淺談煤礦井下配電系統(tǒng)現(xiàn)狀和存在安全隱患分析

內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司西露天煤礦 王 旭

引言

近年來，隨著煤礦行業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的人開始關(guān)注煤礦井下安全問題，而井下配電系統(tǒng)發(fā)揮著十分重要的作用。一旦煤礦發(fā)生此類煤礦安全生產(chǎn)事故，不僅極有可能會(huì)對(duì)廣大煤礦企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營造成嚴(yán)重社會(huì)影響，且極有可能會(huì)對(duì)相關(guān)工作人員的人身財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生極大嚴(yán)重威脅，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)煤礦井下供電系統(tǒng)安全問題進(jìn)行深入研究，并提出解決措施顯得十分重要，進(jìn)而可以保障供電系統(tǒng)的正常運(yùn)作，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)收益。

本文首先介紹井下井上配電站供電系統(tǒng)的安全現(xiàn)狀并首先闡述其現(xiàn)狀和安全必要性，其次對(duì)我國煤礦井下井上配電設(shè)備系統(tǒng)安全技術(shù)問題現(xiàn)狀進(jìn)行深入分析，最后重點(diǎn)提出我國煤礦井下井上供電設(shè)備系統(tǒng)安全技術(shù)問題解決對(duì)策措施，希望本文可有效保障我國煤礦井下井上供電安全系統(tǒng)的設(shè)備安全性和運(yùn)行穩(wěn)定性，使得煤礦企業(yè)可以正常工作，進(jìn)而獲得更多的經(jīng)濟(jì)收益，推動(dòng)煤礦企業(yè)的長久發(fā)展。

1 煤礦給電電源的現(xiàn)狀

由于目前我國大型煤礦設(shè)備生產(chǎn)的電源行業(yè)環(huán)境特殊性，礦井主要通風(fēng)井的電源通風(fēng)機(jī)、主要泵排氣的礦井水泵、升降機(jī)和工作人員的礦井專用的獨(dú)立井電源供電線路提升機(jī)等電源供電線路負(fù)荷等，都只能屬于一類電源供電線路負(fù)荷，要求回路礦井電源供電必須安全可靠，因此《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定：礦井應(yīng)當(dāng)有兩回路電源線路（即來自兩個(gè)不同變電站或來自不同電源進(jìn)線的同一變電站的兩段母線），當(dāng)任一回路發(fā)生故障停止供電時(shí)，另一回路應(yīng)當(dāng)擔(dān)負(fù)礦井全部用電負(fù)荷。

根據(jù)《煤礦安全生產(chǎn)基本條件規(guī)定》第13條有關(guān)規(guī)定，礦井管理應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格保證礦井雙回路高壓電源連接線路安全供電。"每一礦井應(yīng)有兩回路電源線路"是指礦井應(yīng)有2個(gè)或2個(gè)以上的分別不同的回路電源專用線路，而很多大型礦井在進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)及施工管理過程中，沒有嚴(yán)格按照這一相關(guān)規(guī)定予以執(zhí)行，特別是針對(duì)一些同時(shí)建有不同礦區(qū)多個(gè)發(fā)電廠的大型礦井，為同時(shí)節(jié)省大量電費(fèi)、提高礦井運(yùn)行的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)常出現(xiàn)兩回路電源引自同一工作區(qū)域一個(gè)變電所或礦區(qū)發(fā)電廠，在這種正常情況下，兩回電源線路即使經(jīng)常是同時(shí)引自不同的母所或線段，有時(shí)也不會(huì)存在可能導(dǎo)致雙回路電源同時(shí)退出失電的危險(xiǎn)。

2005年在某大型礦區(qū)一個(gè)發(fā)電廠就曾經(jīng)出現(xiàn)過類似的失電事故，當(dāng)時(shí)該礦區(qū)供電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)就是兩回電源線路同時(shí)引自同一礦區(qū)發(fā)電廠的不同交流母線段，但礦區(qū)發(fā)電廠在一條交流母線由于多次檢修事故退出正常運(yùn)行，正當(dāng)一對(duì)礦井一個(gè)供電所的電源從其中一條交流母線停電倒至另一條母線時(shí)，由于一條待電線倒電導(dǎo)至的一條母線段所支持的陶瓷瓶內(nèi)的絕緣外殼損壞、從而出現(xiàn)供電短路，導(dǎo)致一個(gè)變電所內(nèi)的繼電保護(hù)停止動(dòng)作，導(dǎo)致發(fā)電廠一臺(tái)大型發(fā)電機(jī)組同時(shí)解列，由該一條母線進(jìn)行供電的5對(duì)大型礦井電源供電全部同時(shí)中斷。該停電事故導(dǎo)致其直接進(jìn)入供電站的礦區(qū)系統(tǒng)中斷長達(dá)47min[1]。

井下供電系統(tǒng)最終的目的是保障井下工作的順利完成。通常是指在井下工作時(shí)，設(shè)備所需要通過地面連接到煤礦井下的電纜、輸電、變電等的整體。

煤礦電力機(jī)械設(shè)備大多數(shù)是直接依靠井下電力設(shè)備完成。因此，電力設(shè)備是保證煤礦正常經(jīng)營生產(chǎn)的重要?jiǎng)趧?dòng)能源，而保證煤礦井下電力供電控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，可以有效保障廣大煤礦企業(yè)的正常生產(chǎn)供電，對(duì)煤礦企業(yè)生產(chǎn)有著十分重要的影響。如果井下煤礦供電控制系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定性問題無法及時(shí)得到有效保障，則也就無法有效保障正常井下供電，這樣不僅反而會(huì)嚴(yán)重影響井下煤礦正常供電工作，而且還會(huì)加劇機(jī)械設(shè)備損害程度。

另外，若井下通風(fēng)供電供氣系統(tǒng)長期無法正常工作運(yùn)行，會(huì)嚴(yán)重影響井下通風(fēng)系統(tǒng)為井下空氣輸送大量新鮮空氣，會(huì)導(dǎo)致井下施工工作人員氧氣不足而出現(xiàn)窒息的情況?？傊?，井下配電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備安全性和運(yùn)行穩(wěn)定性，可以有效保障廣大煤礦生產(chǎn)企業(yè)的正常生產(chǎn)工作，提高煤炭資源開采工作效率，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)收益[2]。

2 煤礦井下配電系統(tǒng)安全問題分析

2.1 主變壓器容量不足問題

在整個(gè)井下煤礦生產(chǎn)企業(yè)安全生產(chǎn)經(jīng)營過程當(dāng)中，如果井下配電工作站的負(fù)荷量過大，超出井下配電系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)中的容量控制標(biāo)準(zhǔn)，則有可能會(huì)無法做到最大化地發(fā)揮井下主電源變壓器的保護(hù)作用，不僅無法有效保障井下配電系統(tǒng)的工作安全性和運(yùn)行穩(wěn)定性，還會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，進(jìn)而影響煤礦的生產(chǎn)。若在較長的工作時(shí)間里長期處于一種低散熱效率的工作情況下，很容易對(duì)配電主機(jī)的變壓器性能造成不良影響，進(jìn)而可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)供電散熱系統(tǒng)的其他相關(guān)散熱設(shè)備可能出現(xiàn)高頻發(fā)熱、損壞的情況，甚至可能會(huì)直接使得部分煤礦安全生產(chǎn)、企業(yè)機(jī)械設(shè)備安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重危害影響，而且也甚至可能會(huì)直接使煤礦安全生產(chǎn)事業(yè)單位及其工作人員的人身財(cái)產(chǎn)安全無法及時(shí)得到有效率的安全保障。

2.2 諧振問題

煤礦井下勵(lì)磁配電線路系統(tǒng)大多為中性，通常不會(huì)與任何地面物體進(jìn)行任何接觸，一般都主要是通過母線與電磁式接地電壓阻抗互感器母線相連，兩者的母線相連位置會(huì)直接產(chǎn)生一種較大且均衡的勵(lì)磁電壓阻抗。在整個(gè)系統(tǒng)日常運(yùn)行管理過程中，無故障存在且當(dāng)進(jìn)行一些相關(guān)維護(hù)操作后，互感器三項(xiàng)電壓飽和度的程度也將會(huì)直接受到諸多客觀因素的直接影響，存在較大的差別。這主要是由于井下電氣配電控制系統(tǒng)一旦受到中高壓導(dǎo)線或高壓電容等多種因素直接影響，會(huì)直接產(chǎn)生諧振放電問題，進(jìn)而可能引發(fā)過度高壓放電情況，從而對(duì)井下電氣設(shè)備或者絕緣體的性能也會(huì)產(chǎn)生不良影響。若這種情況相對(duì)嚴(yán)重，會(huì)直接造成供電設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。

與此同時(shí)，配電網(wǎng)絡(luò)其中的兩個(gè)保險(xiǎn)絲也可能會(huì)同時(shí)受到驅(qū)動(dòng)電流阻力過大的因素影響，出現(xiàn)燒壞的情況。此外，也會(huì)導(dǎo)致井下電壓誤動(dòng)互感器在正常運(yùn)行操作過程中可能出現(xiàn)電壓誤動(dòng)的安全情況，這些安全問題或多或少都會(huì)對(duì)井下供電系統(tǒng)安全產(chǎn)生不良影響。

2.3 雷擊、漏電事故問題

雷擊就是雷電進(jìn)入井下而引發(fā)的安全事故。出現(xiàn)這種問題的最大原因是煤礦缺少良好的安全意識(shí)，且未做好雷電設(shè)施的檢測工作。若在生產(chǎn)過程中防雷設(shè)施存在問題，會(huì)使得雷電進(jìn)入井下對(duì)供電系統(tǒng)造成傷害，從而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。一般雷電進(jìn)入井下會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生火花，造成供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路，進(jìn)而出現(xiàn)斷電的情況，影響企業(yè)正常生產(chǎn)，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失；漏電事故是井下供電系統(tǒng)常見的問題。由于井下光線較暗，相關(guān)工作人員無法第一時(shí)間觀察到設(shè)備線路的老化和漏電問題，久而久之，若不及時(shí)解決設(shè)備線路老化和漏電問題，則會(huì)造成更為嚴(yán)重的問題，使得煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)和形象受到影響[3]。

2.4 高壓防爆開關(guān)應(yīng)用故障問題

在煤礦井下應(yīng)用具有絕緣保護(hù)性能的高壓防爆開關(guān)時(shí)，由于在設(shè)計(jì)初期階段未對(duì)變壓器高壓、低壓設(shè)置連鎖保護(hù)設(shè)備，進(jìn)而會(huì)使得供電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在短路、漏電等問題。此外，若高壓負(fù)載開關(guān)存在接觸不良的問題，則可能會(huì)引發(fā)弧光或放電的情況，出現(xiàn)高壓斷電的情況，嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

2.5 實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)自動(dòng)化水平低

現(xiàn)今井下配電系統(tǒng)的安全系數(shù)并不高，是配電系統(tǒng)由于受當(dāng)時(shí)施工技術(shù)條件和所投入資金的制約，且部分企業(yè)為謀取暴利，礦井低壓配電設(shè)備均未能配備供電安全信息檢測監(jiān)控系統(tǒng)，或是配電系統(tǒng)監(jiān)控范圍不到位，從而造成了井下供電的綜合運(yùn)營工作數(shù)據(jù)信息無法實(shí)時(shí)傳遞回地面，使相關(guān)供電調(diào)度人員無法及時(shí)了解井下供電工作狀況，對(duì)可能出現(xiàn)的安全隱患和故障也無法及時(shí)進(jìn)行有針對(duì)性的檢查操作和補(bǔ)救決策，從而導(dǎo)致了火災(zāi)事故規(guī)模更加擴(kuò)大，并產(chǎn)生了大量的人身、經(jīng)濟(jì)損失。

3 煤礦井下配電系統(tǒng)安全問題解決措施

3.1 完善井下配電繼電保護(hù)方案

繼電保護(hù)設(shè)備繼電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是為確保煤礦井下配電作業(yè)安全性的關(guān)鍵，完善井下配電系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方案、并對(duì)井下繼電保護(hù)設(shè)備裝置功能進(jìn)行不斷改善，從而大大提高井下配電作業(yè)系統(tǒng)的工作可靠性和設(shè)備工作系統(tǒng)速動(dòng)性。因此，對(duì)于煤礦高壓井上發(fā)電控制動(dòng)力設(shè)備和井上高壓井下控制發(fā)電動(dòng)力設(shè)備，如井下煤礦專用高壓控制動(dòng)力設(shè)備電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力變壓泵和電源變壓器等，主要按照井下煤礦相關(guān)繼電作業(yè)技術(shù)規(guī)范及其技術(shù)功能要求，分別設(shè)置井下繼電過程超負(fù)荷、欠壓井下充電電源釋放、短路保護(hù)等級(jí)以及保護(hù)設(shè)備用電安全功能。

對(duì)于井下煤礦高壓配電設(shè)備作業(yè)系統(tǒng)、井下繼電保護(hù)功能設(shè)計(jì)方案的保護(hù)功能設(shè)計(jì)，需根據(jù)井下供電設(shè)備作業(yè)系統(tǒng)設(shè)備主要用電的電源過負(fù)荷欠壓電源釋放類型、分布欠壓電源釋放位置及井下繼電保護(hù)設(shè)備功能設(shè)置等級(jí)及其需要，有針對(duì)性地對(duì)其功能進(jìn)行繼電優(yōu)化保護(hù)設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)的井下繼電保護(hù)技術(shù)以及保護(hù)措施等，有效率地減少井下配電作業(yè)安全事故的發(fā)生，提高井下配電作業(yè)系統(tǒng)供電的設(shè)備工作系統(tǒng)安全性、可靠性，以利于有效保證井下配電設(shè)備開采保護(hù)工作能夠順利完成[4]。

3.2 減少諧振問題

在礦井煤礦安全生產(chǎn)經(jīng)營過程中，井下配電進(jìn)出系統(tǒng)一般選擇采用中性進(jìn)入方式，而線性鐵磁電阻諧振則是可能造成井下配電進(jìn)出系統(tǒng)產(chǎn)生電磁式驅(qū)動(dòng)電壓、而使互感器系統(tǒng)損壞的主要影響考量因素。因此，在井下配電進(jìn)出系統(tǒng)中，可在大于切口的井下三角側(cè)選擇使用非線性鐵磁電阻的手動(dòng)進(jìn)入進(jìn)出方式，以鐵磁電阻器使用串聯(lián)的進(jìn)入方式減少諧振問題的發(fā)生。還可以選擇通過焊接供電線路系統(tǒng)內(nèi)的中性點(diǎn)焊來開展，而消弧器與線圈的互相連接也是工作的一種方法，促使電感和電壓參數(shù)產(chǎn)生變化，進(jìn)而最大化減少諧振情況的發(fā)生。

3.3 雷擊、漏電事故預(yù)防措施

如果想要保障井下供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需根據(jù)防雷接地布局方案合理進(jìn)行接地工作，并需嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)則開展防雷設(shè)施的測試工作，保障接地工作的科學(xué)性和規(guī)范性。同時(shí)還需安裝漏電保護(hù)措施，如井下供電系統(tǒng)存在漏電或超出安全電流的問題，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳閘并提示故障點(diǎn)，進(jìn)而為檢查工作提供方便。此外還需對(duì)配電盤和電力電纜定期開展檢查工作，最大化減少漏電情況的發(fā)生。

3.4 電的安全

煤礦電纜生產(chǎn)主要作業(yè)是井下電纜作業(yè)，工作場地環(huán)境惡劣、特殊，受自然地質(zhì)地理?xiàng)l件等各種自然環(huán)境因素等的影響，為有效提高井下煤礦長距離電纜輸電的安全性和可靠性，避免漏電事故的頻繁發(fā)生，可采取提高井下電壓敏感等級(jí)、裝設(shè)電壓相敏控制裝置實(shí)現(xiàn)分段井下供電，同時(shí)增大井下電纜截面積。根據(jù)井下電纜供電實(shí)際使用情況，實(shí)時(shí)編制調(diào)節(jié)井下供電布置方案，以有效保證井下電纜供電安全[5]。

3.5 提高在線監(jiān)測系統(tǒng)范圍

在進(jìn)行工作操作時(shí)，必須保證機(jī)械設(shè)備配電系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在煤礦井下采用設(shè)備狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控體系，進(jìn)行煤礦井下配電全過程動(dòng)態(tài)監(jiān)管，通過煤礦井下設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)井下供電系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況及特性進(jìn)行監(jiān)控，通過所監(jiān)控的有關(guān)特征信息來確定井下供電問題，通過對(duì)供電問題出現(xiàn)部位做出迅速、正確的判斷，進(jìn)而針對(duì)性地提出切實(shí)可行的方法，有效截?cái)嘞鄳?yīng)事故部位的供電，并確保非事故部位不受干擾，進(jìn)而保證無事故部位供電安全。