煤矿局部通风机供电系统改进

2018-10-23曹瑞军

机械管理开发 2018年10期

曹瑞军

（阳煤集团翼城山凹有限责任公司，山西阳泉 045000）

引言

为了提高井下局部通风机所使用的供电系统的安全性与可靠性，相关法律法规规定：在高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井以及瓦斯涌出量比较大的部位，为保证井下安全，必须使用专用线路、专用开关以及专用变压器对位于掘进工作面的风机进行供电。通过专用变压器、专用开关以及专用线路，采区变电站直接向位于掘进工作面的局部通风机进行供电[1]。

此项法规要求开采工作面和掘进工作面的供电系统各自独立运行，独立的供电系统以及专用的开关、专用的变压器以及专用线路的应用大大降低了供电系统故障，进而有效降低了因供电系统故障而造成的通风机停风以及掘进工作面瓦斯超限事故。但是局部通风机本身故障、局部通风机专用线路故障、局部通风机控制开关故障甚至采掘工作面其他电气设备故障造成局部通风机断电故障都时常发生，造成工作面停风，甚至导致工作面瓦斯超限。因此，亟待对煤矿局部通风机的供电系统做出改进，提高局部通风机供电系统的可靠性。

1 现场概况

某矿为高瓦斯矿井，掘进工作面停风5 min就会导致工作面瓦斯超限，若停风时间过长，一方面会造成排放瓦斯时间过长，还会威胁井下人员、设备的安全。根据记录该煤矿仅在2014年7—8月份就出现了3起由于工作面停风事故：

7月7日，2601工作面的移动变压器出现短路，三采变电所和中央变电所监测到短路电流，35 kV变电所控制内的所有开关柜执行速断操作，导致井下几乎全部断电。

7月27日，2603工作面材料巷Ⅲ段的1 140 V电缆接线盒因为出现三相短路而烧毁，三采变电所和中央变电所监测到短路电流，35 kV变电所控制内的所有开关柜执行速断操作，导致井下几乎全部断电。

8月12日，2607工作面的低压电缆因为受潮，出现了过流，导致三采一段变电所跳闸，三采区全部停电。

三起事故中最严重的一起导致排放瓦斯耗费了一个工作班的时间，不仅严重降低了工作效率，对安全生产造成严重的威胁。

2 事故分析

通过对3起事故进行分析，发现上述事故都是因出现过流而导致上级变电所的高压开关跳闸，使采区断电，局扇停止送风，瓦斯超限。造成事故的根本原因如下：

1）该矿采用的是BGP9L-6型高压开关，该开关没有进行短路保护的时间整定。一旦短路故障的电流过大，比如三相短路，就会使上下级的短路保护同时开启，出现越级跳闸。

2）由于煤矿下面空气湿度较大，电气开关长期在这种环境中会导致机构的灵敏度严重下降，执行跳闸动作的需要的时间增加。

3）井下的高压开关跳闸机构在出现短路时也会造成越级跳闸。

3 改进措施

针对上述故障，提出了安装双风机双电源及自动切换装置和延伸“三专”供电的改进，来提高煤矿局部通风供电系统的可靠性，避免工作面停风以及工作面瓦斯超限事故的发生。

3.1 安装双风机双电源及自动切换通风系统

双风机双电源及自动切换通风系统的具体实施方式为：以原采用“三专”供电的局扇作为主局部通风机，在工作面再安装一部局扇作为副局部通风机，加装的局扇接入掘进工作面的电源，增设QBZ-80/660（380）SF 型自动切换开关，实现主、副两部局部风机的自动切换。并在副局部风机的电路上加装一个BKD20-200型馈电开关和BKD20-400型馈电开关。预先设置好两个馈电开关的漏电动作时间，保证新增馈电开关的灵敏性。此种设置可以避免越级跳闸的出现，避免井下大面积停电。并在主通风机控制开关与动力电控开关之间设置风电闭锁装置，当主风机出现故障停止工作时，动力电控开关就会处于断开状态，虽有副通风机向工作面供风，但工作面仍无法工作，只有当主通风机检修完毕并开始运转后，动力控制开关才能闭合。这种设置可以提醒检修人员及时对主风机进行维修，提高通风系统的可靠性[2]。如图1所示，为双风机双电源及自动切换通风系统的供电示意图。

图1 双风机双电源及自动切换通风系统的供电示意图

该系统的工作原理为：在正常工作状态下，主局部风机保持运行，而副局部风机保持随时可启动的状态。当主局部风机出现故障，停止送风的时候，自动切换装置开始工作，接通副局部风机的电源，副局部风机开始送风。同时将主局部风机的电源断开，避免持续供电造成主局部风机损坏。通过在主、副局部风机的控制开关中增设双风机双电源自动切换装置实现上述功能的。在主局部风机出现故障，停止送风时，主风机的电流会增大，双风机双电源自动切换装置通过检测电流的变化，实现对主局部风机是否故障的判定，然后自动切断主风机的电源，接通副风机的电源。而当主风机的故障被排除后，需人工操作启动主风机，避免对主风机检修时出现突然启动。

3.2 延伸“三专”供电

双风机双电源及自动切换通风系统可以解决由于工作面局部风机本身的故障、控制开关故障和专用线路出现故障导致的工作面停风事故。在一定程度上可以保证工作面通风的连续性。但是该方案不能解决采掘设备电气设备出现故障导致的井下开关跳闸、工作面停风问题。因此，对局部通风机供电系统做进一步的改进。经过分析，采用延伸“三专”供电的方案。

从地面的35 kV变电所6 kV母线的Ⅰ段（或Ⅱ段）接出一线路至井下中央变电所，将此线作为工作面局部通风机的专用供电线，如图2所示。

图2 掘进工作面的局部通风机供电系统图

延伸“三专”供电的具体实施步骤为：在地面设置6 kV局部通风机专用开关柜，通过入井局部通风机专用高压电缆接入井下中央变电所，在仅限中央变电所设有局部通风机专用高压进线开关和局部通风机分路高压开关，然后通过去采取变电所局部通风机高压电缆接入到采取变电所，在采区变电所设有采区变电所高压进线开关和分路高压开关，最后通过主局部通风机专用变压器变压后，经过井下低压电缆，连接到工作面的主局部通风机。

4 现场应用及二次改进

某矿井下局部通风机经过上述改进后，工作面的通风可靠性得到了提高，也没有出现因线路故障导致的越级跳闸从而影响到工作面的通风。但是在半年的工业应用之后，发现随着掘进工作面的不断推进，工作面的机电设备需要频繁移动，因此时常要进行计划停电。如果在计划停电期间，主通风机与主通风机专用供电线路发生故障，就会导致工作面停风，出现瓦斯超限事故。基于此，在延伸“三专”供电改进的基础上实行“双三专”供电，即除主局部风机外，副局部风机也实行“三专供电”，两路“三专”线路来自于非同一变压器。并且规定进行检修或移线时，不能同时对两条“三专”线路进行。必须保证有一部风机能正常运转的情况下，才能对另一条供电线路进行操作。采用“双三专”供电极大地提高了工作面通风的可靠性。