煤矿供电系统继电保护与供电安全的研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：郭一涵（1993-），男，汉族，河南平顶山人，本科，河南中平自动化股份有限公司，助理工程师，主要从事电力拖动与自动化控制研究。-44-煤矿供电系统继电保护与供电安全的研究 郭一涵 河南中平自动化股份有限公司，河南 平顶山 467000 摘要：摘要：煤矿井下工作环境恶劣，存在瓦斯或煤尘爆炸等危险因素，对电力设备运行的稳定性和可靠性要求更高。电力问题是煤矿安全不容忽视的因素，需加强对供电系统安全运行的关注，因此要求工作人员明确掌握煤矿供电系统继电保护的原理、故障原因和管理策略等，合理采取供电方式，提高煤矿电力系统的安全程度，满足正常生产的需要。本文围绕煤矿供电系统继电保护与供电安全开展研究与探讨。关键词：关键词：煤矿；供电系统；继电保护；供电安全 中图分类号：中图分类号：TP23 想要确保煤矿供电系统在使用过程中，无论是其安全性或是可靠性都能够得到明显的提升，同时确保在煤矿开采时期开采工作的高效性，需要在当前立足于供电的安全管理，提高在供电系统使用过程中的整体质量，减少其供电系统常见的故障问题。本着具体问题具体分析的原则，采取多措并举的方式改进安全用电管理工作，充分发挥继电保护和安全供电技术的优势协同作用，切实提高煤矿作业的安全水平。1 煤矿供电系统继电保护分析 1.1 继电保护原理 供电系统继电保护的作用较大，主要是保护供电系统运行的安全可靠性。继电保护原理在实际使用时可以将其分为以下几点：第一，过流保护。做好过流保护的原因是煤矿电气设备在使用时其自身的容量相对较大。为此，在煤矿电气设备使用时，受到的影响因素不仅仅是内部影响因素，还包括了外部影响因素，很容易出现电路系统的过电流或者是短路这一现象。当前需要在开展继电保护时明确其保护配置，同时加大对电流的整体监测，明确其监测的整体作用和效果。第二，漏电保护。由于电网本身的绝缘度相对较低，在实际使用过程中出现电能泄漏的可能性也会随之不断增加，进而导致供电设备受损害严重，甚至引起短路事故或瓦斯爆炸等风险事件，严重威胁工作人员的生命安全。第三，接地保护。接地保护也是继电保护原理中常见的一部分，做好接地保护能够有效地使得所有的电气设备其自身的绝缘不会出现受损这一情况，同时也能够减少引起金属外壳或是架构带电这一情况，做好接地保护。要求是在开展接地保护时应利用导体连接电气设备中所涉及的不带电外露金属部分，同时也需要将所有埋在地下的接地电极做好保护。在电气设备的绝缘受损的情况下发挥保护作用。1.2 供电问题的影响因素 1.2.1 人为因素 煤矿的供电管理成效，与监管人员以及操作人员自身的专业技能，专业水平有着极为密切的关系。在进行煤矿供电管理过程中，如果管理人员本身存在操作失误或者是违规行为，则很有可能会引发供电系统本身出现故障，目前常见的供电系统问题相对较多，其中包括了在供电系统使用过程中，开关设备无法进行有效的检查和维护，再进行长时间的供电系统使用后，系统本身存在漏电问题。交换机的线路或是组件也很有可能会出现质量问题，直接弱化所有电源系统在实际使用时的使用成效。1.2.2 供电设备因素 煤矿供电设备的质量问题，与标准选择不合理及生产工艺选择不当等因素影响有关。忽视对供电设备的管理，使其受到煤矿作业机械设备的挤压，也会促使供电设备出现质量问题，从而引发漏电风险。短路也是当前煤矿供电系统在使用过程中最为常见的故障之一，在分析短路故障中能发现其最常见的故障就是单相接地短路，而在变压器等一系列电气设备使用时，其最常见的短路故障则包括了相间短路以及层间短路，无论是哪一种短路故障问题一旦出现都会导致所有电气设备的使用年限出现缩短这一现象。为了有效地防止各类不同故障的频繁出现，同时能够了解到在面对中国科技期刊数据库 工业 A-45-异常情况下做好供电系统的安全管理，在当下需要采取继电保护措施，其目标是为了减少对设备本身所带来的损害，甚至会降低供电系统的电压，从而出现烧毁事故，直接影响煤矿作业的安全用电。为防止各类故障和异常情况对供电系统安全运行的影响，需合理采取继电保护措施减少损害。1.3 继电保护策略 1.3.1 合理安装装置 首先，明确继电保护整定的步骤。继电保护装置有实时监测电力系统运行情况的作用，结合远程控制等现代化信息技术，可确保电路系统能够自动合闸与遥控，实现供电系统的自动化。安装继电保护装置前，需要工作人员明确其整定的步骤。其次，需要合理地对所有的电气设备开展接地保护，接地保护装置能够有效地保证所有的装置在使用过程中的安全性，同时也能够预防工作人员在日常工作过程中出现触电风险这一情况。当前在开展接地保护时，应根据我国的相关要求合理地去设定接地的电阻值，而在开展接地保护装置时也需要不断去减少供电系统中所存在的分支电流，能够降低其中所存在的触电现象，确保所有的触电者其自身的人身安全能够得到保障。在实际进行电气设备的使用时，使用效果也可以得到改善，特别是面对煤矿作业，需要了解到煤矿作业中很有可能会出现由于带电导体而引发的一系列漏电问题，接地保护装置也可以将其中所产生的电流快速地引入地下来，降低漏电事故的危害，同时预防电火花的出现而引发的一系列爆炸。1.3.2 定期查看与维护继电保护装置 首先要定期查看装置。煤矿作业中的电力故障危害较大，相对于事后处理，更应当注重事前预防和事中控制。相关部门必须强化风险预防意识，定期查看继电保护装置运行情况，优化继电保护方案的设计，并重点关注继电器的保护定值和供电系统中的短路电流等方面；设定曲线时限与动作电流等参数时，应避开最大功率设备启动的时间，并要求继电保护的设定值比计算值小；检查新继电保护装置所受的负荷等情况，并做好变电所的检修等工作。其次，定期维护装置。在煤矿作业前，需要维修人员监测供电系统运行情况，提前排除潜在的引起跳闸或漏电等事故的风险因素。维护人员需掌握一定专业知识技能，能灵活运用先进的继电保护技术。煤矿企业应不断更新该装置的管理体系，明确落实供电安全的管理、维修和检查等岗位职责，并采取远程监控的信息化管理手段，全面监控煤矿作业。煤矿企业还可采取联合其他保护系统等方式，确保供电系统的可靠运行1。2 煤矿供电系统的供电安全分析 2.1 煤矿供电地特点 煤矿供电有环境特殊、供电要求高和供电事故危害性大等特点，具体为：一是环境特殊。煤矿作业环境潮湿，空气中的煤尘和瓦斯浓度高，受到冒顶等因素的影响，促使供电设备和电力系统出现砸碰与挤压等现象。频繁地开启电气设备，也易造成供电故障。二是供电要求高。煤矿安全规程严格规定了各电力设施的负荷。供电系统的运作要符合要求，包括电气设备的选型、操作及维护等，确保作业区域的供电安全。三是供电事故的危害大。供电事故可引起设备损坏或煤尘瓦斯爆炸等，后果相对严重2。从煤矿供电的现状入手分析，煤矿供电的安全水平低，存在设备老化和供电系统稳定性差等问题，与以下因素影响有关：一是井下长距离输电的隐患。井下生产巷道的距离长，机械化作业对供电安全的依赖度大。受线缆摩擦、障碍物和人为操作失误等因素的影响不能忽视。二是供电系统的稳定性差。变压器的容量不足或超载工作，都会引起变压器的绝缘降低，发生短路或烧毁，从而引起停电或火灾事故。除此之外，操作不当或未戴绝缘手套等人为因素的影响同样较大。2.2 合理选用安全供电方式 煤矿安全供电方式包括 TN、TT、IT 的三种方式，在设置方式和稳定性等方面的优点突出，如下所示：2.2.1 TT 方式 从TT供电方式的特点入手分析，涉及以下几方面：一是在接地安装时，对矿区的作用范围局限。钢材等材料消耗多，消耗后无法进行回收利用。二是 TT 供电系统为了对用电设备供电，电源会引出三根火线，或是三根火线与一根中性线。再在用电设备附近做一个接地装置并引出地线，把设备外壳接在地线上。电路系统中外壳金属的电气设备出现漏电后，电流沿着地线流向大地，少部分电流通过人体。三是针对较小的中国科技期刊数据库 工业 A-46-漏电电流，无法及时熔断熔断器，还需依赖漏电保护器。虽然 TT 供电系统的地线，可减少触电的危险性，但无法完全保证安全，各用电设备都需加装漏电开关。为保证供电安全，需合理配置总保护、分支保护或二总线通信接口等智能漏电保护系统。各分支保护检测到的煤矿数据，可利用二总线进行通信。由此可见，TT 供电方式的优势特点不明显，在煤矿安全供电中的应用相对较少，有较大的完善空间。2.2.2 IT 方式 用电设施出现漏电，或是在外壳带电的状况下，地面与其形成通路和跨步电压，会威胁工作人员的人身安全，这就对供电系统的性能提出更高要求。IT 属于三相三线的供电保护系统，可实现电路系统内的各用电设施与地面的连接，但电源中性点不接地。IT 供电方式的安全可靠性强。由于 IT 系统电源不接地，电力设备漏电时流向大地的电流小，对电源电压平衡的破坏力小，所以 IT 系统在漏电的情况下，也可以确保用电设备的正常运作。工作人员触摸到漏电设备，通常不会出现严重的触电风险。IT 系统适用于小范围供电，尤其是中小型煤矿井下需要严格连续供电的地方，为避免出现断电的不利影响，建议利用 IT 供电方式，确保通风机等设备持续运作。2.2.3 TN 方式 TN 供电保护系统主要电气设备的金属外壳连接工作零线。TN 供电方式的特点如下：一是电气设备的外壳带电时。二是 TN 系统的工时和用料少，也是 TT 系统不能比拟的。TN 系统依据其保护零线是否与工作零线分开，可划分以下几类：一是 TN-C 供电方式，将工作零线兼作接零保护线，以 NPE 表示。二是 TN-S 供电方式，严格分开工作零线 N 与专用保护线 PE。TN-S 供电系统有以下几大特点：在供电系统正常运作的情况下，专用保护线没有电流，工作零线有不平衡电流；PE 线对地无电压，在保护线 PE 上连接电气设备金属外壳接零保护更加可靠合理；在 TN-S 系统供电干线上安装漏电保护器，工作零线无需重复接地，而 PE 线重复接地，但不经过漏电保护器；综上来看，TN-S 系统供电安全，适用于煤矿等低压供电系统。2.3 应对煤矿供电安全隐患的对策 2.3.1 合理布局设计 煤矿作业区域地供电系统设计不能一蹴而就，需严格按照行业标准和规范去布置，包括煤矿井下供配电设计规范等。将安全可靠性和供电连续性等原则，作为电力设备与电路系统设计的重要依据。根据煤矿作业的安全生产要求，合理选择电气设备的型号，要求设备的质量达标。2.3.2 加强日常管理 加强供电系统安全供电在检查和维护等方面的实践经验总结，本着引进来和走出去的原则，借鉴优秀的经验，不断优化管理工作体系，确保继电保护稳定运行，保障电力设备的可靠运作。定期展开过流保护及漏电保护等方面的试验，确保各项保护措施落地3。2.3.3 提供人才保障 人为因素也是煤矿供电安全隐患不能忽视的关键所在。煤矿企业应组织相关人员展开安全教育活动，使其树立“安全无小事”的工作思想，为供电系统的安全供电提供思想保障；同时要求安全技术人员严格执行岗位制度，及时发现和解决问题，确保其安全操作；井下人员应加大业务培训的力度，要求其了解行业标准和操作规范等。定期组织工作人员学习和分析供电安全隐患相关的事故案例，从经验中吸取教训；还可通过导师带徒等方式，分享有效的工作经验，工作人员之间形成相互监督的良好氛围，纠正思想行为不规范的操作人员，使其认真对待岗位工作，确保其做到安全上岗。2.3.4 关注供电安全 煤矿的顶板、煤尘和瓦斯等灾害事故，都与设备因素有关。煤矿作业区域地环境复杂，设备长时间负荷运作，极易引发漏电或短路等用电安全事故。需提前制定防范措施，按照国家现行的政策方针，合理制定煤矿企业的安全用电管理制度，包括电业规程等，加强对安全供电的重视程度。唯有作业区域供电的技术合理，并配备有效的安全用电管理措施，才能够确保供电质量，减少事故风险，降低煤炭生产成本。3 总结 煤矿供电系统的继电保护和安全管理是一项系统性工程。需重点解决影响供电安全的因素，在制度保障和技术保障等方面下功夫，采取针对性的继电保护和安全供电技术手段，加大供电安全管理力度，提前制定安全事故应对措施，以此保证煤矿企业的用电安中国科技期刊数据库 工业 A-47-全与高效作业。参考文献 1许国来.煤矿供电系统继电保护系统设计与应用研究J.河北化工,2021,44(8):67-69.2郭靖.煤矿地面供电系统运行分析J.当代化工研究,2021(6):55-56.3张冰.煤矿机电自动化集控的发展与应用J.化工中间体,2022(015):126-128.4郑云瑞,郭玉红.煤矿综采工作面供电系统电气设计J.能源与节能,2021(1):126-128.