井下高压电网存在的问题及预防措施

阴丽娟

(山西焦煤西山煤电集团公司西曲矿，山西 古交 030200)

电力作为煤炭开采的主要动力，在煤炭生产过程中占有重要地位，矿井电网的运行安全和可靠性是煤炭安全生产的重要保障。特别对于高瓦斯矿井，因无计划停电、停风而导致的瓦斯、煤尘等重大恶性事故时有发生，矿井电网的供电可靠性已成为影响煤矿安全生产的重大安全隐患。

1 当前井下供电存在问题及可能产生的事故

1)越级跳闸。当井下发生短路故障时，几乎都要越级跳闸到地面，引起井下大面积停电。

2)井下6 kV漏电保护没有选择性。包括地面发生接地故障，井下也要跳闸。误跳和无选择性同时存在，导致大面积停电。

3)由于6 kV系统接地故障查找困难，不能及时切除故障线路，长时间接地运行，可能引发井下瓦斯、煤尘、火灾等灾害性事故。

4)井下具备发生弧光接地、谐振过电压的条件，地面曾多次发生，可能引发井下瓦斯、煤尘、火灾等灾害性事故。

5)地面6 kV设施结构性能及执行标准，与井下系统，保护设备配置严重脱节，井上下供电系统都存在较大隐患，有烧毁地面6 kV变电所和引发井下瓦斯、煤尘、火灾等灾害性事故的可能。

2 井下电气故障类型及原因

井下电气故障和单相接地故障这两类故障较多，原因是：

1)移变、运输设备等，移动、振动较大，接头容易松动，发生短路或接地故障。

2)井下潮湿有腐蚀性气体，接头易腐蚀，接触不良，发生过热导致接地、短路故障。

3)电缆和接线盒容易遭受机械伤害，外力破坏几率较高，而发生短路、接地，接线盒松动、脱落等。

4)采用6/3．6 kV额定电压，参数不符合运行要求，应选择6/6 kV额定电压。对地绝缘偏低易发生电缆击穿放炮事故。

5)高低压电缆的热稳定校验管理缺失，按照《煤矿安全规程》应对井下电缆进行热稳定校验，规定各电压等级最小截面，防止火灾事故。

6)井下供电结构级数过多俗称“串糖葫芦”，是事故停电范围扩大的重要原因。

7)目前，某矿接地补偿(消弧线圈)均为欠补偿运行，存在谐振过电压的重大隐患。

8)矿井6 kV系统速断保护配置困难，原因是供电距离短，短路电流没有差别，速断保护基本没有选择性。过流保护配合级差小，时限短，也导致选择性差。

9)井下高低压开关均为交流操作系统，在短路故障时，操作电源电压降低，甚至为零，电容储能性能下降或失效，可能出现开关拒跳故障。

10)交联电缆机械强度、抗弯性能差，在施工过程中容易造成内伤。

3 事故原因分析

1)消弧线圈欠补偿运行产生的危害。

该矿现运行的消弧线圈全部为欠补运行。严重违反《过电压保护规程》、《矿山电力设计规范》，在部分线路故障跳闸和出现容抗等于感抗的谐振状态产生严重工频过电压。引发井下电缆“放炮”，设备烧毁，产生弧光。而且过电压事故不会启动电流保护跳闸直至发生相间短路才会停电跳闸，危害极大。当初选择欠补运行方式是为了使井下功率方向型接地保护能够起作用。事实证明，无论过补、欠补，功率方向型漏电保护都不准确。所以，在《矿山电力设计规范》中明确要求补偿系统，井下高压漏电保护必须采用谐波型漏电保护。更换井下漏电保护装置，实现消弧线圈过补运行是应立即采取的一项安全措施。

2)接地型电压互感器产生的分频谐振过电压。

按照《电力设备过电压保护规程》要求，不接地供电系统的对地电容(接地电流)、对地电感(星形接线电压互感器)的组合处于不利组合时，容易发生分频谐振过电压，击穿电缆、设备，产生弧光而且不跳闸，危害很大。根据实际情况，已采取了抗谐振电压互感器，互感器两端接阻尼器，将地面开闭所互感器由“Y”改“△”型等措施。但井下开关每台均有接地型电压互感器，数量很大。前几年，在井下互感器二次开口中装设了阻尼电阻，取得了较好的效果，因影响防爆性能后来又取消了阻尼电阻。目前，井下系统仍有发生分频谐振过电压的条件。措施有：a)井下开关采用抗谐振电压互感器。b)改变井下中央变电所结构，减少接地型电压互感器数量，每段母线只装一台，供接地保护用。c)在互感器二次开口中接入阻尼电阻。

4 井下电气火灾事故

井下电缆着火事故，从技术层面分析有三大原因。

1)电缆过载、过热引起着火。井下运输机、采煤机等均为衡功率负荷，当电压偏低时，电流成平方增加。电缆容易过载、过热，这种情况对整合矿井比较突出。县区供电能力有限，电压特性较软。经常低电压运行。电缆截面不能按常规计算选择，必须校验热稳定系数，必须留有足够余量。同时要改善电源质量，加粗电源导线，采用调压设备、无功补偿设备。

2)开关拒动。在电缆或设备发生短路时开关拒动，短路电流长期作用在电缆上，易发生火灾。开关拒动的原因很多，有一种较常见，即开关没有可靠的操作电源。当发生短路时，操作电压降低甚至为零，开关失去跳闸动力，低压系统(1 140 V、660 V)较严重。截面小的电缆，热稳定性差，也容易着火。

3)电缆弧光接地、谐振接地、电缆放炮引起电缆着火。电缆弧光接地对矿井威胁较大。首先接地弧光能量大，容易引发瓦斯、煤尘事故，其次是不能快速跳闸，事故进一步发展，引起电缆着火。

5 井下风机专供问题

风机专用电源从中央变电所或地面变电站提供专供电源，为提高风机安全运行创造了条件，确保中央变电所的开关母线带电，保证风机不断电。

要实现这一目标，变电站(所)的保护系统必须达到以下要求：1)中央变电所各配出线开关是以后各级变电所短路保护的最终跳闸开关，要求动作可靠，整定时间符合要求。特别在系统出现短路故障，控制电源低电压的瞬间情况下能可靠动作，这是防止越级跳闸的基本要求。2)系统发生接地故障，中央变电所的进线开关不误动作，是保证出线开关选择性的要求之一。3)中央变电所进线开关，风机专供开关，风机低压开关必须装设延时失压保护，延时达到要求。

6 建议治理措施

采用成本低、见效快、技术成熟的办法，迅速改变井下供电状况。

6．1 近期措施

1)落实井下继电保护设置原则。

a)供井下的地面开关将速断保护改为限时速断，优先下级开关跳闸或者加装纵差保护，取消地面开关速断保护。b)取消井下中央变电所进线开关速断保护和过流保护。如保留过流保护，其整定值和时限要与上级保护相同。c)中央变电所进线开关不设漏电保护。d)中央变电所进线开关设置延时失压保护，应对突发事故。

2)尽快更换6/3．6 kV电缆，提高系统对地绝缘水平。

3)加强重点设备和部位的接头检查、检修。

4)更换部分井下高压开关功率方向型漏电保护(已更换一大部分)，尽快实现消弧线圈过补偿运行，新保护的选型要有前瞻性。具备“单元保护+网络保护”的功能。

5)采用隔离变措施分割系统，降低接地电流，消除接地面或其它线路接地对井下产生影响，提高漏电保护准确性和选择性。特别是整合矿井，10 kV供电系统接地电流、接地方式、过电压水平、保护设置都不清楚，相互影响严重，必须加装隔离变压器，降低与当地电网的关联度。

6)加强新敷设电缆的施工管理，防止造成永久性内伤。

7)按《煤矿安全规程》要求校验，高低压电缆的热稳定性，更换不合格电缆。

6．2 长期目标

1)对高瓦斯矿井采取建35 kV站、分列运行、隔离变等措施，实现分系统供电，每个系统接地电流控制在20 A以下。取消接地补偿，提高选择性漏电保护准确率，实现快速切除接地故障，实现接地保护的时限配合，将故障停电范围缩到最小。

2)增加下井电缆，实现多个中央变电所供电，消灭“串糖葫芦”。

3)井下6 kV系统和低压系统建设“单元保护+网络保护”的模式，实现选择性，在网络故障时单元保护起作用，彻底解决越级跳闸问题。

4)新建井下中央变电所时，应考虑减少接地型电压互感器数量，只在进线开关上装设并选用抗谐振互感器。漏电保护可集中选线也可将二次电压送入每台开关，实现漏电保护，或在电压互感器二次侧加装阻尼电阻，防止谐振过电压。

5)井下供电系统的保护装置和自动化改造，未来几年的发展方向应该是“单元保护+网络保护”，这是实现井下供电选择性、可靠性的根本出路。

6)要求开关厂家研究储能电容失效和性能降低的检查和监测办法，研究低压开关在无交流操作电源的情况下可靠跳闸问题。

［1］ 王 威，张 辉．浅议煤矿井下电缆火灾事故及预防对策［J］．煤炭工程，2005(5)：33－34．

［2］ 任洪军，李 进，从继忠．煤矿井下局部通风机供电系统存在问题及处理方法［J］．煤炭工程，2009(4)：13－14．