简述煤矿供电系统及安全管理_令狐龙飞.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/6简述煤矿供电系统及安全管理令狐龙飞（绥阳县煤炭安全生产服务中心，贵州 遵义 563300）【摘要】煤矿井下作业受环境恶劣因素的影响，存在各种安全隐患，容易引发安全事故。为消除煤矿井下作业中存在的安全隐患，阐述保护煤矿供电系统以及电气设备的意义，并针对煤矿供电系统和煤矿电气设备分别提出有效的保护措施，以期为相关人员提供参考。【关键词】煤矿；电气设备；供电安全【中图分类号】TD611【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）06-0049-030引言随着煤炭行业机械化水平的不断提高，以及自动化、智能化开采的不断发展，对煤矿供电系统及电气设备的保护要求越来越高，旨在保障煤矿井下作业的安全生产。贵州省是国家规划的 13 个大型煤炭基地之一，也是云贵煤炭基地的主体部分，能源资源禀赋以煤为主。随着科技水平的提高，我国煤矿已几乎实现机械化采煤，电气设备的覆盖面较广，在此种情况下，各种电气事故发生频率有所增加，所以加强对供电系统及电气设备的管理是煤矿安全运转的前提。1煤矿供电系统及电气安全管理的意义与其他领域当中所应用到的供电系统以及电气设备不同，煤矿井下作业对供电系统及电气设备的安全管理要求会更高，若供电系统出现问题，将会造成难以估量的后果。而通过提升煤矿供电系统布置的合理性，并做好电气设备保护工作，能有效提高煤矿安全生产水平，同时也是我国煤矿行业高质量发展的迫切需要1。2煤矿供电系统的安全保护措施2.1井下电缆的选择煤矿井下作业的供电系统需要具有良好的安全性，其中最为关键的是电缆的选择。首先，井下电缆必须是经检验合格并取得煤矿矿用产品安全标志的产品。其次，井下电缆的敷设必须符合 煤矿安全规程（2016）及 煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范（AQ 10552008）的规定。在某煤矿井下作业中，供电系统选择了 MYJV22煤矿交联阻燃聚氯乙烯绝缘护套钢带铠装电力电缆作为固定敷设的高压电缆，同时应用 MT818 标准的电缆完成对移动式或是手持电气设备的应用支撑。2.2井下供电系统的选择煤矿井下采用双回路供电系统（图 1），按照煤矿安全规定的要求，基于变电所实际结线情况，其主要按照“一用一备”的方式加以运行。具体来讲，对于地上变电所而言，矿井内的供电系统为用户电，从电源线路进线开关以后都属于负载，而双回路电源线路中，一条电源回路运行（主变投入），而另一条电源回路备用（主变不投入），这既能够为矿井提供安全供电，又能降低电能消耗。需要注意的是，每台主变压器承载 50%负荷，当一回电源线路故障或一台主变压器故障时，另一回电源线路和一台变压器立刻带全部负荷运行，此时矿井暂时处于单电源供电状态，待检修完毕或故障排除后再恢复分列运行。2.3井下电气设备的选择在煤矿井下供电系统的布置中，要想保障具有良好的安全性，则需要确保各类型电气设备具有良好的安全性能，因此，在选择电气设备时，应重点关注电气设备是否具有良好的防爆等级2。煤矿井下供电系统包括有变配电设备、用电设备、电动机、传感器、照明灯具以及通信自动化仪表装置，需要结合不同安全等级需求对其防爆等级进行选择，如井下采图1煤矿井下双回路供电系统A10 kV10 kVB应急负荷低碳技术49DOI:10.16844/10-1007/tk.2023.06.008LOW CARBON WORLD 2023/6掘工作面电气设备（包括照明、信号）和电机选用矿用隔爆型；煤矿井下通信、监测监控、自动化系统设备则选用本质安全型。除此之外，供电系统中所选择的电气设备均应符合煤矿生产使用安全要求，具有完整的安全标志，且在使用过程中做好充分的实时动态监控工作。例如，对于低压电源开关以及采面运输巷电源开关等，均需要有效检测馈电状态，从而及时反馈电源状况，确保达到良好的安全监管效果。与此同时，也需要对巷道掘进中的局部通风机以及绞车设备等加以检测，重点监管设备的停开状态。在采面中的电气设备、运输电气设备以及回风巷的电气设备等应做好瓦斯监测工作，保障煤矿井下的安全生产。2.4井下变电所的设置井下变电所作为煤矿供电系统中的重要组成部分，需要根据实际情况，并基于对矿山开采的科学合理部署，将变电所设置在运输大巷道下方，使其与地上 10 kV 变电所之间的距离保持在 1.8 km。在井下变电所中，分别选取地上变电所中两段不同的 10 kV母线段供给电源，以分列运行的双电源为基础，一条回路发生任何故障时，另一条回路仍可正常运行。井下变电所共计应用 3 台变压器，其中两台变压器为局部通风机提供电能，另一台变压器则为运输大巷、运输石门带式输送机等提供电源。选择变压器时，应做好相关参数的精准校验3。3煤矿电气设备的安全保护措施3.1继电保护3.1.1高压供电回路的选择及安全功能煤矿井下变电所中两回路的 10 kV 电源引自地面工业现场变电所的不同 10 kV 母线段。高压开关选用 PJG10Y 型矿用隔爆型永磁高压真空配电开关（图 2），具备短路、过载、漏电、失压、过压等保护功能。该开关的高压供电回路兼具闭锁、控制、显示功能。其中，闭锁功能指的是当真空断路器处于合闸状态时，隔离锁无法进行分闸或合闸操作，该功能可提供良好的继电保护作用。通过 PJG10Y 型矿用隔爆型永磁高压真空配电开关，能够满足绝缘监视、手动电动控制、电力计量以及事故状态显示等需求。3.1.2低压主回路以及支路的安全保护设置根据继电保护的要求，在低压主回路和支路中也设置了大量保护设备，例如，在井下低压馈电开关的选取上，选用了 KJZ 系列智能隔爆真空开关，其具有漏电闭锁、机械电气闭锁、故障记忆、状态显示、通信、遥控等多种功能。在选用分流器时，需同时考虑到欠压、短路、漏电、过载和断相保护等功能。3.1.3电机控制回路与照明信号综合保护装置电机控制回路的启动开关选择 QJZ 系列低压磁力启动器（图 3），继电保护装置当中的照明信号综合保护装置（图 4）选择 ZBZ4 型设备。以上两种设备在应用时存在一定的共同点，均能够满足断相、过载、短路以及漏电等保护功能。且在运行过程中能够满足远程控制、状态显示、漏电闭锁以及机械电气闭锁等使用需求4。3.2接地保护3.2.1接地网在井下电气设备的保护工作当中，设置接地保图2 PJG10Y型矿用隔爆型永磁高压真空配电开关图3 QJZ系列低压磁力启动器低碳技术50LOW CARBON WORLD 2023/6护，应实现较大范围的覆盖面积，具体来讲，要对因绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、构架，铠装电缆的金属外皮、铅皮以及高压电缆接线盒，电缆接地芯线处以及屏蔽护套等应设置接地保护装置。并且，整体接地保护装置与局部接地装置以及主接地极之间应按照统一接地系统进行连接，进而形成完整的接地网络构造。完成接地装置安装后，应安装主接地机，一般选择在变电所附近的水沟位置。3.2.2接地极某矿井无主副水仓在井下使用主接地极时，应将其设置在变电所附近水沟。井下接地极总共有3 块，分别为主接地极、副接地极、局部接地极。主接地极、副接地极和局部接地极在电气设备中起着不同级别的接地作用，同时相辅相成，构成了设备的完整接地系统，以确保设备的安全运行和电气系统的稳定性。（1）主接地极是电气设备的主要接地点，也称为设备接地极，通常连接到设备的金属外壳或主要结构上，其作用是将设备的金属部分与地面进行有效连接，以实现设备的安全接地。（2）副接地极是为了提高设备的接地效果而设置的附加接地点，通常与主接地极相连，位于主接地极周围或远离设备的地方。（3）局部接地极是指在特定区域内为了满足特定的电气要求而设置的接地点，通常用于特殊设备或特定场所，安装时主接地极和副接地极间距应保持 20 m 以上5。具体而言，局部接地极应当设置在各个低压配电点以及固定机电设备的硐室当中，并且同时需要注意在铠装电缆的接线盒当中设置局部接地装置，且应当在就近的巷道水沟附近设置布局接地极。首先，要求在设置局部接地极时，注意接地极的截面积，通常为 0.6 m2。其次，材质选择镀锌钢板或是等效面积的镀锌钢管，且要求材料厚度为 3 mm。最后，其他位置当中所设置的局部接地极应选择钻孔钢管，且长度应超过 1.5 m、直径超过 35 mm，在设置过程中应在钢管上均匀地钻出两个超过 5 mm的直径透孔，随后将该钻孔钢管以垂直方式埋入底板中。3.2.3接地极连线一般情况下，接地极连线的截面积选择 50 mm2的铜制材料，但是不同的接地及连线材料选择存在一定的差异性。根据材质的不同，对材料的厚度以及截面积要求也不同。若选择镀锌铁线，则要求材料厚度满足 4 mm 以上且截面积应大于 100 mm2。若选择偏钢材质的镀锌连线，则要求厚度满足5 mm 以上且实际截面积也应当保持在 100 mm2以上。3.2.4接地电阻在实际应用接地保护装置时，应对接地网参数进行测试，要求每一接地点上均能够设置小于 2 的接地电阻。同时，检测井下作业中可移动电气设备时的接地电阻，要求实际接地电阻小于 1，确保井下作业安全。4结语近年来，煤矿井下作业安全成为社会重点关注的话题，为降低矿井安全事故的发生概率，需要对现有供电系统以及电气设备的安全性加以考量，基于综合性的影响因素分析，为煤矿电气设备与供电系统保护提出合理建议，确保井下作业安全，促进煤矿开采工作高质量发展。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）：112-114.2 李晶.关于煤矿电气设备与供电系统的保护应用J.能源与节能，2022（2）：221-222.3 张浩，赵曰铭.分析煤矿供电系统和电气设备的保护J.中国设备工程，2022（2）：203-204.4 张文栋.基于煤矿供电系统和电气设备的保护方法探讨J.内蒙古煤炭经济，2021（5）：139-140.5 龚利霞.试论煤矿电气设备与供电系统的保护J.当代化工研究，2020（10）：127-128.作者简介：令狐龙飞（1985），男，汉族，贵州桐梓人，本科，工程师，主要从事煤矿安全监管工作。图4照明信号综合保护装置低碳技术51