煤矿电气设备和供电系统保护探讨

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摘要：作为煤矿井下生产过程中的关键影响因素，电气设备及供电系统的安全运行至关重要，其直接决定着煤矿企业的经济效益。对煤矿电气设备与供电系统保护的意义及常见的相关保护类型进行了详细论述，并具体分析了实现漏电保护功能的装置及保护措施，对煤矿开采中电气设备与供电系统保护作业的开展有一定的参考意义。

关键词：电气设备；供电系统；保护功能

随着煤炭需求量的不断增大，各类煤矿企业发展的规模越来越大。煤矿企业在经济效益不断提高的同时，也不能忽视其生产过程中的安全，其中煤矿电气设备与供电系统的安全至关重要。因此，为了实现煤矿电气设备与供电系统的安全运行，相关企业必须从多个角度出发消除安全隐患，保障煤矿电气设备及供电系统的安全稳定运行。

1煤矿电气设备与供电系统保护的意义

1.1减少火灾发生

火灾对矿采过程的影响不可忽视。实际作业中，火灾的诱发因素众多，但电气设备故障是导致火灾的直接因素，设备短路、设备运行温度过高及电流骤增等，都能引发火灾[1]。正因为如此，技术人员应定期对煤矿电气设备及供电系统的运行状况进行监测，在火灾发生之前排除安全隐患，对某些不可控的因素加以预防，在保障人员安全的前提下提高企业的经济利益。

1.2降低漏电情况的发生概率

漏电在煤矿生产过程中也比较常见，其诱发因素主要有：a)设备所处环境在地下，湿度较大，容易使电路发生腐蚀老化等变化进而导致漏电，不利于设备运行；b)开采过程中一些煤块及壁上的岩石会发生掉落，有时会砸到电缆，对电缆造成破坏进而导致漏电。面对此类问题，相关技术人员应在安装供电系统及电气设备时，将漏电检测系统作为辅助系统进行安装，对低压电缆的电路状况进行实时监测，消除安全隐患，降低漏电概率。

1.3减少过流情况的发生

煤矿生产这类大型工程中用到的电气设备工作功率都较大，长期不间断作业极易出现设备电流大于额定电流的情况。若此差值过大，井下作业就会极其危险，除了影响设备的使用之外，还可能引发火灾，导致安全事故的发生。因此，相关技术人员应合理安排设备的运行，严格控制电流状态，并做好一定的突发情况处理预案，以实现安全生产。

2井下常见的保护类型

煤矿开采的作业环境较为恶劣，因此应在不同的条件下选用不同的电气设备。通常在瓦斯浓度、粉尘浓度较低的条件下，选取一般型的电气设备，其能有效地对安全事故进行预防。针对有爆炸隐患的工作环境，电气设备以隔爆型为主。一般电气设备主要包括高压电气设备和低压电气设备两大类，其负载量可分为一类负载和二类负载。在高压运行期间，为实现供电系统的安全运行，务必保证其处于高电压和高电流状态。如图1所示，目前井下电气设备及供电系统的保护主要分为以下三类：漏电保护、过流保护及接地保护[2]。

2.1漏电保护

如果供电网络绝缘装置的电阻过低，无法达到规定的安全电阻，那么当电流通过人体时就会产生危险。电阻过低除了会引发设备短路之外，还有可能发生漏电现象，对工作人员生命安全造成严重威胁。因此，通常在煤矿供电系统中加装漏电保护装置，通过对系统进行漏电保护和绝缘实时监测，实现供电过程的安全运行。根据功能的不同，漏电保护可分为有选择性和无选择性两类。选择性漏电保护指电网馈出线发生漏电故障时，能正确选出并切断发生故障馈出线的保护功能。一旦遇到漏电事故，一次侧所有电流相加为零，二次侧不会产生电流输出；若遇到电流事故，则一次侧电流相加不为零，同时二次侧会存在一定的电流输出。选择性漏电保护装置对分路开关及状态有一定的要求，能根据需求选择用电范围，可很快找到故障发生的位置及原因，在煤矿电气设备中很常见。无选择性漏电保护采用的是附加直流电源的保护原理，通常是在对地的绝缘监测电路中加上1个直流电路，除了能监视电流之外，还能将电流状况通过信号传输回显示设备，有效实现了对绝缘电阻的监测。实际生产过程中，该系统需与低压自动馈电总开关配合使用。这种装置相比于选择性漏电保护装置来说结构简单、易于控制，但也存在一定的缺陷，即无法进行故障位置的确定及原因分析，目前应用面较小。

2.2过流保护

煤矿生产过程中发生火灾的主要原因之一就是供电系统产生的过电流太大，该故障一般由电路短路、过载等引起，因此应做好过电流保护工作。根据其诱发因素，分两方面进行预防，即过载保护和短路保护。过载就是负荷过大，超过了设备本身的额定负载，产生的现象是电流过大、用电设备发热，线路长期过载会降低线路绝缘水平，甚至烧毁设备或线路。电气设备运行过程中过载的原因诸多，比如负载量增加、电网电压过低等。井下电气设备一般处于长期不间断工作状态，因此会产生大量的热量，加速设备的老化与损坏[3]。过载保护主要需从过载电流上着手，若电流值的设定不合理则达不到相应效果，若设定的电流值小于短路保护电流值，则过载保护不会立即发生，需经历一定的延时过程，过载保护效果一般。通常采用时间继电器进行延时过程的相关控制。过载保护时，技术人员会专门对时间继电器进行控制，切断电源，实现对装置的保护，保障人员作业安全，起到对事故的预防作用[4]。短路的原因通常为设备绝缘部分受到破坏、接线错误或负载错误等。短路后会产生电流骤增的现象，电流甚至会达到正常电流的几倍至几十倍。过流现象的产生极有可能导致整个供电系统瘫痪，引发安全事故，因此，短路保护器件越靠近供电电源端越好，通常安装在电源开关的下面，这样不仅可以扩大短路保护的范围，也可以快速切断电源。

2.3接地保护

一般来说，电气设备外壳由金属材料制成，本身并不带电，但如果设备本身的绝缘装置失去作用，就极易发生触电、漏电事故。根据中国规定的标准，在一般情况下，人体触电的极限安全电流为30mA。在进行接地保护时，一定要严格控制，使通过人体的电流处于安全范围，其主要通过调整接地电阻来实现。

3实现漏电保护的装置

目前，井下电气设备随着煤矿开采的发展不断地得到改进与优化。漏电保护装置也多种多样，根据其工作原理的差异可分为补偿电流型、电流方向型和功率方向型等[5]。目前最为常见的漏电保护装置结构如图2所示。

3.1电气漏电保护装置

漏电保护装置最关键的作用就是对供电系统运行状态进行实时监测以及对电路出现的突发状况做出及时处理，根据具体情况切断电源，进而对电气设备进行保护。正常情况下，熔断器、继电器或接触器等均可以用于电气漏电保护，但考虑到井下作业的实际状况，为防止切断电源所导致的大规模断电严重威胁作业安全，排除灵敏性较差的熔断器，其他两类设备均可用于漏电保护。

3.2现场信号输入装置

现场信号输入装置的主要作用是将电路中采集到的所有信息进行处理后发送给漏电保护装置。其决定着漏电保护装置能否收集到最有效的信息并进行问题判断及处理。

3.3测量装置

测量装置的作用是对现场信号输入装置处理完成的信号进行初步分析，与系统预设结果进行对比，随后将分析结果发送至逻辑判断装置。

3.4煤矿保护装置

煤矿保护装置主要是通过PLC（ProgrammableLgicoControler，可编程逻辑控制器）技术，对接收的信号进行系统分析，来判断设备的开关状态，防止设备故障引发安全事故。

3.5逻辑判断装置

逻辑判断装置在收到测量装置所传输的信号之后，根据判断算法，对所有信息进行整合汇总，做出处理判断。因此，逻辑判断的准确性也是实现电气设备及供电系统保护的关键。

3.6执行装置

执行装置接收逻辑判断装置发出的指令并进行操作，进而有效实现漏电保护功能。并且执行装置不会无故执行指令，只有在检测到系统故障的情况下才会执行[6]。

4保护措施

4.1定期检修供电系统

供电系统在长期不间断作业过程中会受到各种各样因素的影响，导致各种故障的出现。若不及时对故障进行检查处理，则会对设备后期运行产生较大的影响，甚至引发安全事故，难以保障企业及人员的安全。因此，相关技术人员应做好定期的检修与维护，若过程中发现故障或隐患，技术人员应及时进行处理并查明诱发因素，做好预防工作。此外，技术人员还应定期参与培训及交流，以提高应对故障的专业处理能力与操作能力，更好地开展相关维修作业。

4.2尽力实现供电自动化

中国科技的不断进步，使煤矿开采的自动化和智能化水平越来越高。将自动化控制引入供电系统，可对井下电气设备进行安全稳定的供电，保障其运行正常。但是需要特别注意的是，只有电气设备与供电系统的技术人员具有完善的知识框架和操作经验，并具备系统的分析能力，才能更好地应用自动化供电系统[7]。

4.3加强触电保护

煤矿生产这类大型工程中用到的电气设备功率都较大，因此极有可能发生触电事故，严重威胁着工作人员的生命安全。因此，企业应更加重视对触电事故的预防与处理，在事故发生之后第一时间进行处理与补救，并对整个供电系统进行定期检修与维护，保证供电期间电路电压一直处于稳定状态以及绝缘保护装置良好等，消除安全隐患，达到预防触电事故的目的。若漏电情况已经发生，就要及时进行处理，排除一切不利因素，以防止二次事故的发生。

5结语

煤矿生产中电气设备与供电系统的运行状态对作业过程安全及企业经济利益有着直接的影响。实际生产过程中影响电气设备与供电系统安全的因素诸多，因此相关技术人员除了需具备完善的专业知识体系及丰富的操作经验之外，还应提高自身的安全防范意识，严格执行与监督设备维护与管理工作，确保电气设备和供电系统都处于一个稳定的运行状态，进而保障人员的生命安全和企业的经济利益。

作者：王全明 单位：晋能控股煤业集团同发东周窑煤业有限公司