浅谈煤矿井下配电系统现状和存在安全隐患分析

内蒙古平庄煤业（集团）有限责任公司西露天煤矿 王 旭

引言

近年来，随着煤矿行业的蓬勃发展，越来越多的人开始关注煤矿井下安全问题，而井下配电系统发挥着十分重要的作用。一旦煤矿发生此类煤矿安全生产事故，不仅极有可能会对广大煤矿企业生产经营造成严重社会影响，且极有可能会对相关工作人员的人身财产安全产生极大严重威胁，造成巨大的经济损失。因此，对煤矿井下供电系统安全问题进行深入研究，并提出解决措施显得十分重要，进而可以保障供电系统的正常运作，为企业带来更多的经济收益。

本文首先介绍井下井上配电站供电系统的安全现状并首先阐述其现状和安全必要性，其次对我国煤矿井下井上配电设备系统安全技术问题现状进行深入分析，最后重点提出我国煤矿井下井上供电设备系统安全技术问题解决对策措施，希望本文可有效保障我国煤矿井下井上供电安全系统的设备安全性和运行稳定性，使得煤矿企业可以正常工作，进而获得更多的经济收益，推动煤矿企业的长久发展。

1 煤矿给电电源的现状

由于目前我国大型煤矿设备生产的电源行业环境特殊性，矿井主要通风井的电源通风机、主要泵排气的矿井水泵、升降机和工作人员的矿井专用的独立井电源供电线路提升机等电源供电线路负荷等，都只能属于一类电源供电线路负荷，要求回路矿井电源供电必须安全可靠，因此《煤矿安全规程》明确规定：矿井应当有两回路电源线路（即来自两个不同变电站或来自不同电源进线的同一变电站的两段母线），当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应当担负矿井全部用电负荷。

根据《煤矿安全生产基本条件规定》第13条有关规定，矿井管理应当严格保证矿井双回路高压电源连接线路安全供电。"每一矿井应有两回路电源线路"是指矿井应有2个或2个以上的分别不同的回路电源专用线路，而很多大型矿井在进行实际工程设计及施工管理过程中，没有严格按照这一相关规定予以执行，特别是针对一些同时建有不同矿区多个发电厂的大型矿井，为同时节省大量电费、提高矿井运行的社会经济效益，经常出现两回路电源引自同一工作区域一个变电所或矿区发电厂，在这种正常情况下，两回电源线路即使经常是同时引自不同的母所或线段，有时也不会存在可能导致双回路电源同时退出失电的危险。

2005年在某大型矿区一个发电厂就曾经出现过类似的失电事故，当时该矿区供电系统方案设计就是两回电源线路同时引自同一矿区发电厂的不同交流母线段，但矿区发电厂在一条交流母线由于多次检修事故退出正常运行，正当一对矿井一个供电所的电源从其中一条交流母线停电倒至另一条母线时，由于一条待电线倒电导至的一条母线段所支持的陶瓷瓶内的绝缘外壳损坏、从而出现供电短路，导致一个变电所内的继电保护停止动作，导致发电厂一台大型发电机组同时解列，由该一条母线进行供电的5对大型矿井电源供电全部同时中断。该停电事故导致其直接进入供电站的矿区系统中断长达47min[1]。

井下供电系统最终的目的是保障井下工作的顺利完成。通常是指在井下工作时，设备所需要通过地面连接到煤矿井下的电缆、输电、变电等的整体。

煤矿电力机械设备大多数是直接依靠井下电力设备完成。因此，电力设备是保证煤矿正常经营生产的重要劳动能源，而保证煤矿井下电力供电控制系统的安全稳定，可以有效保障广大煤矿企业的正常生产供电，对煤矿企业生产有着十分重要的影响。如果井下煤矿供电控制系统出现稳定性问题无法及时得到有效保障，则也就无法有效保障正常井下供电，这样不仅反而会严重影响井下煤矿正常供电工作，而且还会加剧机械设备损害程度。

另外，若井下通风供电供气系统长期无法正常工作运行，会严重影响井下通风系统为井下空气输送大量新鲜空气，会导致井下施工工作人员氧气不足而出现窒息的情况。总之，井下配电监控系统的设备安全性和运行稳定性，可以有效保障广大煤矿生产企业的正常生产工作，提高煤炭资源开采工作效率，为企业带来更多的经济收益[2]。

2 煤矿井下配电系统安全问题分析

2.1 主变压器容量不足问题

在整个井下煤矿生产企业安全生产经营过程当中，如果井下配电工作站的负荷量过大，超出井下配电系统基本设计中的容量控制标准，则有可能会无法做到最大化地发挥井下主电源变压器的保护作用，不仅无法有效保障井下配电系统的工作安全性和运行稳定性，还会引发严重的安全事故，进而影响煤矿的生产。若在较长的工作时间里长期处于一种低散热效率的工作情况下，很容易对配电主机的变压器性能造成不良影响，进而可能导致驱动供电散热系统的其他相关散热设备可能出现高频发热、损坏的情况，甚至可能会直接使得部分煤矿安全生产、企业机械设备安全生产受到严重危害影响，而且也甚至可能会直接使煤矿安全生产事业单位及其工作人员的人身财产安全无法及时得到有效率的安全保障。

2.2 谐振问题

煤矿井下励磁配电线路系统大多为中性，通常不会与任何地面物体进行任何接触，一般都主要是通过母线与电磁式接地电压阻抗互感器母线相连，两者的母线相连位置会直接产生一种较大且均衡的励磁电压阻抗。在整个系统日常运行管理过程中，无故障存在且当进行一些相关维护操作后，互感器三项电压饱和度的程度也将会直接受到诸多客观因素的直接影响，存在较大的差别。这主要是由于井下电气配电控制系统一旦受到中高压导线或高压电容等多种因素直接影响，会直接产生谐振放电问题，进而可能引发过度高压放电情况，从而对井下电气设备或者绝缘体的性能也会产生不良影响。若这种情况相对严重，会直接造成供电设备的严重损坏。

与此同时，配电网络其中的两个保险丝也可能会同时受到驱动电流阻力过大的因素影响，出现烧坏的情况。此外，也会导致井下电压误动互感器在正常运行操作过程中可能出现电压误动的安全情况，这些安全问题或多或少都会对井下供电系统安全产生不良影响。

2.3 雷击、漏电事故问题

雷击就是雷电进入井下而引发的安全事故。出现这种问题的最大原因是煤矿缺少良好的安全意识，且未做好雷电设施的检测工作。若在生产过程中防雷设施存在问题，会使得雷电进入井下对供电系统造成伤害，从而引发严重的安全事故。一般雷电进入井下会在短时间内产生火花，造成供电系统出现短路，进而出现断电的情况，影响企业正常生产，造成不必要的经济损失；漏电事故是井下供电系统常见的问题。由于井下光线较暗，相关工作人员无法第一时间观察到设备线路的老化和漏电问题，久而久之，若不及时解决设备线路老化和漏电问题，则会造成更为严重的问题，使得煤矿企业经济和形象受到影响[3]。

2.4 高压防爆开关应用故障问题

在煤矿井下应用具有绝缘保护性能的高压防爆开关时，由于在设计初期阶段未对变压器高压、低压设置连锁保护设备，进而会使得供电系统在运行过程中存在短路、漏电等问题。此外，若高压负载开关存在接触不良的问题，则可能会引发弧光或放电的情况，出现高压断电的情况，严重影响供电系统的正常运作。

2.5 实时检测系统自动化水平低

现今井下配电系统的安全系数并不高，是配电系统由于受当时施工技术条件和所投入资金的制约，且部分企业为谋取暴利，矿井低压配电设备均未能配备供电安全信息检测监控系统，或是配电系统监控范围不到位，从而造成了井下供电的综合运营工作数据信息无法实时传递回地面，使相关供电调度人员无法及时了解井下供电工作状况，对可能出现的安全隐患和故障也无法及时进行有针对性的检查操作和补救决策，从而导致了火灾事故规模更加扩大，并产生了大量的人身、经济损失。

3 煤矿井下配电系统安全问题解决措施

3.1 完善井下配电继电保护方案

继电保护设备继电系统设计是为确保煤矿井下配电作业安全性的关键，完善井下配电系统继电保护设计方案、并对井下继电保护设备装置功能进行不断改善，从而大大提高井下配电作业系统的工作可靠性和设备工作系统速动性。因此，对于煤矿高压井上发电控制动力设备和井上高压井下控制发电动力设备，如井下煤矿专用高压控制动力设备电动机、动力变压泵和电源变压器等，主要按照井下煤矿相关继电作业技术规范及其技术功能要求，分别设置井下继电过程超负荷、欠压井下充电电源释放、短路保护等级以及保护设备用电安全功能。

对于井下煤矿高压配电设备作业系统、井下继电保护功能设计方案的保护功能设计，需根据井下供电设备作业系统设备主要用电的电源过负荷欠压电源释放类型、分布欠压电源释放位置及井下继电保护设备功能设置等级及其需要，有针对性地对其功能进行继电优化保护设计，采用先进的井下继电保护技术以及保护措施等，有效率地减少井下配电作业安全事故的发生，提高井下配电作业系统供电的设备工作系统安全性、可靠性，以利于有效保证井下配电设备开采保护工作能够顺利完成[4]。

3.2 减少谐振问题

在矿井煤矿安全生产经营过程中，井下配电进出系统一般选择采用中性进入方式，而线性铁磁电阻谐振则是可能造成井下配电进出系统产生电磁式驱动电压、而使互感器系统损坏的主要影响考量因素。因此，在井下配电进出系统中，可在大于切口的井下三角侧选择使用非线性铁磁电阻的手动进入进出方式，以铁磁电阻器使用串联的进入方式减少谐振问题的发生。还可以选择通过焊接供电线路系统内的中性点焊来开展，而消弧器与线圈的互相连接也是工作的一种方法，促使电感和电压参数产生变化，进而最大化减少谐振情况的发生。

3.3 雷击、漏电事故预防措施

如果想要保障井下供电系统的正常运行，需根据防雷接地布局方案合理进行接地工作，并需严格遵守相关规则开展防雷设施的测试工作，保障接地工作的科学性和规范性。同时还需安装漏电保护措施，如井下供电系统存在漏电或超出安全电流的问题，系统会自动跳闸并提示故障点，进而为检查工作提供方便。此外还需对配电盘和电力电缆定期开展检查工作，最大化减少漏电情况的发生。

3.4 电的安全

煤矿电缆生产主要作业是井下电缆作业，工作场地环境恶劣、特殊，受自然地质地理条件等各种自然环境因素等的影响，为有效提高井下煤矿长距离电缆输电的安全性和可靠性，避免漏电事故的频繁发生，可采取提高井下电压敏感等级、装设电压相敏控制装置实现分段井下供电，同时增大井下电缆截面积。根据井下电缆供电实际使用情况，实时编制调节井下供电布置方案，以有效保证井下电缆供电安全[5]。

3.5 提高在线监测系统范围

在进行工作操作时，必须保证机械设备配电系统能够正常运转，因此在煤矿井下采用设备状况实时监控体系，进行煤矿井下配电全过程动态监管，通过煤矿井下设备实时监控对井下供电系统的设备运转情况及特性进行监控，通过所监控的有关特征信息来确定井下供电问题，通过对供电问题出现部位做出迅速、正确的判断，进而针对性地提出切实可行的方法，有效截断相应事故部位的供电，并确保非事故部位不受干扰，进而保证无事故部位供电安全。