李海霞

(同煤集團云岡礦電氣隊，山西 大同 037017）

礦井的工作環(huán)境都比較惡劣，空間狹小，空氣潮濕，涌水量一般都較大，另外高濃度的瓦斯還存在著爆炸的危險。對于采掘工作面的機械設(shè)備來講，其電氣設(shè)備部分負荷變化大，啟動和運行過程都可能造成短路故障，進一步造成電氣設(shè)備嚴(yán)重破壞的安全事故。因此做好井下供電系統(tǒng)的短路故障原因分析，并有針對性地提出短路保護措施是非常有必要的。本文以同煤集團云崗礦井下供電系統(tǒng)為研究對象，對其短路保護措施進行了實踐應(yīng)用研究。

1 煤礦企業(yè)供電系統(tǒng)的要求

煤礦供電系統(tǒng)的四大要求分別是可靠性、安全性、經(jīng)濟性與供電質(zhì)量。供電的可靠性是指供電可靠，不會造成供電中斷現(xiàn)象，否則會因水泵停止排水而造成水災(zāi)，局部風(fēng)機停止工作而造成瓦斯積聚進而引發(fā)瓦斯災(zāi)害事故。供電質(zhì)量的指標(biāo)是電壓和頻率，要求其不超過規(guī)程規(guī)定的允許誤差范圍。供電經(jīng)濟，煤礦井下電氣設(shè)備的耗電量是比較大的，隨著采掘綜合機械化的不斷發(fā)展，電耗在原煤成本中所占的比重必然增加。供電設(shè)計一定要從各方面采取措施，盡可能降低耗電量，保證井下供電的經(jīng)濟性。安全性主要是指供電系統(tǒng)的供電過程要保障安全，不能發(fā)生短路等用電故障。

2 云岡礦井下供配電現(xiàn)狀及供電短路故障分析

2.1 云岡礦井下供配電現(xiàn)狀

云岡礦當(dāng)前有姜站和郭站兩處35kV變電站，其向井下提供6kV的供電。當(dāng)前井下共有15個變電所、中變供礦井主排水水泵，南980所、北980所、945所和北一區(qū)域所主要提供大型皮帶運輸，其余變電所供給綜采、工掘系統(tǒng)及盤區(qū)運輸、排水、供風(fēng)等，全礦共有高壓開關(guān)184臺，移變120臺，660V及以下系統(tǒng)均裝有漏電保護裝置；現(xiàn)運行工掘隊組17個，均實現(xiàn)“三?！薄皟砷]”，雙風(fēng)機雙電源切換裝置，工掘機組均安裝機載斷電儀，低壓電機裝設(shè)短路、過負荷、單相斷線、漏電閉鎖保護及遠程控制裝置。40kW及以上電機使用真空電磁起動器控制，127V供電系統(tǒng)使用綜合保護，低壓供電系統(tǒng)裝設(shè)檢漏保護。

2.2 云岡礦低壓配電系統(tǒng)的接線方法

云岡礦低壓斷路開關(guān)的設(shè)置原則與高壓系統(tǒng)相同，進行綜合考慮來確定。需要特別指出的是，對于云岡礦采區(qū)低壓設(shè)備來講，在確定設(shè)置供電的斷路開關(guān)時，必須注意考慮它們的特殊矛盾。選擇最恰當(dāng)?shù)哪Ｊ?，尤其是?yīng)該從安全供電和有利于生產(chǎn)出發(fā)，考慮到采區(qū)機電維修人員的日常維修、電氣設(shè)備的移動和停、送電操作等工作的迅速、方便。這一點過去往往容易被設(shè)計和安裝人員所忽視。

云岡礦變電所內(nèi)斷路開關(guān)的設(shè)置。該礦變電所設(shè)置一臺變壓器時，其采用的是典型低壓配電系統(tǒng)，按照巷道布置、采掘機電設(shè)備的分布情況和相互之間的關(guān)系，劃分成了相應(yīng)的幾個配電點。變電所內(nèi)斷路開關(guān)的設(shè)置方法為：變壓器的低壓側(cè)應(yīng)設(shè)置一臺電源總斷路開關(guān)，相應(yīng)的檢漏繼電器必須與低壓側(cè)電源總斷路開關(guān)相連接。采區(qū)變電所內(nèi)分路斷路開關(guān)的設(shè)置數(shù)量，取決于由它供電出去的分路數(shù)。一般為配出一路，設(shè)置一臺分路斷路開關(guān)，而配出分路的數(shù)量，要按照該礦采區(qū)的布置、配電點的位置、數(shù)量和相互之間的關(guān)系以及每個配電點的負荷情況，具體進行調(diào)配。

2.3 云岡礦井下供電短路故障的原因分析

短路時電流不流經(jīng)負載，2根或3根導(dǎo)線直接連接形成回路。如相與相之間的短路、相與地之間的短路等。短路主要是由電氣設(shè)備載流部分絕緣損壞造成的，另外，井下沒有漏電保護而長時間存在的漏電故障，可能發(fā)展為相間短路。

通過對云岡礦供電短路故障的歸納總結(jié)分析得出其發(fā)生的原因主要包括以下方面：（1）電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生短路。主要有變壓器、電動機、開關(guān)、繼電器等設(shè)備，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)因質(zhì)量不合格問題發(fā)生短路故障。設(shè)備檢修和維護的過程中遺留的金屬工具也成為了短路故障發(fā)生的起因。電器設(shè)備的絕緣性能因潮濕環(huán)境受到影響，在被電流擊穿后也發(fā)生過短路故障。（2）三相短路及相間短路。設(shè)備維修過程中發(fā)生過多起技術(shù)人員忘記拆除短路接線或是遺忘三相短路接地造成的供電短路故障。（3）皮帶機等設(shè)備電機頻繁起動而引發(fā)短路故障。（4）電纜爆炸。從短路故障事故中發(fā)現(xiàn)電纜接頭銜接不嚴(yán)密也會造成故障發(fā)生。電纜接頭銜接不嚴(yán)密，發(fā)生機械擠壓過程就會產(chǎn)生物理性損害，破壞電纜的絕緣性能，通電狀態(tài)下發(fā)生擊穿現(xiàn)象而造成短路故障的發(fā)生。

通過對云岡礦井下供電短路故障的原因分析發(fā)現(xiàn)，短路故障的發(fā)生不僅需要從技術(shù)手段上解決，同時也需要加強電氣管理技術(shù)人員的培訓(xùn)和管理，降低發(fā)生短路故障的概率。

3 加強云岡礦井下供電短路保護的措施研究

以往的供電短路故障給云岡礦造成了巨大的經(jīng)濟損失，急需加強其保護措施的研究。公司供電技術(shù)部成立了短路保護措施項目小組，為供電的短路保護提供相應(yīng)的對策。具體措施如下。

3.1 相敏保護裝置的應(yīng)用

基于相敏保護原理BXLI，XLM1等產(chǎn)品在煤礦供電線路的保護中得到了大量的實踐應(yīng)用，可以實現(xiàn)對供電線路上的正常起動峰值電流故障進行診斷，實現(xiàn)其保護措施的功能。針對云崗礦供電線路的現(xiàn)狀，該公司選擇RPS10型相敏保護裝置。短路發(fā)生時有兩大特點：（1）短路電流大；（2）功率因數(shù)高，在0.95以上。正常工作時，工作面電流小于額定值，功率因數(shù)在0.85左右。從實踐使用情況看，該相敏保護裝置可以完善地處理因機械設(shè)備電機頻繁起動而引發(fā)的短路故障問題。

3.2 電子保護措施的應(yīng)用

從短路保護靈敏度角度考慮，還對云岡礦供電系統(tǒng)中安裝了電子保護措施?？招牡幕ジ衅髯鳛閭鞲衅?，復(fù)合式的電源保障其工作，杜絕了短路現(xiàn)象的發(fā)生。另外智能操控裝置、溫度控制器和除濕裝置可以對短路電源進行控制，保障供電穩(wěn)定性。電子保護措施的使用能降低云岡礦供電系統(tǒng)三相短路及相間短路故障發(fā)生的概率。

3.3 設(shè)置光纖縱差保護裝置

在云岡礦供電系統(tǒng)中使用礦井專用光纖縱差保護器，該保護器設(shè)有電流速斷保護功能，能快速實現(xiàn)保護。光纖縱差保護裝置的系統(tǒng)組成如圖1所示。

該光纖縱差保護裝置主要的組成部分有底層設(shè)備、光纖通信環(huán)網(wǎng)、監(jiān)控通訊分站和井上監(jiān)控主機。饋電開關(guān)、高爆開關(guān)等設(shè)備都是通過RS485總線聯(lián)系進行監(jiān)控的，可以實現(xiàn)對線路的監(jiān)控和保護。光纖通信環(huán)網(wǎng)、監(jiān)控通訊分站和計算機系統(tǒng)進行信息的采集、存儲和處理，從而進一步實現(xiàn)云崗礦全網(wǎng)供電系統(tǒng)的短路保護功能。

圖1 云崗礦光纖縱差保護裝置的系統(tǒng)組成圖

3.4 提高技術(shù)人員技術(shù)和加強維修保養(yǎng)管理

云崗礦加強了供電系統(tǒng)技術(shù)人員的水平培訓(xùn)，提高他們的理論知識和實踐動手能力。對于重要專業(yè)設(shè)備的維修和管理，審查了技術(shù)人員的上崗資質(zhì)證書。短路故障的另一重要的保護措施主要是加強電氣設(shè)備的日常維修和保養(yǎng)。采取嚴(yán)格的制度來對維修和保養(yǎng)工作進行規(guī)范，另外還制定了相應(yīng)的監(jiān)督機制和獎懲機制，管理人員要時常進入到維修現(xiàn)場進行檢查和監(jiān)督，對于存在的問題及時進行糾正。另外對于維修的具體情況，要進行獎懲，保障制度的完善，激發(fā)維修人員的積極性和責(zé)任心。加強維修和管理可以降低因電氣設(shè)備質(zhì)量問題以及相應(yīng)的維修管理不到位問題導(dǎo)致的短路故障。

4 結(jié)語

以同煤集團云岡煤礦低壓供電系統(tǒng)為研究對象，對云岡礦供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀及低壓配電系統(tǒng)的接線方法進行了分析，總結(jié)了其短路故障出現(xiàn)的原因。針對云岡礦的具體情況提出了短路保護的具體措施，有效地保障了云岡礦開采設(shè)備的正常工作，希望能為同類型的低電壓系統(tǒng)的短路故障保護問題提供參考。