矿井供电系统安全可靠性研究

2021-04-04张勇

机械工程与自动化 2021年4期

张勇

(太原煤炭气化(集团)有限责任公司东河煤矿，山西临汾 041207)

0 引言

矿井供电系统安全可靠运行关系着人身安全和生产安全，是煤矿安全生产的重要组成部分。由于老旧矿井中供电设备老化、网络结构复杂、电压等级多等特点，存在很多影响供电安全可靠性的因素。对矿井供电系统进行技术改造和管理升级，是煤炭行业发展和体制改革的需求，也是本质安全矿井建设和供配电设备发展需求。本文基于矿井供电系统安全可靠性要求，总结了近几年来发生的安全可靠性问题，分析了事故产生的原因，从技术措施和管理措施两方面提出了改进的建议，对矿井供电系统和煤矿安全生产具有重要意义。

1 矿井供电系统的安全可靠性要求

矿井供电系统作为一种特殊的供电系统，我国出台了相关文件和规范对煤矿供电系统的电源、线路、中性点、电压等级和防爆等级等方面的安全可靠性做出了严格要求，具体如下：

(1)电源：煤矿安全规程规定，矿井的电源线路应有两回，其中单回线应足够全矿负荷供电。采用单回供电的矿井必须配置备用电源，且对备用电源的通风、提升和排水等条件均有明确要求。矿井双回供电线路均不允许分接负荷，备用线路必须带电。

(2)线路：中央变电所、排水泵房等由双回线路供电，通风机、绞车、瓦斯泵等设备房有双回主变引出的出线。重要控制回路和辅助设备应配置与主要设备同样等级的备用电源。

(3)中性点接线方式：中性点经消弧线圈或高阻抗接地，井下变压器的中性点严禁接地运行；井上中性点直接接地的变压器也不能向井下供电。

(4)电压等级：井下高压不超过10 000 V；低压不超过1 140 V；照明、通信等设备供电电压不超过127 V；远距离控制回路的供电电压不超过36 V。

(5)防爆等级：井下供配电设备的防爆等级应满足相关规定，具有相应合格证和安全标志。

2 矿井供电系统安全可靠性问题

(1)容量不足引起的绝缘和发热问题。随着矿井工作面的推进和综采技术的发展，井下采掘和运输等电气设备逐渐增多，功率等级也越来越大，在煤矿建设初期所设计的变压器和电缆逐渐不能满足井下供电的容量要求，常常运行在满负荷甚至过负荷状态。长期在过负荷状态运行的主变和电缆容易出现绝缘水平下降、电缆头爆炸等事故，给企业造成巨大经济损失。

(2)谐波和无功引起的电能质量问题。随着变频调速采煤机、直流电机车等大功率机电设备的整流装置、软启动系统等的广泛应用，会向系统注入大量谐波和无功功率，引起供电电压波形畸变、电压低等现象，降低电能质量，同时还可能引起电磁干扰，使得继电保护和自动化装置误动作。

(3)低压电器引起的电弧问题。老旧的线路空气开关在开通或关断过程中可能产生电弧，极易引起井下瓦斯爆炸事故。为了防止电弧引起爆炸，国家明令禁止使用该类型低压空气开关，对原有的设备应进行技术改造和升级。

(4)缺乏安全监测和自动化装置。多数早期建设的矿井没有配置供电监测系统和自动化装置，参数靠人工测量和记录，存在人工误差的时间滞后，电源切换等操作不能自动投切，必须通过手动操作，停电时间较长。随着科学技术水平的发展，在线监测系统和自动化装置在煤矿供电系统的安全可靠性中起到了重要作用。在线监测装置采集各工作面、配电室、移动变电站等关键节点的设备状态、电压电流等参数，将数据传输到地面电力调度室，使监控和调度人员能全面掌握运行情况，对过负荷和危险运行方式作出判断，提高系统的安全性和可靠性。

(5)环境和人员素质引起的误操作问题。井下工作范围有限，在通风、照明和粉尘作用下，操作人员易受干扰造成误拉误合开关。在缺乏监管和问责制度的情况下，专业素质不强和安全意识淡薄的工作人员下井违章工作，容易造成触电事故。

3 提高供电安全可靠性技术措施

(1)完善井下电网结构，合理配置保护。地面变电所经消弧线圈接地，中央变电所由双电源分段进线方式供电、辐射式出线，对于停用的老旧线路和设备应及时拆除，减少安全隐患，对于电缆容量不足的线路进行改造，减少主变负荷。当地区电网系统参数发生变化后，对主变保护进行重新整定，对配电线路配置过流保护、断路器失灵保护和低电压保护。

(2)配置新型谐波和无功补偿设备。在系统电压谐波和无功功率较大情况下，配置基于电力电子技术的谐波和无功补偿设备，能够向系统补偿谐波和无功功率，提高功率因数。常用的设备有静止无功发生器SVG、有源电力滤波器APF等，这类设备通过大功率开关器件实现无功和谐波变换，具有补偿精度高、响应速度快的优点。

(3)淘汰不符合规范的设备。对井下供电系统的电缆、变压器、接线端子进行全面排查，特别是国家明令禁止容易引起电弧的低压开关，对照相关规范和文件进行排查和整改。对于不符合安全规范的设备要进行淘汰，对于接近运行寿命的老设备要建档立卡，纳入检修计划。

(4)配置电力监控和自动化系统。在地面变电站安装线路零序故障综合诊断装置，通过漏电流及时判断故障是否发生。在高压盘头和配电柜等容易出现过热现象的关键点处安装无线测温装置，通过无线传输将信号上传至电力监控后台，通过报表、曲线等形式给维护检修人员提供决策依据，将安全事故防患于未然。

(5)引进新技术和新工艺。新技术、新工艺在煤矿供电系统中正在发挥重要的作用，电缆漏电快速查找技术、电源快速切换技术、防越级跳闸技术等均已在实际生产中应用，企业应结合实际引进符合自身的新技术。

4 提高供电安全可靠性管理措施

(1)完善电气设备操作规范和监管制度。统计分析常发生的供电事故，对事故原因进行经验总结，形成操作规范。加强停送电和负荷管理，尽量缩短停电检修和预接开关等工作的影响时间。对于影响范围广、工作难度大的工作，要落实工作负责人的监督工作，形成明确的奖惩制度。

(2)进行专业技能培训。随着供电设备的更新换代，许多基于自动化技术和网络技术的设备应用在矿井供电系统中，本单位电工缺乏对设备的相关认知，在日常维护和故障处理过程中依赖厂家的技术服务人员。为了提高故障处理能力、缩短停电时间，应适当增加电工的培训内容，对于自动化接口、控制原理和网络技术等新技术应进行有针对性的学习。

(3)开展安全意识宣传和教育。许多大型事故的发生往往都是由于工作人员安全意识淡薄、缺乏职业道德约束等细节问题引起的。在平时的工作中要通过多种多样的形式宣传安全意识，通过观看事故视频、安全座谈等形式提高员工的安全意识和职业道德。