煤矿电气设备与供电系统的保护探究

国家能源集团内蒙古平庄煤业（集团）有限责任公司元宝山露天煤矿 刘 畅

煤矿产业的发展在先进技术的支持下不断创新，人们基于煤矿生产的安全、稳定、高效对煤矿的电气设备、供电保护进行深入研究与分析，从而采取合理手段维护电气设备的安全。对于煤矿开采而言电气设备与供电系统是煤矿开采的重要影响因素，在现代技术的支持下原本的继电保护装置已经不能满足当前电力系统的发展，现有保护装置逐渐被智能化装置所取代，煤矿生产的智能化也不断凸显出来。

煤矿企业是推动我国经济持续发展的主要部分，在社会经济发展中人们对煤矿生产提出更高要求，希望生产效率提高、生产安全保证。电气设备与供电系统是煤矿生产中的重要部分，一旦设备发生故障就会对煤矿工作人员的操作造成威胁，进而影响到整个企业的经济效益、社会效益。因此本文结合煤矿电气设备与供电系统的运行情况，介绍煤矿电气设备与供电系统现状，分析保护装置运行保护手段，为煤矿运行的安全性提供保障。

1 煤矿电气设备和供电系统概述

1.1 设备使用特征

煤矿开发供电设备在新时期技术支持下不符合当前的发展，具体体如下。

电源设计并不符合实际规定。煤矿企业中因过分重视生产，导致生产规模不断扩大，其中忽视了电源的设计质量，导致电源存在极大安全隐患。部分企业生产规模扩大的同时也重视电源设计，但电源设计比较潦草，安装不能按照既定图纸严格执行，设计并不完善，这也是出现危险事故的主要原因[1]。

供电距离远，部分煤矿企业生产中，为追求最大经济效益来提高产量，不断拉长作业线，固定供电距离远大于既定供电距离，距离的拉长导致电压不稳定，供电质量反而降低。这种情况下供电损耗也非常明显，供电效果并不理想，导致现场施工存在隐患。

供电设备负担重。煤矿企业为提高经济效益而投入一定的生产设备，从而忽视供电设备，无形中增加供电设备的负担，因此长时间作业的过程中供电设备的磨损、老化现象严重，设备的使用性能反而下降，不能为企业供电提供对应的标准。

1.2 电气设备与供电线系统运用

供电可靠性是为保证供电的稳定与可靠，一旦供电中断就会影响到产量，甚至会损害机电设备，导致人员的伤亡等现象。在生产中设备停电很容易发生爆炸产生伤亡事故，因此供电稳定可靠非常重要。由于煤矿生产存在特殊性，必须要保证供电的稳定与可靠。

为保证煤矿供电的安全与稳定，供电系统必须要保证全天候的稳定，严格按照行业标准确保供电系统稳定，因此可以使用双回路电源；供电系统出现安全隐患之后，不仅影响工作人员的生命安全，甚至对系统的稳定造成巨大影响。煤矿企业的生产是一个大工程，生产过程需要使用大量电量，企业要想保证生产有序进行，缩短投入资金，可以根据实际生产情况来调整供电时间，提高供电质量，为保证企业的经济效益和社会效益打下良好基础。

根据实际调查发现，现阶段我国大部分煤矿企业所使用设备均是一般电气设备、防爆型设备，这些设备在生产中能够体现出良好的防护性能，辅助电力稳定运行。但是一旦煤矿开采出现严重问题，就会导致性能无法全面系统的发挥，因此这种设备常运用在露天矿井的施工中。防爆电气设备的使用价值就是保护设备，能够在矿区发生爆炸的时候为系统提供有力支撑。如果企业在生产过程中安全要求非常高，应推广使用防爆型电气设备。

2 煤矿电气设备与供电系统保护的必要性

2.1 降低火灾概率

煤矿生产中安全、管理人员都应该有足够安全意识，当发现供电设备或者是电气设备存在短路问题的时候可以及时上报给检修人员，减少发生故障的概率。实际上矿区地质不稳定，生产环境恶劣，设备在长时间的运行中会导致电阻增大，热量持续增加从而发生火灾。在作业现场线路短路之后，火花点燃绝缘材料，与现场的煤炭、瓦斯等相接触很容易发生火灾、爆炸等事故。

矿区环境复杂，管理混乱，即便绝缘设备做过防护，但是受到现场环境影响，绝缘性能大大降低，随着温度升高点燃现场的现象时有发生[2]。为解决这个问题，检修人员需要定期、定时检修设备与系统，及时发现隐患和处理隐患，避免为了提高生产效率而让设备在大功率长时间的情况下运行，降低事故发生的概率。

2.2 避免发生漏电事故

由于现场作业环境复杂，供电设备很容易受到影响而漏电事故。部分矿井使用低压电缆，在开采的过程中地质不稳定，出现滑坡、坍塌等现象，会砸坏电缆、出现漏电事故。针对这种情况，现场管理人员应做好漏电保护装置的监视管理，及时发现运行中存在的不正常电路，技术人员在第一时间内采取措施维修，保证供电的安全稳定。如果煤矿使用的设备是附加直流电源设备，还要随时观察直流电源来保护设备，观测电源阻值及时发现漏电故障线路情况。对于煤矿企业开采而言出现漏电现象是常见问题，为保证煤矿工作人员的生命安全，现场用电应该做好接地装置保护保证用电安全。

2.3 容易发生过载事故

煤矿设备使用过程中出现功率较大而发生过载运行的现象，当过载现象出现之后，运行电流超出额定电流1.5倍以上就会出现安全事故。因此工作人员需要做好过载保护。系统在使用中出现短路现象，瞬间电流在瞬间能够达到额定电流的几十倍以上，会严重损害配电线路的电气设备，导致现场发生火灾、爆炸等事故。施工现场管理人员应该根据现场实际情况采取有效的保护动作时间来提高保护动作，可以在第一时间切断故障电源[3]。

3 煤矿电气设备与供电系统的保护现状

3.1 电气保护

当前煤矿供电设备的电气保护包括过流保护、漏电保护、接地保护三种，过流保护原理是设备在发生短路故障的时候电路中的电流会突然加大受到一定限制，此时电流继电器会选择性切断该电路避免电流瞬间增大造成故障，保护电路、设备、电网。漏电保护与过流保护的原理基本上相似，是通过检测漏电电流是否超过局限承载数值，一旦超过就有选择性切断电路。接地保护主要是将电流导入到大地中，电路中电流的逐渐稳定而不至于造成危害。

3.2 高压开关柜

煤矿开采现场所使用的设备，基本上都使用高压开关柜，高压开关柜本身主要是依靠继电保护装置来获取电磁感应获得继电保护装置，同时也是构成供电保护系统的重要设备。该装置可以通过电磁感应来获取电路状态，对非正常情况起到良好的防护效果，比如过流、短路、电压失稳等意外事故。同时该结构使用操作相对简单，整体比较方便，因此赢得人们的认可。保护继电器系统组成构件也比较复杂，主要结构有继电器、电流电压传感器等部件。在新时期电力系统不断发展背景下继电器感应器的使用越发高端，这种新型设备能够改善电气设备的稳定性推动自动化技术的发展[4]。

3.3 防爆配电装置

煤矿工作环境比较恶劣，出于管理的重要性，对配电装置有更高的要求。当前煤矿设备使用中存在的防爆配电装置主要有PB、BG 两种。防爆装置的使用能够提高现场安全系数，利用机械弹簧操作部件调整电气设备，当系统出现操作失误、电路故障等问题到时候，脱机机构能够及时切断电路预防电气设备故障。

机械弹簧很容易老化，维护过程很困难，因此近些年出现了很多对这个方面的研究，人们使用改进技术来创新管理，比如高压振动断路器、电能计量装置等，这些装置相互搭配实现对配电系统的实时监控，在现代信息技术的支持下装置逐步实现自动化、智能化，提高了整个装置的使用效率，依托现代管理，提高监控准确率、提高管理质量，防爆装置在使用中能够实现自动合闸分闸，在一定程度上改善了煤矿机电设备的性能，提高安全性。

3.4 低压供电设备

低压设备在煤矿开采中的使用相对简单，这也导致设备的使用范围非常广。煤矿开采消耗电量非常大，在新时期诸多大型成套设备、自动控制设备、自动调节设备较多，导致低压电器使用量大大增加。进入新时期后材料不断创新，设备机构紧凑而安全系数高，朝着更智能的方向发展。低压供电设备的电气保护常用方式是在电路开关部位安装插件，配合系统提高电气保护质量， 提高主电路管理系统。

4 煤矿电气设备与供电系统的保护措施

4.1 电气设备漏电保护

现阶段非常重视漏电保护装置的研究，因此对露天煤矿、矿井不同位置的开采漏电进行分析，研发出多种设备进行漏电保护装置，其也是保护电力系统的重要设备。不同类型保护装置在原理上类似，主要是利用相敏脉冲来选择性控制电流，避免电路电流在瞬间增大。因此煤矿开采过程中，应在矿区周围比较空旷区域的变电所集中选线。煤矿开采使用变电所系统复杂，主要有漏电监视、过载保护、短路保护等，当前的国产继电器设备有JY80、JL82、JJKB32、BJJ1等。漏电保护装置主要是利用直流电源来保护电路，部分设备也支持选择性电源保护。

继电保护器在煤矿电力系统中的运用，能监测系统运行状态，根据运行状态切断故障短路、异常电路，整个环节具备显著的自动化性能，电力系统能实现自动控制，安全性极高。现实生活中常用熔断器、继电器、接触器来保护线路[5]，熔断器反应速度慢而逐渐被人们淘汰，继电器与接触器能够发挥良好的保护效果，因此被广泛使用。但煤矿生产所使用电力系统复杂，一旦出现短路或者发生异常而系统不能及时反应、切断，就会造成更大的问题。

4.2 信号输入

漏电保护装置安装在电力系统中，电路采集信号的设备将所采集信息处理之后，传输到继电保护器当中。系统处理信号包含原始信号被放大、干扰信号等，这些信号均能够被继电保护器处理完毕。信号装置对信号的处理情况直接决定了最终的信号传输质量，继电保护装置能够对信号采取有效的防治措施。

4.3 测量与转换信号

在测量装置中，主要是对信号输入装置传输信号进行初步判断，之后系统的内置程序根据信号来判断装置运行情况，根据信号给出“是”、“非”的判断结果，同时转换成数字信号，为“1”、“0”。

4.4 逻辑判断与执行

信号进入逻辑装置之后，根据数值等之前的结果进行组合运算，将运算结果汇总分析得到是否切断电路的决定[6]。因此逻辑判断装置是整个系统运行的关键，影响到系统的最终运行质量。逻辑判断处理 完毕信号之后，执行装置完成保护系统的任务，实现隔离、切断、跳闸指令。逻辑判断对技术各方面有极高的要求，需要引起技术人员的重视，从而提高判断的正确性，有助于帮助煤矿资源的开发。

综上，煤矿电气设备与供电安全是整个矿区开采作业顺利开展的主要基础，在煤矿开采过程中采取合理手段做好安全监督、管理，并且使用合理手段维护系统设备的使用，避免设备性能异常、发生故障等。在计算机技术等的支持下，实现对电气设备的管理与控制，维护系统安全。