基于层次分析的煤矿供电系统事故原因与应对措施

封治国

(同煤集团煤峪口矿，山西 大同 037003)

0 引言

煤矿供电和供电安全是煤炭行业非常受关注的重要方面。煤矿供电和供电安全的要求，主要是供电系统可靠性和安全性的要求，也就是安全可靠地满足煤矿生产所需要的电能，这对保障煤炭正常生产以及矿工的生命安全具有十分重要的意义。对煤矿供电系统进行安全评价与分析并制定相应的措施，也是十分必要的。本文针对煤矿供电系统主要问题，分析其原因，建立基于AHP的评价体系，并提出了针对性措施。

1 煤矿供电系统常见的问题

1.1 电气设备连接处发热

在煤矿井下生产过程中，会出现负载过大、接触不良或者化学腐蚀等情况，这些现象会导致井下电气设备连接处接触电阻增大产生高温。高温会使得连接处的结合面氧化速度变快，进而造成接触不良，影响供电系统的正常稳定工作。如果故障没有及时解决，还能导致失火、设备损毁等问题，严重时会使整个供电系统陷入瘫痪。这一问题最易发生在高压开关柜内的封闭母线上。

1.2 继电保护整定难度大

目前，在对煤矿供电系统进行继电保护的整定计算和配置时，通常是以供电部门提供的整定数据为基础，但是，由于不同煤矿供电方式不一样，甚至同一煤矿的供电系统运行结构也不一样，同一电压的配电级数过多，复杂的供电线路和负荷分配，使得继电保护的整定难度较大，易出现越级跳闸。

1.3 系统谐振现象

煤矿供电系统是中性点不接地系统，所以在变电所的母线上会有电磁式电压互感器，当供电系统运行状态正常的时候，电磁式电压互感器的励磁阻抗非常大，并保持三相电基本平衡，中性点的电压非常小；但是，如果由于一些原因导致接地故障或者线路故障，那么电磁式电压互感器的三相饱和程度会产生很大的差异，就会造成导线电容或者其他设备的杂散电容之间产生谐振回路，导致谐振过电压产生，影响电气设备的绝缘并造成绝缘故障，严重时更有可能由于过流而将设备损毁，同时还会对过压保护装置产生不良影响。

1.4 谐波污染现象

随着电力电子技术的高速发展，大量的电子技术运用在了供电系统或用电设备中，使得系统出现谐波，对煤矿供电系统产生了较大的影响。谐波的产生主要是由于可控硅、变频器等功率电子元件的运用而没有必要的谐波抑制手段，导致供电系统电网波形发生畸变，严重影响供电的质量和稳定性。

2 煤矿供电事故的评价及应对措施

2.1 评价体系建立

在煤矿供电系统中，导致事故发生的原因主要有3个方面，即物的原因，是由于设备或者零件故障而引发的事故；环境的原因，由于工作环境恶劣使得煤矿供电系统工作状态、维护等面对较大困难，易发事故；人的原因，人的因素也是导致煤矿供电系统事故的重要原因之一。

通过分析，建立安全评价体系，对3大原因进行详细指标确定，最终得到评价体系如图1所示。

图1 评价体系结构示意图

2.2 评价体系的计算分析

判断矩阵的建立：在AHP分析法中，判断矩阵的建立是通过对各个指标相互比较而得到量化标度。标度值为1代表相比较的两因素一样重要，9代表相比较的2个因素中第一个因素绝对重要，1～9之间的取值与之类似。因此，构建A-B层、B-C层的判断矩阵分别为

权重计算：在AHP分析法中，不同因素的重要程度是通过权重计算获得的，权重计算即对应矩阵的特征向量与特征值。计算结果如下

HA=[b1，b2，b3]T=[0.605，0.292，0.103]T，λmaxA=3.037

HB1=[c1，c2，c3]T=[0.575，0.274，0.151]T，λmaxB1=3.698

HB2=[c4，c5，c6]T=[0.694，0.149，0.157]T，λmaxB2=3.774

HB3=[c7，c8，c9]T=[0.477，0.333，0.190]T，λmaxB3=3.500

由HA可以看出，在A-B层中，物的因素(b1)权重最大(0.605)，是导致供电故障的主要原因；另外，人的因素权重比环境因素权重高。

根据HB1、HB2和HB3可以看出，权重较大的为c1、c2、c4、c7、c8，显然，这些方面对安全管理效果的好坏影响较大。

计算各因素对最高层的影响权重是通过下式得出的

Q=[q1,q2,…,q9]T

(1)

qk=ckbl

(2)

k=1，2，3时，l=1；k=4，5，6时，l=2；k=7，8，9时，l=3。

式中：Q—因素C1、C2…C9对A层影响的权重向量；qk—C层因素对A层影响的权重值；ck为C层因素对B层影响的权重值；bl为B层因素对A层影响的权重值。

计算可得总排序为：Q= [0.348，0.166，0.091，0.203，0.044，0.046，0.049，0.034，0.020]T，说明影响最大的按顺序分别为线路可靠性(c1)、人员培训(c4)、设备的老化和维护(c2)，这些应该作为煤矿供电系统重点注意的因素。

一致性检验：在AHP分析法中，一致性检验是对判断矩阵构建是否合理的检验。分为单层一致性检验与总一致性检验。

(3)

总一致性检验

(4)

式(3)中，RI为平均随机一致性指标，取值见表1。

表1 平均随机一致性标准

经检验，结果均具有满意的一致性。

2.3 应对措施

根据AHP计算所得的因素权重，可以有针对性地提出解决煤矿供电事故的方法。

合理电网结构和运行方式：要想保障煤矿供电系统的高效安全运行，必要的前提条件就是电网结构和运行要合理。①必须保证线路的精干，也就是避免冗余线路和迂回线路导致供电系统过于复杂，还要尽量使用独立的电源结构；②提高供电能力可以采用加大电力线路和电缆的截面积，打通阻滞环节；③变电所和配电点的位置一定要符合尽量靠近负荷中心的原则，缩小电网半径，同时要合理安排变电所数量；④必须严格按照《煤矿安全规程》要求，设置双回路电源，并保证每条电源线路都能承担足够的负荷；⑤对关乎煤炭安全生产的重要设备，如通风机、排水泵、提人绞车、瓦斯抽采泵站、空压机站等要采用双重电源供电。

提高管理水平和员工素质：对于煤矿安全供电来讲，管理人员和技术人员的素质高低是非常重要的一个因素。对管理人员而言，在考核所有技术人员的过程中，要严格按照规定进行，所有技术人员都必须持证上岗，必须签订安全责任书。对技术人员而言，一定要专业水平过硬，定期进行培训和考试。企业还可以鼓励学徒制度，老同志带新同志，把在技术岗位上的经验传承下去。此外，企业应该多组织事故演练，组织安全讲座，进行安全宣传，从多个角度多个方面不断提升员工的素质和安全意识。

增加设备资金和安全投入：目前，我国一些煤矿的采掘工作面所采用的设备与国家标准还存在着不小的差距，没有对存在隐患、高耗能设备进行全面淘汰，使得供电系统存在安全隐患，既降低了安全系数又增加了生产成本。因此，煤矿企业应该严格执行国家标准，增加新设备资金投入，更新或者改造未达标的设备。引入新技术，减少能耗和污染，提高安全系数。另外，企业应当在安全培训、安全管理等方面增加投入。通过培训，提高员工技术水平和安全意识；通过安全管理，杜绝员工违章操作。

3 结论

(1)介绍了煤矿供电系统存在的电气设备连接处发热、继电保护整定难度大、系统谐振现象以及谐波问题，从物、环境以及人的因素等方面对煤矿供电安全事故产生的原因进行了分析，建立了基于AHP的供电系统事故分析评价体系并进行了定量计算分析，对煤矿供电存在的问题和原因有了深入的认识。

(2)通过分析，设备可靠性、人员培训、设备的日常维护与巡检是供电系统安全管理体系中最重要的几个因素。针对这些因素，从合理电网结构和运行方式、提高管理水平和员工素质、增加设备资金和安全投入等方面提出了解决煤矿供电事故的应对措施，具有一定的社会意义。