煤矿井下低压供电系统及短路保护措施研究

2018-12-05李海霞

山东煤炭科技 2018年3期

李海霞

(同煤集团云冈矿电气队，山西大同 037017）

矿井的工作环境都比较恶劣，空间狭小，空气潮湿，涌水量一般都较大，另外高浓度的瓦斯还存在着爆炸的危险。对于采掘工作面的机械设备来讲，其电气设备部分负荷变化大，启动和运行过程都可能造成短路故障，进一步造成电气设备严重破坏的安全事故。因此做好井下供电系统的短路故障原因分析，并有针对性地提出短路保护措施是非常有必要的。本文以同煤集团云岗矿井下供电系统为研究对象，对其短路保护措施进行了实践应用研究。

1 煤矿企业供电系统的要求

煤矿供电系统的四大要求分别是可靠性、安全性、经济性与供电质量。供电的可靠性是指供电可靠，不会造成供电中断现象，否则会因水泵停止排水而造成水灾，局部风机停止工作而造成瓦斯积聚进而引发瓦斯灾害事故。供电质量的指标是电压和频率，要求其不超过规程规定的允许误差范围。供电经济，煤矿井下电气设备的耗电量是比较大的，随着采掘综合机械化的不断发展，电耗在原煤成本中所占的比重必然增加。供电设计一定要从各方面采取措施，尽可能降低耗电量，保证井下供电的经济性。安全性主要是指供电系统的供电过程要保障安全，不能发生短路等用电故障。

2 云冈矿井下供配电现状及供电短路故障分析

2.1 云冈矿井下供配电现状

云冈矿当前有姜站和郭站两处35kV变电站，其向井下提供6kV的供电。当前井下共有15个变电所、中变供矿井主排水水泵，南980所、北980所、945所和北一区域所主要提供大型皮带运输，其余变电所供给综采、工掘系统及盘区运输、排水、供风等，全矿共有高压开关184台，移变120台，660V及以下系统均装有漏电保护装置；现运行工掘队组17个，均实现“三专”“两闭”，双风机双电源切换装置，工掘机组均安装机载断电仪，低压电机装设短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护及远程控制装置。40kW及以上电机使用真空电磁起动器控制，127V供电系统使用综合保护，低压供电系统装设检漏保护。

2.2 云冈矿低压配电系统的接线方法

云冈矿低压断路开关的设置原则与高压系统相同，进行综合考虑来确定。需要特别指出的是，对于云冈矿采区低压设备来讲，在确定设置供电的断路开关时，必须注意考虑它们的特殊矛盾。选择最恰当的模式，尤其是应该从安全供电和有利于生产出发，考虑到采区机电维修人员的日常维修、电气设备的移动和停、送电操作等工作的迅速、方便。这一点过去往往容易被设计和安装人员所忽视。

云冈矿变电所内断路开关的设置。该矿变电所设置一台变压器时，其采用的是典型低压配电系统，按照巷道布置、采掘机电设备的分布情况和相互之间的关系，划分成了相应的几个配电点。变电所内断路开关的设置方法为：变压器的低压侧应设置一台电源总断路开关，相应的检漏继电器必须与低压侧电源总断路开关相连接。采区变电所内分路断路开关的设置数量，取决于由它供电出去的分路数。一般为配出一路，设置一台分路断路开关，而配出分路的数量，要按照该矿采区的布置、配电点的位置、数量和相互之间的关系以及每个配电点的负荷情况，具体进行调配。

2.3 云冈矿井下供电短路故障的原因分析

短路时电流不流经负载，2根或3根导线直接连接形成回路。如相与相之间的短路、相与地之间的短路等。短路主要是由电气设备载流部分绝缘损坏造成的，另外，井下没有漏电保护而长时间存在的漏电故障，可能发展为相间短路。

通过对云冈矿供电短路故障的归纳总结分析得出其发生的原因主要包括以下方面：（1）电气设备内部发生短路。主要有变压器、电动机、开关、继电器等设备，其内部结构因质量不合格问题发生短路故障。设备检修和维护的过程中遗留的金属工具也成为了短路故障发生的起因。电器设备的绝缘性能因潮湿环境受到影响，在被电流击穿后也发生过短路故障。（2）三相短路及相间短路。设备维修过程中发生过多起技术人员忘记拆除短路接线或是遗忘三相短路接地造成的供电短路故障。（3）皮带机等设备电机频繁起动而引发短路故障。（4）电缆爆炸。从短路故障事故中发现电缆接头衔接不严密也会造成故障发生。电缆接头衔接不严密，发生机械挤压过程就会产生物理性损害，破坏电缆的绝缘性能，通电状态下发生击穿现象而造成短路故障的发生。

通过对云冈矿井下供电短路故障的原因分析发现，短路故障的发生不仅需要从技术手段上解决，同时也需要加强电气管理技术人员的培训和管理，降低发生短路故障的概率。

3 加强云冈矿井下供电短路保护的措施研究

以往的供电短路故障给云冈矿造成了巨大的经济损失，急需加强其保护措施的研究。公司供电技术部成立了短路保护措施项目小组，为供电的短路保护提供相应的对策。具体措施如下。

3.1 相敏保护装置的应用

基于相敏保护原理BXLI，XLM1等产品在煤矿供电线路的保护中得到了大量的实践应用，可以实现对供电线路上的正常起动峰值电流故障进行诊断，实现其保护措施的功能。针对云岗矿供电线路的现状，该公司选择RPS10型相敏保护装置。短路发生时有两大特点：（1）短路电流大；（2）功率因数高，在0.95以上。正常工作时，工作面电流小于额定值，功率因数在0.85左右。从实践使用情况看，该相敏保护装置可以完善地处理因机械设备电机频繁起动而引发的短路故障问题。

3.2 电子保护措施的应用

从短路保护灵敏度角度考虑，还对云冈矿供电系统中安装了电子保护措施。空心的互感器作为传感器，复合式的电源保障其工作，杜绝了短路现象的发生。另外智能操控装置、温度控制器和除湿装置可以对短路电源进行控制，保障供电稳定性。电子保护措施的使用能降低云冈矿供电系统三相短路及相间短路故障发生的概率。

3.3 设置光纤纵差保护装置

在云冈矿供电系统中使用矿井专用光纤纵差保护器，该保护器设有电流速断保护功能，能快速实现保护。光纤纵差保护装置的系统组成如图1所示。

该光纤纵差保护装置主要的组成部分有底层设备、光纤通信环网、监控通讯分站和井上监控主机。馈电开关、高爆开关等设备都是通过RS485总线联系进行监控的，可以实现对线路的监控和保护。光纤通信环网、监控通讯分站和计算机系统进行信息的采集、存储和处理，从而进一步实现云岗矿全网供电系统的短路保护功能。

图1 云岗矿光纤纵差保护装置的系统组成图

3.4 提高技术人员技术和加强维修保养管理

云岗矿加强了供电系统技术人员的水平培训，提高他们的理论知识和实践动手能力。对于重要专业设备的维修和管理，审查了技术人员的上岗资质证书。短路故障的另一重要的保护措施主要是加强电气设备的日常维修和保养。采取严格的制度来对维修和保养工作进行规范，另外还制定了相应的监督机制和奖惩机制，管理人员要时常进入到维修现场进行检查和监督，对于存在的问题及时进行纠正。另外对于维修的具体情况，要进行奖惩，保障制度的完善，激发维修人员的积极性和责任心。加强维修和管理可以降低因电气设备质量问题以及相应的维修管理不到位问题导致的短路故障。