煤矿供电设备的安全防护与电气保护技术措施探析

孙 飞

（陕西省何家塔煤矿，陕西 榆林 719300）

0 引 言

我国社会经济的发展和科技水平的进步增加了煤炭资源消耗量，也推动了煤炭开采方式发生了新的转变，大量供电设备的应用对煤矿的安全防护提出了更高要求。煤矿供电设备的安全防护是一项重大的系统性工程，从设备的采购、使用、验收及日常检查检修，任何一个环节出现问题都可能引发重大灾难。因此，对高危险性的煤矿电力生产和运行，除加强过流、漏电和接地3种电气保护之外，还要定期对防爆电气设备进行细致入微的检查和维护，有效评估其安全性和可实用性，出现不达标情况时及时检修或更换。

1 煤矿供电设备存在的问题

很多煤矿企业存在电源设计不合理现象。基于经济利益，煤矿企业在扩大生产的过程中没有顾及到电路改造。电力设备不断增加，煤矿生产耗费的电能越来越多，却缺乏与之匹配的电能系统支持，导致煤矿电力设备在用电过程中出现用电漏洞。缺乏安全的用电环境，给井下作业造成了安全隐患，对煤矿工人的生命安全形成了威胁。煤矿作业很大部分属于井下作业，在恶劣的矿井环境中，电路极易受外界环境腐蚀影响发生故障，对供电设备保护不善易缩短电气设备的使用寿命，影响矿井电能的正常供应和开采，还可能加大电能消耗，在矿井设备发生故障时引发重大安全事故。此外，很多煤矿企业缺乏安全意识，一味追求产量，忽视对供电设备的安全防护和管理，期望一次性投入的电气化设备系统能够使用终身，忽略了对电气设备的后期维护，加大了设备出现故障的可能性。因此，在煤矿生产过程中，管理者要重视对电气设备的维护，强化设备安全运行，确保供电线路符合《规程》相关规定[1]，做好地面供电线路、防爆电气设备以及井下电网过流、短路保护等的安全检查。

2 煤矿供电设备的安全防护

2.1 系统化设计煤矿供电系统

矿井供电系统主要由煤矿地面变压器、配电装置和供电线路等将电源输送给中央变电所，再经过变配电及其供电线路送至电气设备。缺乏系统化的煤矿供电系统，易在用电过程中出现漏电现象，进而引发瓦斯、煤尘爆炸或造成人身触电，给煤矿企业带来损失。因此，要加强对煤矿供电系统的系统化设计，尤其是其过流保护、漏电保护和接地保护3大保护，确保为生产作业提供稳定、可靠与安全的供电，不在供电系统和电气设备中增加额外部件，必须设置时需符合相关规定。

2.2 采用综合保护装置

在煤矿开采不断发展的过程中，对其供电设备的安全防护措施也在不断创新。有些变电站开始使用综合自动化系统即综自系统，成为保证煤矿供电安全和经济运行的重要技术手段。矿井作业环境较差，设计采用新型综合保护装置时，要根据井下作业环境具体分析，采用性能稳定、体积小、方便维修的新型供电保护系统。根据矿井电气设备保护的相关规定，井下电力网的短路电流不得超过其控制用断路器的开断能力，井下配电网路必须具有过流、短路保护装置，并用该配电网路的最大三相短路电流校验开关设备的分断能力、稳定性能以及电缆的热稳定性[2]。现在广泛应用于各变电站的在集散式综合自动化系统能通过计算机手段实现对电路设备的监控和保护，提高供电效率的同时减少运行压力，具有管理集中和控制分散的特点，为员工的人身安全安全奠定了基础。在针对煤矿环境设计变电站综合自动化保护装置时，设计单位和相关专业技术人员要对变电站综合自动化系统发展史和该矿地发展趋势有清晰的认识，才能在投入使用时真正实现自动化的供电设备保护。

2.3 强化对供电安全的重视和管理

管理人员对供电设备状态的重视程度十分重要，直接影响检修人员对待工作的态度。加强对煤矿供电设备的安全防护，需要领导和管理者提升对供电设备安全性的重视，从而对生产线实行全方位管理。在供电保护和日常生产过程中，供电设备和用电设施必须依照规范使用，严格按照煤矿生产要求进行，建立岗位分工并具体化到每个管理环节的负责人。各项与电力操作相关的工作，都需经过审核确定安全后操纵。定时检修，加强对供电设备系统性的安全检查，保证矿用电气设备和供电线路符合《规程》相关规定。确认井下电网漏电保护和煤电钻综合保护灵敏可靠、安全监控装备符合要求以及井下设备检修和停送电作业按章操作，发现故障后及时维修，杜绝安全隐患；出现电路问题时立即停止生产，启动设备应急办法，以员工的生命安全为重。只有管理者认识到安全供电的重要性，操作员才会重视按规作业，才能在保证供电设备在安全的环境下顺利完成生产工作。

3 煤矿供电设备的电气保护技术

3.1 高压防爆配电设备

煤矿常用的电气设备可分为一般型电气设备和矿用防爆型电气设备。一般型电气设备具有一定的防护功能但并不防爆，可用于煤矿地面使用，但采掘工作面必须使用防爆型电气设备。现阶段，我国大多数矿井和综采工作面都配备了高压防爆配电装置。目前，常使用的高压防爆真空配电装置采用综合保护器、高压真空断路器以及电能计量保护装置对供电设备实行综合保护，增加了供电设备的可靠性。此外，相关井下电气设备操作人员应当适当学习掌握相关防爆技巧保障供电安全，如本质安全技术、超前切断电源和快速断电技术，通过屏蔽电缆和漏电继电器的相互配合，超前切断电源或在故障发生时形成最小时间快速断电。

3.2 高压开关柜保护技术

高压开关柜可以提供对供电设备漏电和瞬时短路的保护，以控制电器、保护电器和测量电器等相关高压电器装配在封闭或敞开的金属柜体内作为电力系统中接受和分配电能的装置。一般在空气温度不超过40 ℃的环境中使用。近几年，电厂自动化和信息化的高速发展加快了高压开关柜对温度检测技术的研究，一系列无线检测技术应运而生，提升了继电器的稳定性和安全性，进一步增强了安全保障的水平。这种保护装置具有操作简单、稳定性强、维修保养方便等优点。此外，现代化科技发展促进供电保护装置由电气保护向电磁保护转变，推动了自动化保护技术的发展。

3.3 低压供电设备保护技术

煤矿企业的低压供电设备与一般的低压配电系统相似，由配电变电所、高压配电的线路、低压配电电路及其相应的控制保护设备组成。目前，低压智能配电房通过一体化的终端实现配电房的自动化监控运维，集保护、控制、状态监测及线路功率优化分配等功能于一体，在开关柜及相关机电系统的配合下，在配电控制室就能完成低压配电房的自动化管理，具有在单台配变出现故障时转供部分负荷解决问题的优势。在加强煤矿供电设备的过程中，可以在总开关处安装检漏继电器装置，在馈电开关中配置漏电保护系统，形成有筛选性的漏电保护系统。当供电设备总开关或单个供电设备开关出现问题时自动关闭电路，及时停止供电，即智能开关。这种低压防漏技术能够及时避免用电故障造成的危害，充分验证矿井供电设备技术保护措施的有效性。

3.4 加强接地保护

缺乏接地保护的情况下，工作人员触及带电外壳时，电流经过人体流入大地形成回路，可能引发人员触电身亡。应当安装接地装置，在主、副水仓各埋设一块耐腐蚀的主接地极，将其与接地导线焊接，连接好接地母线和导线。要加强检查，相关维修人员应当保持每周不少于一次的全面检查，发现问题时及时记录并报修。每次安装或移动电气设备后，也应详细检查电气设备接地装置的状态，随时加强检查。每年应至少详细检查一次主接地极和局部地极，测定其电阻值。一般井下总接地网接地电阻有专人至少每季测定一次。新安装的接地装置投入运行前需要测定其电阻值并做好测试数据记录。而在有瓦斯爆炸或煤尘爆炸的危险矿井内测定接地电阻时，要使用本质安全性接地摇表测量。