护机制可以实现系统化的管控和处理，在漏电检测设备和电缆检测设备的帮助下强化安全管理效能，切实控制出现电缆漏电现象的概率。13 当前电气设备保护状况首先是设备，部分煤矿企业在电气设备及供电系统保护方面资金及资源投入力度有限，难免产生电气设备长时间不良运转问题，为煤矿生产活动的安全埋下隐患。部分煤矿企业并未向技术人员分配电气设备维修检查所需的各种工具，以至于技术人员无法准确判断电气设备状况。其次是管理。在部分煤矿企业的煤矿井下，煤矿安全规章执行力度有限，并未有效保护和维护电气设备及供电系统。在部分煤矿企业，管理层对此缺乏重视，更加关注煤矿生产活动过程中的各种事故。14 保护形式及其实现方式考虑到煤矿井下的工作环境的特殊性，企业通常需要将电气设备划分为一般设备和矿用隔爆设备。一般设备可以用于不存在瓦斯煤尘爆炸的工作区域，而矿用隔爆设备应当应用于瓦斯煤尘爆炸发生概率较高的工作区域。与此同时，还应切实地将各种电气设备按照电压分类，划分为工作区间低于交流电 1200 伏或直流电 1500 伏的低压设备，以及高于以上数值的高压设备，采取差异化保护方案，实现煤矿井下电气设备及供电系统保护效果35。2 煤矿井下电气设备保护类型在认识和分析煤矿井下电气设备保护类型时，煤矿企业管理层需要从常见电气设备保护类型和其他电气设备保护类型两个角度出发。21 常见电气设备保护类型211 漏电保护在煤矿供电系统和电气设备管控体系中，需要关注和处理系统中的常见故障，然后才可以维护保护管理机制的合理性和科学性，尤其是其中的电缆漏电现象，不仅仅会造成供电系统的短路问题，也会影响整体运行体系的安全性。漏电保护大致可以分为有选择性漏电保护以及无选择性漏电保护。针对前者，一般而言基于零序电流保护原理进行保护，经由零序电流互感器获得零序电流信号。在漏电现象未发生时，一次侧三相电流呈对称态，电流相量总计为零，而二次侧无电流输出。漏电现象发生后，则与之相反。针对后者，一般基于附加直流电源保护原理进行保护，会在含有对地绝缘电阻的检测回路之中附加直流电源，透过直流电流的变化状况判断绝缘电阻。212 过流保护电网中的过电流现象属于常见的电气火灾诱因，而过电流现象可能由过载造成，也可能由短路引发。为求从根本上提高煤矿供电系统和电气设备效率，也要对过流保护予以重视，避免过流造成的短路问题和过载问题，有效提升保护工作的实效性和基本水平。过载保护是指电动机在运行电流或是电气设备工作电流大于额定电流时，将其控制一定在范围内的保护。过载保护的动作时间基本取决于过载电流大小。而短路保护是指针对电气设备或是电气线路的绝缘部分出现损坏时引发的短路问题进行控制，短路问题出现时带来的瞬间故障电流可以数十倍高于额定电流，需要确保短路保护的保护动作足够迅速。213 接地保护正常工作状态下，电气设备的金属外壳部分和框架部分并不带电。而当电气设备的绝缘部分出现破损，上述部分就会处于带电状态，在工作人员触及时引发事故。考虑到国家对于触电现象设置的交流电流安全极限值为 30 毫安，需要通过接地保护的形式将电气设备可能带有的电流数值控制在安全范围内。接地保护需要借助接地装置包含的接地电阻，将电气设备带有的电流数值降至安全范围，以防触电危及人身安全6。22 其他电气设备保护类型221 失压保护当电气设备处于正常工作状态时，由于电源电压暂时停止工作并得到恢复后，电气设备自行重启会引发设备受损，或是带来触电事故。对于煤矿井下供电系统而言，数量较多的电气设备同时启动并进入工作状态会带来问题，诸如引发过电流现象和压降过大现象，甚至有可能引发电气火灾，需要实施失压保护。222 欠压保护在煤矿井下供电系统内部电压不足额定电压的四分之三后，欠压保护应自动地中断电源停止电气设备的运行，以便预防欠压问题为电动机或是电气设备带来损坏。此外，还可以采用电压断路器或是专用电磁式电压继电器实现欠压保护。223 过压保护与欠压保护采用相同的保护原理，过压保护需要在供电系统内部电压高于额定电压一定数值后，实现电源的自动中断，中止供电系统的运行，以防电动机与941电气设备遭受损伤。会在线圈两端进行一个电阻的串联，以便通过形成放电回路实现过压保护。3 煤矿井下供电系统保护装置类型在煤矿井下供电系统保护过程中，继电保护装置属于较为常见的系统故障自动化反应保护装置，可以在出现故障时及时实现断路器跳闸。考虑到煤矿井下特殊的工作环境，熔断器无法满足保护需求，应采取继电器和接触器进行有效保护。常见的继电保护装置包含以下结构。31 现场信号输入装置在继电保护装置中，现场信号输入装置负责较为关键的前置处理工作。举例而言，现场信号输入装置需要在光电隔离技术的支撑下有效消除各种干扰信号。在此过程中，电平转换电路负责将低信号增强为强信号，为有效信号处理创造有利条件。而低通波除高频信号与波纹电压，协助继电保护装置检测不同位置的现场物理量。32 测量装置继电保护装置中，测量装置首先需要有效检测经过现场信号输入装置得到预处理的信号中与受保护对象关联的各项物理量，依据前期给定的设定数值或实时自动生成的判断依据有效比对，依据比对结果给出具备显著非此即彼性质的逻辑信号或是电平信号，为继电保护装置下一步运作奠定基础。33 逻辑判断装置在继电保护装置运作过程中，逻辑判断装置的作用在于，分析测量所得各项输出量在大小、性质、输出顺序和逻辑状态，进而依照特定逻辑关系组合并运算，确定是否应当实现断路器跳闸，或是发出跳闸信号。之后，逻辑判断装置还需要将判断作为命令传递至执行部分。一般常见的逻辑包含与、或、非、延时和记忆等功能。34 执行装置在继电保护装置运作过程中，执行装置主要按照逻辑判断装置发送的出口信号，实现继电保护装置保护。其间，执行装置需要处理继电保护装置与现场电气设备隔离、连接、电平转换、出口跳闸功率驱动乃至现场电气设备状态信息返回，为继电保护装置的稳定有效运行奠定基础。在电气设备及供电系统出现故障时，执行装置需要实现跳闸，而在出现不正常状态时则发出警示信号，同时维修管理人员及时维护和处理。4 结语综上所述，为了实现煤矿井下的安全生产，煤矿企业管理层需要关注电气设备及供电系统的有效保护，为煤矿生产活动的安全及稳定奠定基础。因此，煤矿企业应任命具备专业素养的技术人员专职负责井下的电气设备及供电系统的安全性管理，建立健全煤矿井下电气设备安全操作责任制度，持续跟进井下电气设备管理，确保建设技术人员队伍，确保煤矿井下电气设备及供电系统保护效果。煤矿企业管理层首先需要更加深入地认识井下保护装置，具体可以从电气设备及供电系统的保护内容，电气设备及供电系统的保护价值，电气设备保护当前状况，保护形式及其实现的方式等角度出发。针对保护内容，从预防电气火灾事故和预防电气设备失爆两个方向进行。其次，煤矿企业管理层需要了解煤矿井下电气设备保护类型，从常见电气设备保护类型和其他电气设备保护类型两个方面进行。针对常见类型，煤矿企业管理层需要明确包含漏电保护、过流保护和接地保护，漏电保护包含选择性漏电保护与无选择性漏电保护，而过载保护还包含过载保护和短路保护。而针对其他保护类型，煤矿企业管理层需要认识到除去常见类型之外还包含失压保护、欠压保护和过压保护。最后，煤矿企业管理层需要熟悉井下供电系统采用的保护装置，包含现场信号输入装置、测量装置、逻辑判断装置和执行装置等。只有确保煤矿井下电气设备及供电系统得到有效保护，煤矿企业管理层才能确保生产活动的安全与稳定。参考文献:1 焦国顺，刘建永，申海利煤矿供电系统及电气设备的保护研究 J 机电工程技术，2017，46(10):112114 2 董明基于煤矿电气设备与供电系统的保护研究 C/“决策论坛 公共政策的创新与分析学术研讨会”论文集(上)，2016:295 3 石瑜昆试论煤矿电气设备与供电系统的保护J 经济师，2015(02):293+295