煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)的雷電安全防護(hù)措施分析

盧東貴

摘 要：目前煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)已引起廣泛關(guān)注。然而從客觀角度論證分析，此類控制體系的雷電防護(hù)能力相對不是很高，一旦遭遇雷擊，不單會(huì)令系統(tǒng)自身產(chǎn)生特定程度的損害，嚴(yán)重情況下甚至?xí)苯訉?dǎo)致系統(tǒng)失靈，引發(fā)施工現(xiàn)場大規(guī)模的安全事故，威脅到施工和管理人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，文章在理清煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)雷電安全防護(hù)工作的必要性基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際探討這類系統(tǒng)雷電安全的妥善性防護(hù)辦法。

關(guān)鍵詞：煤礦自動(dòng)化；雷電安全；安全措施；防護(hù)辦法

雷擊的破壞具有較強(qiáng)的綜合性，可以順勢細(xì)化出機(jī)械、熱、電效應(yīng)等不同類型的破壞情況，特別是由此而滋生出電磁輻射，往往會(huì)令弱電設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞跡象。煤礦礦區(qū)通常處于空曠或是山區(qū)地帶，引發(fā)雷擊事故的概率相對較高。因此礦井綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)在現(xiàn)場安全生產(chǎn)活動(dòng)中有著極為深刻的影響[1]。但是現(xiàn)實(shí)往往與之相悖，涉及煤礦雷電的設(shè)施安全卻未能得到合理重視。因而盡快探討出有效的煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)的雷電安全防護(hù)辦法尤為必要。

1 煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)主動(dòng)進(jìn)行雷電安全防護(hù)的必要性

煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)歸屬于弱電體系行列，本身抵抗雷電的能力不足，即便進(jìn)行相關(guān)屏蔽設(shè)備引入，滋生感應(yīng)影響的概率也未必能快速縮減[2]。但是煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)活動(dòng)中又發(fā)揮著決定作用。因此，為了保證盡量減少雷電擊打帶來的消極影響，使得煤礦本身可以持續(xù)性地安全運(yùn)營，進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)雷電安全防護(hù)方案的科學(xué)性規(guī)劃布置很有必要。

1.1 有助于大幅度提升煤礦安全生產(chǎn)的績效水平

煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以說與煤礦現(xiàn)場安全生產(chǎn)中的諸多因素維持著極為縝密的關(guān)聯(lián)，包括礦區(qū)排水與通風(fēng)條件的保障、現(xiàn)場環(huán)境危險(xiǎn)程度的檢測、監(jiān)控視頻的錄制和供應(yīng)等，都必須利用煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)加以協(xié)調(diào)性處理。特別是經(jīng)過雷電防護(hù)體系完善化構(gòu)建之后，能夠令上述技術(shù)設(shè)備得到妥善性運(yùn)作的前提下，切實(shí)地為整個(gè)礦井安全體系運(yùn)行的有效性提供一定的支持服務(wù)力度。

1.2 有益于全面保障煤礦生產(chǎn)的生產(chǎn)狀態(tài)

煤礦生產(chǎn)活動(dòng)本身保留著較強(qiáng)的連續(xù)特性，而經(jīng)過煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)創(chuàng)建與運(yùn)營之后，則可以更好地控制這部分生產(chǎn)活動(dòng)的連續(xù)性和最終的能效。特別是經(jīng)過雷電防護(hù)體系日漸完善之后，則可以保證順利規(guī)避因?yàn)闅庀箫L(fēng)險(xiǎn)造成的煤礦停工或停產(chǎn)狀況，進(jìn)一步有機(jī)保障整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)的連續(xù)性。

1.3 有利于將煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)的損壞風(fēng)險(xiǎn)降低到最小范疇

煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)始終屬于弱電系統(tǒng)，其本身的系統(tǒng)承載力可謂是極為有限。一旦說突發(fā)雷擊事件過后，因?yàn)槊旱V自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理設(shè)備，以及傳輸信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)，都將無法全面承受過強(qiáng)的電壓或是電流沖擊，因此，非常容易導(dǎo)致熔斷熱效應(yīng)和擊穿等消極狀況。如若長期放置不管，最終勢必令一切關(guān)鍵性設(shè)備陷于完全損壞的尷尬境遇，給生產(chǎn)企業(yè)造成難以想象的經(jīng)濟(jì)損失。

2 現(xiàn)代我國煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行雷電安全防護(hù)的科學(xué)合理性辦法

2.1 直擊雷防護(hù)的措施

首先，督促有關(guān)技術(shù)人員在第一時(shí)間內(nèi)將接閃線/網(wǎng)進(jìn)行架空處理，否則就是針對單枝或是多枝獨(dú)立的接閃桿實(shí)施安置，之后配合這類相對獨(dú)立的接閃裝置來處理對應(yīng)的接閃事務(wù)。

其次，考慮引入和沿用與自然接閃器規(guī)格要求相互貼合的結(jié)構(gòu)設(shè)施，進(jìn)行必要的防雷設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)，畢竟接閃器只可以針對被三維空間包圍的區(qū)域?qū)嵤┍Ｗo(hù)。

需要注意的是，接閃器的接地與引下系統(tǒng)也存在一定的可靠性，大多數(shù)狀況下有關(guān)技術(shù)人員選取沿用的沖擊電阻為穩(wěn)定在10 Ω以內(nèi)，至于獨(dú)立性的防雷設(shè)施和處于被保護(hù)狀態(tài)的建筑物、井口、鉆孔、管道、電纜等金屬物間的距離，則要盡量保證超出5 m，對應(yīng)人行道彼此的間距則保證不小于3 m。

2.2 電源系統(tǒng)本身進(jìn)行雷電防護(hù)的方式

因?yàn)槊旱V電源線路主要借助地面和井下兩類結(jié)構(gòu)單元布置拓展，因此，在處理這部分線路的雷電防護(hù)工作期間，理當(dāng)結(jié)合上述兩類結(jié)構(gòu)單元狀況加以研究論證。文章主要將煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)作為研究對象，針對當(dāng)中電源系統(tǒng)具體的防護(hù)方式加以論證解析。

首先，地面地緣設(shè)備雷電防護(hù)的技巧。通常狀況下煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)的電源主要利用TN-S接地制式，與此同時(shí)選取4級(jí)保護(hù)方案。電源一級(jí)防護(hù)結(jié)構(gòu)中主要選取波形為8/20 μs、通流容量為100 kA每線的B級(jí)電源電涌保護(hù)裝置，其核心作用是盡量保證其感應(yīng)雷擊過電壓維持在6 kV以內(nèi)；電源二級(jí)防護(hù)結(jié)構(gòu)則是針對TN系統(tǒng)電源組織的第二級(jí)雷電防護(hù)方案[3]，其間應(yīng)該保證選擇波形為8/20 μs、通流容量為60 kA每線的電源電涌保護(hù)裝置，與此同時(shí)注意令線路殘余感應(yīng)雷擊過電壓維系在4 kV以下；電源3級(jí)保護(hù)便需要選取波形為8/20 μs、通流容量為20 kA每線的電源電涌保護(hù)器，同時(shí)規(guī)避感應(yīng)雷擊過電壓超過2.5 kV的現(xiàn)象；電源末級(jí)保護(hù)應(yīng)該確保結(jié)合有關(guān)設(shè)備的實(shí)際狀況，進(jìn)行波形為8/20 μs、通流容量為20 kA每線插座型電源電涌保護(hù)器選擇應(yīng)用，并保證對應(yīng)的感應(yīng)雷擊過電壓不會(huì)超出1.5 kV；至于不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS），應(yīng)該注意將對應(yīng)的直流電源電涌保護(hù)器進(jìn)行并聯(lián)控制，并在后背電源UPS線路的前端位置加以裝設(shè)。

其次，井下電源設(shè)備雷電防護(hù)的辦法。由于井下供電系統(tǒng)電源線路保留一定的特殊性，因此在針對避雷器加以選取應(yīng)用期間務(wù)必要進(jìn)行各類狀況交互式驗(yàn)證分析。如要將對應(yīng)等級(jí)的避雷器在電源線路各級(jí)變配電系統(tǒng)的前端安裝，同時(shí)選擇將安置地面電源設(shè)備避雷器的要求作為參考；又如電涌保護(hù)器（Surge Protection Device，SPD）的啟動(dòng)電壓、漏電壓、殘壓、能量配合等不同類型參數(shù)的選取工作，要予以充分重視，包括660 kV供電的電源系統(tǒng)不得針對常規(guī)啟動(dòng)電壓560 V的避雷器加以匹配，否則會(huì)令避雷器長期維持在導(dǎo)通的狀態(tài)之上，特別是在保護(hù)電器的過程中會(huì)出現(xiàn)跳斷電源的狀況，最終使得整個(gè)生產(chǎn)供電活動(dòng)變得極為不正常；又如SPD保護(hù)要盡量做到多級(jí)控制，必要狀況下可以考慮將高壓防爆專用的避雷器，在采區(qū)、井下中央、礦井地面等等不同類型的變電所前端安置。如若礦區(qū)內(nèi)部經(jīng)常引發(fā)雷擊狀況，則務(wù)必要將專用的避雷器在礦井地面變電所工作面配電點(diǎn)前端和出線端安置。endprint

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)雷電防護(hù)的手法

負(fù)責(zé)進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)木€路務(wù)必要保證選擇屏蔽線纜，與此同時(shí)線纜屏蔽層應(yīng)該覆蓋在煤礦入井井口的區(qū)域之中并進(jìn)行妥善的接地處理，目的是令接地電阻控制在合理的范疇之內(nèi)。

第一，在針對井下分站和主控接口進(jìn)行連接的線路，務(wù)必要將對應(yīng)分站接口形式的避雷器信號(hào)SPD1安置在分站總線進(jìn)線的前端位置上；而在進(jìn)行井下監(jiān)控分站和主控接口連接的線路，務(wù)必要保證將對應(yīng)主控端接口形式的避雷器信號(hào)SPD2安置在主控接口設(shè)備前端之上；面對于主控接口和計(jì)算機(jī)主機(jī)相互連接的線路，則需要將有關(guān)適應(yīng)接口形式的主機(jī)避雷器信號(hào)SPD3覆蓋在主機(jī)的前端；最后基于各類服務(wù)器和交換機(jī)運(yùn)行的必要性考慮，選擇將SPD4適當(dāng)?shù)卦谇岸搜b設(shè)。需要額外加以強(qiáng)調(diào)的是，有關(guān)SPD最好在沿用國際知名品牌的元部件的同時(shí)，保證其反應(yīng)的靈敏性、防爆功能的優(yōu)質(zhì)性、通流容量的較大結(jié)果、插入損耗的狀態(tài)最小等。

第二，務(wù)必要保證端口數(shù)目差距不大，并且接口類型號(hào)相同的多端信號(hào)浪涌保護(hù)器，在不同類型交換機(jī)的前端位置裝設(shè)，與此同時(shí)，更需要將SPD3和SPD4的頻帶范圍加以持續(xù)拓寬，保證和10/100/1 000 Mbps等傳輸速率相互適應(yīng)之后，保留較為理想化的自動(dòng)恢復(fù)和響應(yīng)動(dòng)作、相對不高的殘壓水平和插入損耗、布局相對緊湊的機(jī)構(gòu)，以及安裝的方便快捷性等。另外，還應(yīng)該保證和綜合布線的實(shí)際要求相互貼合，如此才能更為高效率地進(jìn)行日后各類雷電沖擊和浪涌效應(yīng)抵御，即便是經(jīng)過較多次數(shù)的雷電沖擊過后，這部分防雷器始終能夠做到循環(huán)應(yīng)用。需要注意的是，SPD連接之后，必須保證不會(huì)針對電纜的屏蔽效果造成任何消極性影響，具體做法是接地端的接地電阻不超過2Ω的同時(shí)，盡量維持連接線直和短的狀態(tài)。

3 結(jié)語

綜上所述，煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠保證在大幅度提升煤礦生產(chǎn)安全性的基礎(chǔ)上，極力削減有關(guān)安全事故的滋生概率，最終大幅度提升煤礦整體的生產(chǎn)能效。當(dāng)然，煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)不單單進(jìn)行強(qiáng)電系統(tǒng)整合，同時(shí)還需要進(jìn)行完善化的弱電網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建。在該類環(huán)境之下，有關(guān)煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)只具備較低的雷電抵抗能力，如若不考慮將防雷電工作落到實(shí)處，勢必會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)作結(jié)果和現(xiàn)場安全狀態(tài)造成深入影響。希望本文能夠?qū)τ嘘P(guān)煤礦施工和管理人員有所幫助，助力我國煤礦開采事業(yè)呈現(xiàn)出全新的競爭與發(fā)展。

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