井下高壓電網(wǎng)存在的問題及預(yù)防措施

陰麗娟

(山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司西曲礦，山西 古交 030200)

電力作為煤炭開采的主要?jiǎng)恿Γ诿禾可a(chǎn)過程中占有重要地位，礦井電網(wǎng)的運(yùn)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(jì)劃停電、停風(fēng)而導(dǎo)致的瓦斯、煤塵等重大惡性事故時(shí)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(dāng)前井下供電存在問題及可能產(chǎn)生的事故

1)越級跳閘。當(dāng)井下發(fā)生短路故障時(shí)，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(hù)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(shí)存在，導(dǎo)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(shí)切除故障線路，長時(shí)間接地運(yùn)行，可能引發(fā)井下瓦斯、煤塵、火災(zāi)等災(zāi)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(zāi)等災(zāi)害性事故。

5)地面6 kV設(shè)施結(jié)構(gòu)性能及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，與井下系統(tǒng)，保護(hù)設(shè)備配置嚴(yán)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(zāi)等災(zāi)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(yùn)輸設(shè)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(dǎo)致接地、短路故障。

3)電纜和接線盒容易遭受機(jī)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(yùn)行要求，應(yīng)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(yàn)管理缺失，按照《煤礦安全規(guī)程》應(yīng)對井下電纜進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)，規(guī)定各電壓等級最小截面，防止火災(zāi)事故。

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

7)目前，某礦接地補(bǔ)償(消弧線圈)均為欠補(bǔ)償運(yùn)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(hù)配置困難，原因是供電距離短，短路電流沒有差別，速斷保護(hù)基本沒有選擇性。過流保護(hù)配合級差小，時(shí)限短，也導(dǎo)致選擇性差。

9)井下高低壓開關(guān)均為交流操作系統(tǒng)，在短路故障時(shí)，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(guān)拒跳故障。

10)交聯(lián)電纜機(jī)械強(qiáng)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(bǔ)償運(yùn)行產(chǎn)生的危害。

該礦現(xiàn)運(yùn)行的消弧線圈全部為欠補(bǔ)運(yùn)行。嚴(yán)重違反《過電壓保護(hù)規(guī)程》、《礦山電力設(shè)計(jì)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(yán)重工頻過電壓。引發(fā)井下電纜“放炮”，設(shè)備燒毀，產(chǎn)生弧光。而且過電壓事故不會啟動電流保護(hù)跳閘直至發(fā)生相間短路才會停電跳閘，危害極大。當(dāng)初選擇欠補(bǔ)運(yùn)行方式是為了使井下功率方向型接地保護(hù)能夠起作用。事實(shí)證明，無論過補(bǔ)、欠補(bǔ)，功率方向型漏電保護(hù)都不準(zhǔn)確。所以，在《礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確要求補(bǔ)償系統(tǒng)，井下高壓漏電保護(hù)必須采用諧波型漏電保護(hù)。更換井下漏電保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)消弧線圈過補(bǔ)運(yùn)行是應(yīng)立即采取的一項(xiàng)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(shè)備過電壓保護(hù)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(shí)，容易發(fā)生分頻諧振過電壓，擊穿電纜、設(shè)備，產(chǎn)生弧光而且不跳閘，危害很大。根據(jù)實(shí)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(guān)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(shè)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(guān)采用抗諧振電壓互感器。b)改變井下中央變電所結(jié)構(gòu)，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(hù)用。c)在互感器二次開口中接入阻尼電阻。

4 井下電氣火災(zāi)事故

井下電纜著火事故，從技術(shù)層面分析有三大原因。

1)電纜過載、過熱引起著火。井下運(yùn)輸機(jī)、采煤機(jī)等均為衡功率負(fù)荷，當(dāng)電壓偏低時(shí)，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。縣區(qū)供電能力有限，電壓特性較軟。經(jīng)常低電壓運(yùn)行。電纜截面不能按常規(guī)計(jì)算選擇，必須校驗(yàn)熱穩(wěn)定系數(shù)，必須留有足夠余量。同時(shí)要改善電源質(zhì)量，加粗電源導(dǎo)線，采用調(diào)壓設(shè)備、無功補(bǔ)償設(shè)備。

2)開關(guān)拒動。在電纜或設(shè)備發(fā)生短路時(shí)開關(guān)拒動，短路電流長期作用在電纜上，易發(fā)生火災(zāi)。開關(guān)拒動的原因很多，有一種較常見，即開關(guān)沒有可靠的操作電源。當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，操作電壓降低甚至為零，開關(guān)失去跳閘動力，低壓系統(tǒng)(1 140 V、660 V)較嚴(yán)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(jìn)一步發(fā)展，引起電纜著火。

5 井下風(fēng)機(jī)專供問題

風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)安全運(yùn)行創(chuàng)造了條件，確保中央變電所的開關(guān)母線帶電，保證風(fēng)機(jī)不斷電。

要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，變電站(所)的保護(hù)系統(tǒng)必須達(dá)到以下要求：1)中央變電所各配出線開關(guān)是以后各級變電所短路保護(hù)的最終跳閘開關(guān)，要求動作可靠，整定時(shí)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(jìn)線開關(guān)不誤動作，是保證出線開關(guān)選擇性的要求之一。3)中央變電所進(jìn)線開關(guān)，風(fēng)機(jī)專供開關(guān)，風(fēng)機(jī)低壓開關(guān)必須裝設(shè)延時(shí)失壓保護(hù)，延時(shí)達(dá)到要求。

6 建議治理措施

采用成本低、見效快、技術(shù)成熟的辦法，迅速改變井下供電狀況。

6．1 近期措施

1)落實(shí)井下繼電保護(hù)設(shè)置原則。

a)供井下的地面開關(guān)將速斷保護(hù)改為限時(shí)速斷，優(yōu)先下級開關(guān)跳閘或者加裝縱差保護(hù)，取消地面開關(guān)速斷保護(hù)。b)取消井下中央變電所進(jìn)線開關(guān)速斷保護(hù)和過流保護(hù)。如保留過流保護(hù)，其整定值和時(shí)限要與上級保護(hù)相同。c)中央變電所進(jìn)線開關(guān)不設(shè)漏電保護(hù)。d)中央變電所進(jìn)線開關(guān)設(shè)置延時(shí)失壓保護(hù)，應(yīng)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(qiáng)重點(diǎn)設(shè)備和部位的接頭檢查、檢修。

4)更換部分井下高壓開關(guān)功率方向型漏電保護(hù)(已更換一大部分)，盡快實(shí)現(xiàn)消弧線圈過補(bǔ)償運(yùn)行，新保護(hù)的選型要有前瞻性。具備“單元保護(hù)+網(wǎng)絡(luò)保護(hù)”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(hù)準(zhǔn)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(hù)設(shè)置都不清楚，相互影響嚴(yán)重，必須加裝隔離變壓器，降低與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的關(guān)聯(lián)度。

6)加強(qiáng)新敷設(shè)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(yàn)，高低壓電纜的熱穩(wěn)定性，更換不合格電纜。

6．2 長期目標(biāo)

1)對高瓦斯礦井采取建35 kV站、分列運(yùn)行、隔離變等措施，實(shí)現(xiàn)分系統(tǒng)供電，每個(gè)系統(tǒng)接地電流控制在20 A以下。取消接地補(bǔ)償，提高選擇性漏電保護(hù)準(zhǔn)確率，實(shí)現(xiàn)快速切除接地故障，實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)的時(shí)限配合，將故障停電范圍縮到最小。

2)增加下井電纜，實(shí)現(xiàn)多個(gè)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(shè)“單元保護(hù)+網(wǎng)絡(luò)保護(hù)”的模式，實(shí)現(xiàn)選擇性，在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)單元保護(hù)起作用，徹底解決越級跳閘問題。

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

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

6)要求開關(guān)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(guān)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(zāi)事故及預(yù)防對策［J］．煤炭工程，2005(5)：33－34．

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