矿井供电系统故障及其防范措施

李 军

（潞安集团慈林山煤业公司慈林山煤矿， 山西 长治 046000）

引言

当今煤矿行业不仅在生产工艺上得到长足的进步，大量机械设备的应用也提高了矿井的机械化程度。矿井工作面机械化生产的正常进行需要以供电系统稳定运行为基础。由于整个矿井供电系统需要结合具体生产需求，科学调整供电系统的结构和负荷，这会降低采煤工作面供电系统的稳定性。同时，受到非计划性停电因素的影响，导致供电子系统无法正常工作，这也会影响到地下水的正常排出，威胁到井下工作面生产安全。因此，需要及时识别供电系统的安全隐患，并采取科学防控故障的措施，从而满足井下工作面供电需求。

1 矿井供电系统的故障类型

1.1 线路与连接器故障

井下环境潮湿，加之有害气体较多，会对供电线路的绝缘层造成腐蚀，降低绝缘性能，甚至引发漏电现象。同时，供电线路的绝缘性能不佳，在高电压环境下会导致绝缘失效。由于井下环境的潮湿，加之连接器密封性不良，会导致水汽进入供电线路造成短路事故。此外，井下敷设的供电线路较多，且大型生产设备较多，众多重物相互挤压和磨损，容易导致供电线缆的绝缘性降低。在氧化的作用下，绝缘线缆会出现老化现象，使用性能明显降低，极容易诱发短路或漏电事故。供电线缆长期过载工作，会对线缆造成一定的破坏[1]。

1.2 移动变电站故障

移动变电站的故障部位主要包括漏电保护装置故障、开关故障以及变压器故障。受控制开关绝缘电阻值设计过低、爬电距离与电器间隙过小以及触头开关接触不良等因素的影响，极容易导致移动变电站发生短路。移动变电站一般采用防爆型漏电保护开关，一旦漏电保护装置低压端发生短路，会导致漏电保护性能失效，对供电系统造成损害。移动变电站通常安装干式变压器，一旦其内线圈发生绝缘失效，也会直接引发移动变电站故障[2]。

1.3 电源控制柜、开关柜故障

一旦开关柜的防爆开关出现故障，会导致用电设备无法正常断开馈电回路，引发越级停电现象，这是大范围断电停运的主要诱发因素。其中，作业人员在生产中误触开关柜或者误打开母联开关，都是大范围停电的主要原因。

1.4 用电设备故障

用电设备故障的类型主要包括短路、漏电和控制器故障等。漏电故障的发生往往是因为用电设备绝缘性能降低导致的，而绝缘性能降低的原因主要包括线路绝缘老化、线路外部损伤以及高压击穿等。绝缘失效也是诱发短路的重要因素。由于用电设备绝缘性能失效，会加剧电弧放电造成短路，用电设备过载运行也会导致电压异常升高，损害元器件造成设备短路。造成控制器故障的原因包括物理损伤和程序紊乱两个方面。一方面，系统紊乱会影响到用电设备功能的正常性，另一方面，在外力的作用下，如控制接线错误、元器件脱焊、线路松动以及接头虚接等因素的影响，控制器会出现烧损故障[3]。

2 矿井供电系统故障的防范

2.1 运用FTA 对矿井供电系统故障进行排查

故障树分析法（FTA）是美国贝尔电报公司于1961 年提出的自上而下的演绎式失效分析法，利用布林逻辑组合低阶事件，分析系统中出现的负面状态，被广泛应用于各个领域的系统纠错中。

在分析供电系统故障的过程中，故障树分析法（FTA）凭借其逻辑清晰、结构简单的特点得到广泛应用，故障树分析法（FTA）借助于数理方法，能够实现对被评价事件的定性和定量分析，得出不同底层事件对顶上事件的影响概率，预测出顶上事件的发生率。通过查明导致顶上事件的因素，并将相关因素借助于逻辑运算符号联结，构建以顶上事件为基础的逻辑关系网，基于此，结合定性分析，查找导致失效时间的关键点，明确可优化的故障点，并利用数理统计方法，处理各类基础事件的概率，对各类因素进行综合分析，并针对供电系统设计、运行和维护方面提出可行性建议，从而保证供电系统运行性能的提升[4]。

2.1.1 构建FTA 模型

利用故障树分析法（FTA），构建供电系统FTA模型，将供电系统故障产生原因自上而下进行事件类型划分，其中任何原因导致的供电系统故障为一级事件，由移动变电站、电源控制柜、开关柜以及连接器4 种类型导致的故障为中间事件，再以中间事件为基础，对导致失效事件的底层事件进行排查，供电系统故障FTA 模型如图1 所示：

2.1.2 运用FTA 模型对故障进行分析

故障树的最小割集为可能诱发顶上事件的最小底层事件，可利用行列法、矩阵法以及布尔代数法等计算最小割集。本次计算最小割集选用布尔代数法：

由此可得：FTA 模型包含17 个最小割集，而这17 个基本事件都会诱发供电系统失效。

由于统计基本事件的发生概率具有较大难度，为了明确基本事件的重要程度，通过最小割集对基本事件结构重要度进行排序，得出基本事件在供电系统故障发生方面的先后顺序如下所示：

通过排序，明确结构重要度与各结构在供电系统的排序趋于一致，认为应优先控制电源控制柜故障，随后重点防控移动变电站故障，最后为供电线路和用电设备故障。

2.2 加强供电系统可靠性

为了确保供电系统的稳定运行，应从以下四个方面进行优化。

2.2.1 安装实时监控系统

通过在矿井下安装实时监控系统，管理人员能够动态了解井下通风状态、有害气体情况、作业人员位置信息等。基于此，矿井有必要引进供电在线监测系统，以此来实现对供电系统故障原因、类型的判别，利用在线监测系统及时调节故障区的供配电状态，为故障维护工作提供方便，最大限度降低供电故障对采煤生产造成的不良影响。

2.2.2 构建故障档案

矿井应构建故障档案，针对电器装置的故障类型、故障损伤程度以及故障发生率进行分类统计，为判断供电系统故障提供借鉴和参考。与此同时，矿井应引入专业的故障检测设备，定期对电器装置进行非损伤性能检测，并借助于仿真模拟软件进行维修，并联合在线监测系统，了解供电装置的运行状况[5]。

2.2.3 加强对供电系统故障的排查和维护

由于采煤工作面时常变动，供电系统需要随之移动，这也导致用电负荷需要经常调整，若不结合用电运行参数变化情况及时调整供电系统，极易诱发供电系统故障。因此，煤矿应建立健全供电系统巡查检修制度，确保能够及时识别电力故障。例如，电气设备绝缘性能损坏、供电线路器件损坏等，一旦发现超出使用年限的设备，应及时进行更换。

2.2.4 强化作业人员安全观念

操作人员作为使用和维护供电系统的主体，其安全意识的高低对供电系统的安全运营起到了直接影响。作业人员的专业水平高低也直接影响到供电系统的维护质量。因此，矿井应针对操作人员开展针对性、系统性的培训，以讲座、技能考核和技能鉴定等形式对操作人员的专业水平进行评测，并责令操作人员严格遵守用电设备使用规程，强化操作人员的应急处理能力，以便能够在用电系统故障发生的第一时间，判断故障类型，采取整改措施，降低故障造成的损失。

3 结语

矿井作业环境十分恶劣，加之供电系统需要结合采煤的实际需求进行灵活调整，使得供电系统相较于煤矿的其他系统，故障发生率较高。利用故障树分析法进行探究后发现，供电系统的故障类型主要分为移动变电站故障、电源控制柜故障、开关柜故障以及连接器故障4 个中间事件，而导致上述故障的基本事件为17 个。因此，为了确保供电系统的稳定运行，要借助实时监控，及时识别故障隐患，构建故障档案，加强对供电系统的巡查和维护，着力提升作业人员素质，针对供电系统开展相应的维护，以此来保障井下生产秩序的稳定性。