陰麗娟

(山西焦煤西山煤電集團公司西曲礦，山西 古交 030200)

電力作為煤炭開采的主要動力，在煤炭生產(chǎn)過程中占有重要地位，礦井電網(wǎng)的運行安全和可靠性是煤炭安全生產(chǎn)的重要保障。特別對于高瓦斯礦井，因無計劃停電、停風而導致的瓦斯、煤塵等重大惡性事故時有發(fā)生，礦井電網(wǎng)的供電可靠性已成為影響煤礦安全生產(chǎn)的重大安全隱患。

1 當前井下供電存在問題及可能產(chǎn)生的事故

1)越級跳閘。當井下發(fā)生短路故障時，幾乎都要越級跳閘到地面，引起井下大面積停電。

2)井下6 kV漏電保護沒有選擇性。包括地面發(fā)生接地故障，井下也要跳閘。誤跳和無選擇性同時存在，導致大面積停電。

3)由于6 kV系統(tǒng)接地故障查找困難，不能及時切除故障線路，長時間接地運行，可能引發(fā)井下瓦斯、煤塵、火災等災害性事故。

4)井下具備發(fā)生弧光接地、諧振過電壓的條件，地面曾多次發(fā)生，可能引發(fā)井下瓦斯、煤塵、火災等災害性事故。

5)地面6 kV設施結構性能及執(zhí)行標準，與井下系統(tǒng)，保護設備配置嚴重脫節(jié)，井上下供電系統(tǒng)都存在較大隱患，有燒毀地面6 kV變電所和引發(fā)井下瓦斯、煤塵、火災等災害性事故的可能。

2 井下電氣故障類型及原因

井下電氣故障和單相接地故障這兩類故障較多，原因是：

1)移變、運輸設備等，移動、振動較大，接頭容易松動，發(fā)生短路或接地故障。

2)井下潮濕有腐蝕性氣體，接頭易腐蝕，接觸不良，發(fā)生過熱導致接地、短路故障。

3)電纜和接線盒容易遭受機械傷害，外力破壞幾率較高，而發(fā)生短路、接地，接線盒松動、脫落等。

4)采用6/3．6 kV額定電壓，參數(shù)不符合運行要求，應選擇6/6 kV額定電壓。對地絕緣偏低易發(fā)生電纜擊穿放炮事故。

5)高低壓電纜的熱穩(wěn)定校驗管理缺失，按照《煤礦安全規(guī)程》應對井下電纜進行熱穩(wěn)定校驗，規(guī)定各電壓等級最小截面，防止火災事故。

6)井下供電結構級數(shù)過多俗稱“串糖葫蘆”，是事故停電范圍擴大的重要原因。

7)目前，某礦接地補償(消弧線圈)均為欠補償運行，存在諧振過電壓的重大隱患。

8)礦井6 kV系統(tǒng)速斷保護配置困難，原因是供電距離短，短路電流沒有差別，速斷保護基本沒有選擇性。過流保護配合級差小，時限短，也導致選擇性差。

9)井下高低壓開關均為交流操作系統(tǒng)，在短路故障時，操作電源電壓降低，甚至為零，電容儲能性能下降或失效，可能出現(xiàn)開關拒跳故障。

10)交聯(lián)電纜機械強度、抗彎性能差，在施工過程中容易造成內(nèi)傷。

3 事故原因分析

1)消弧線圈欠補償運行產(chǎn)生的危害。

該礦現(xiàn)運行的消弧線圈全部為欠補運行。嚴重違反《過電壓保護規(guī)程》、《礦山電力設計規(guī)范》，在部分線路故障跳閘和出現(xiàn)容抗等于感抗的諧振狀態(tài)產(chǎn)生嚴重工頻過電壓。引發(fā)井下電纜“放炮”，設備燒毀，產(chǎn)生弧光。而且過電壓事故不會啟動電流保護跳閘直至發(fā)生相間短路才會停電跳閘，危害極大。當初選擇欠補運行方式是為了使井下功率方向型接地保護能夠起作用。事實證明，無論過補、欠補，功率方向型漏電保護都不準確。所以，在《礦山電力設計規(guī)范》中明確要求補償系統(tǒng)，井下高壓漏電保護必須采用諧波型漏電保護。更換井下漏電保護裝置，實現(xiàn)消弧線圈過補運行是應立即采取的一項安全措施。

2)接地型電壓互感器產(chǎn)生的分頻諧振過電壓。

按照《電力設備過電壓保護規(guī)程》要求，不接地供電系統(tǒng)的對地電容(接地電流)、對地電感(星形接線電壓互感器)的組合處于不利組合時，容易發(fā)生分頻諧振過電壓，擊穿電纜、設備，產(chǎn)生弧光而且不跳閘，危害很大。根據(jù)實際情況，已采取了抗諧振電壓互感器，互感器兩端接阻尼器，將地面開閉所互感器由“Y”改“△”型等措施。但井下開關每臺均有接地型電壓互感器，數(shù)量很大。前幾年，在井下互感器二次開口中裝設了阻尼電阻，取得了較好的效果，因影響防爆性能后來又取消了阻尼電阻。目前，井下系統(tǒng)仍有發(fā)生分頻諧振過電壓的條件。措施有：a)井下開關采用抗諧振電壓互感器。b)改變井下中央變電所結構，減少接地型電壓互感器數(shù)量，每段母線只裝一臺，供接地保護用。c)在互感器二次開口中接入阻尼電阻。

4 井下電氣火災事故

井下電纜著火事故，從技術層面分析有三大原因。

1)電纜過載、過熱引起著火。井下運輸機、采煤機等均為衡功率負荷，當電壓偏低時，電流成平方增加。電纜容易過載、過熱，這種情況對整合礦井比較突出?？h區(qū)供電能力有限，電壓特性較軟。經(jīng)常低電壓運行。電纜截面不能按常規(guī)計算選擇，必須校驗熱穩(wěn)定系數(shù)，必須留有足夠余量。同時要改善電源質(zhì)量，加粗電源導線，采用調(diào)壓設備、無功補償設備。

2)開關拒動。在電纜或設備發(fā)生短路時開關拒動，短路電流長期作用在電纜上，易發(fā)生火災。開關拒動的原因很多，有一種較常見，即開關沒有可靠的操作電源。當發(fā)生短路時，操作電壓降低甚至為零，開關失去跳閘動力，低壓系統(tǒng)(1 140 V、660 V)較嚴重。截面小的電纜，熱穩(wěn)定性差，也容易著火。

3)電纜弧光接地、諧振接地、電纜放炮引起電纜著火。電纜弧光接地對礦井威脅較大。首先接地弧光能量大，容易引發(fā)瓦斯、煤塵事故，其次是不能快速跳閘，事故進一步發(fā)展，引起電纜著火。

5 井下風機專供問題

風機專用電源從中央變電所或地面變電站提供專供電源，為提高風機安全運行創(chuàng)造了條件，確保中央變電所的開關母線帶電，保證風機不斷電。

要實現(xiàn)這一目標，變電站(所)的保護系統(tǒng)必須達到以下要求：1)中央變電所各配出線開關是以后各級變電所短路保護的最終跳閘開關，要求動作可靠，整定時間符合要求。特別在系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障，控制電源低電壓的瞬間情況下能可靠動作，這是防止越級跳閘的基本要求。2)系統(tǒng)發(fā)生接地故障，中央變電所的進線開關不誤動作，是保證出線開關選擇性的要求之一。3)中央變電所進線開關，風機專供開關，風機低壓開關必須裝設延時失壓保護，延時達到要求。

6 建議治理措施

采用成本低、見效快、技術成熟的辦法，迅速改變井下供電狀況。

6．1 近期措施

1)落實井下繼電保護設置原則。

a)供井下的地面開關將速斷保護改為限時速斷，優(yōu)先下級開關跳閘或者加裝縱差保護，取消地面開關速斷保護。b)取消井下中央變電所進線開關速斷保護和過流保護。如保留過流保護，其整定值和時限要與上級保護相同。c)中央變電所進線開關不設漏電保護。d)中央變電所進線開關設置延時失壓保護，應對突發(fā)事故。

2)盡快更換6/3．6 kV電纜，提高系統(tǒng)對地絕緣水平。

3)加強重點設備和部位的接頭檢查、檢修。

4)更換部分井下高壓開關功率方向型漏電保護(已更換一大部分)，盡快實現(xiàn)消弧線圈過補償運行，新保護的選型要有前瞻性。具備“單元保護+網(wǎng)絡保護”的功能。

5)采用隔離變措施分割系統(tǒng)，降低接地電流，消除接地面或其它線路接地對井下產(chǎn)生影響，提高漏電保護準確性和選擇性。特別是整合礦井，10 kV供電系統(tǒng)接地電流、接地方式、過電壓水平、保護設置都不清楚，相互影響嚴重，必須加裝隔離變壓器，降低與當?shù)仉娋W(wǎng)的關聯(lián)度。

6)加強新敷設電纜的施工管理，防止造成永久性內(nèi)傷。

7)按《煤礦安全規(guī)程》要求校驗，高低壓電纜的熱穩(wěn)定性，更換不合格電纜。

6．2 長期目標

1)對高瓦斯礦井采取建35 kV站、分列運行、隔離變等措施，實現(xiàn)分系統(tǒng)供電，每個系統(tǒng)接地電流控制在20 A以下。取消接地補償，提高選擇性漏電保護準確率，實現(xiàn)快速切除接地故障，實現(xiàn)接地保護的時限配合，將故障停電范圍縮到最小。

2)增加下井電纜，實現(xiàn)多個中央變電所供電，消滅“串糖葫蘆”。

3)井下6 kV系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)建設“單元保護+網(wǎng)絡保護”的模式，實現(xiàn)選擇性，在網(wǎng)絡故障時單元保護起作用，徹底解決越級跳閘問題。

4)新建井下中央變電所時，應考慮減少接地型電壓互感器數(shù)量，只在進線開關上裝設并選用抗諧振互感器。漏電保護可集中選線也可將二次電壓送入每臺開關，實現(xiàn)漏電保護，或在電壓互感器二次側加裝阻尼電阻，防止諧振過電壓。

5)井下供電系統(tǒng)的保護裝置和自動化改造，未來幾年的發(fā)展方向應該是“單元保護+網(wǎng)絡保護”，這是實現(xiàn)井下供電選擇性、可靠性的根本出路。

6)要求開關廠家研究儲能電容失效和性能降低的檢查和監(jiān)測辦法，研究低壓開關在無交流操作電源的情況下可靠跳閘問題。

［1］ 王 威，張 輝．淺議煤礦井下電纜火災事故及預防對策［J］．煤炭工程，2005(5)：33－34．

［2］ 任洪軍，李 進，從繼忠．煤礦井下局部通風機供電系統(tǒng)存在問題及處理方法［J］．煤炭工程，2009(4)：13－14．