礦井供電系統(tǒng)故障及其防范措施

李 軍

（潞安集團(tuán)慈林山煤業(yè)公司慈林山煤礦， 山西 長治 046000）

引言

當(dāng)今煤礦行業(yè)不僅在生產(chǎn)工藝上得到長足的進(jìn)步，大量機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用也提高了礦井的機(jī)械化程度。礦井工作面機(jī)械化生產(chǎn)的正常進(jìn)行需要以供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行為基礎(chǔ)。由于整個(gè)礦井供電系統(tǒng)需要結(jié)合具體生產(chǎn)需求，科學(xué)調(diào)整供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和負(fù)荷，這會(huì)降低采煤工作面供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，受到非計(jì)劃性停電因素的影響，導(dǎo)致供電子系統(tǒng)無法正常工作，這也會(huì)影響到地下水的正常排出，威脅到井下工作面生產(chǎn)安全。因此，需要及時(shí)識(shí)別供電系統(tǒng)的安全隱患，并采取科學(xué)防控故障的措施，從而滿足井下工作面供電需求。

1 礦井供電系統(tǒng)的故障類型

1.1 線路與連接器故障

井下環(huán)境潮濕，加之有害氣體較多，會(huì)對(duì)供電線路的絕緣層造成腐蝕，降低絕緣性能，甚至引發(fā)漏電現(xiàn)象。同時(shí)，供電線路的絕緣性能不佳，在高電壓環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致絕緣失效。由于井下環(huán)境的潮濕，加之連接器密封性不良，會(huì)導(dǎo)致水汽進(jìn)入供電線路造成短路事故。此外，井下敷設(shè)的供電線路較多，且大型生產(chǎn)設(shè)備較多，眾多重物相互擠壓和磨損，容易導(dǎo)致供電線纜的絕緣性降低。在氧化的作用下，絕緣線纜會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，使用性能明顯降低，極容易誘發(fā)短路或漏電事故。供電線纜長期過載工作，會(huì)對(duì)線纜造成一定的破壞[1]。

1.2 移動(dòng)變電站故障

移動(dòng)變電站的故障部位主要包括漏電保護(hù)裝置故障、開關(guān)故障以及變壓器故障。受控制開關(guān)絕緣電阻值設(shè)計(jì)過低、爬電距離與電器間隙過小以及觸頭開關(guān)接觸不良等因素的影響，極容易導(dǎo)致移動(dòng)變電站發(fā)生短路。移動(dòng)變電站一般采用防爆型漏電保護(hù)開關(guān)，一旦漏電保護(hù)裝置低壓端發(fā)生短路，會(huì)導(dǎo)致漏電保護(hù)性能失效，對(duì)供電系統(tǒng)造成損害。移動(dòng)變電站通常安裝干式變壓器，一旦其內(nèi)線圈發(fā)生絕緣失效，也會(huì)直接引發(fā)移動(dòng)變電站故障[2]。

1.3 電源控制柜、開關(guān)柜故障

一旦開關(guān)柜的防爆開關(guān)出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備無法正常斷開饋電回路，引發(fā)越級(jí)停電現(xiàn)象，這是大范圍斷電停運(yùn)的主要誘發(fā)因素。其中，作業(yè)人員在生產(chǎn)中誤觸開關(guān)柜或者誤打開母聯(lián)開關(guān)，都是大范圍停電的主要原因。

1.4 用電設(shè)備故障

用電設(shè)備故障的類型主要包括短路、漏電和控制器故障等。漏電故障的發(fā)生往往是因?yàn)橛秒娫O(shè)備絕緣性能降低導(dǎo)致的，而絕緣性能降低的原因主要包括線路絕緣老化、線路外部損傷以及高壓擊穿等。絕緣失效也是誘發(fā)短路的重要因素。由于用電設(shè)備絕緣性能失效，會(huì)加劇電弧放電造成短路，用電設(shè)備過載運(yùn)行也會(huì)導(dǎo)致電壓異常升高，損害元器件造成設(shè)備短路。造成控制器故障的原因包括物理損傷和程序紊亂兩個(gè)方面。一方面，系統(tǒng)紊亂會(huì)影響到用電設(shè)備功能的正常性，另一方面，在外力的作用下，如控制接線錯(cuò)誤、元器件脫焊、線路松動(dòng)以及接頭虛接等因素的影響，控制器會(huì)出現(xiàn)燒損故障[3]。

2 礦井供電系統(tǒng)故障的防范

2.1 運(yùn)用FTA 對(duì)礦井供電系統(tǒng)故障進(jìn)行排查

故障樹分析法（FTA）是美國貝爾電報(bào)公司于1961 年提出的自上而下的演繹式失效分析法，利用布林邏輯組合低階事件，分析系統(tǒng)中出現(xiàn)的負(fù)面狀態(tài)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的系統(tǒng)糾錯(cuò)中。

在分析供電系統(tǒng)故障的過程中，故障樹分析法（FTA）憑借其邏輯清晰、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，故障樹分析法（FTA）借助于數(shù)理方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)被評(píng)價(jià)事件的定性和定量分析，得出不同底層事件對(duì)頂上事件的影響概率，預(yù)測(cè)出頂上事件的發(fā)生率。通過查明導(dǎo)致頂上事件的因素，并將相關(guān)因素借助于邏輯運(yùn)算符號(hào)聯(lián)結(jié)，構(gòu)建以頂上事件為基礎(chǔ)的邏輯關(guān)系網(wǎng)，基于此，結(jié)合定性分析，查找導(dǎo)致失效時(shí)間的關(guān)鍵點(diǎn)，明確可優(yōu)化的故障點(diǎn)，并利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，處理各類基礎(chǔ)事件的概率，對(duì)各類因素進(jìn)行綜合分析，并針對(duì)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)方面提出可行性建議，從而保證供電系統(tǒng)運(yùn)行性能的提升[4]。

2.1.1 構(gòu)建FTA 模型

利用故障樹分析法（FTA），構(gòu)建供電系統(tǒng)FTA模型，將供電系統(tǒng)故障產(chǎn)生原因自上而下進(jìn)行事件類型劃分，其中任何原因?qū)е碌墓╇娤到y(tǒng)故障為一級(jí)事件，由移動(dòng)變電站、電源控制柜、開關(guān)柜以及連接器4 種類型導(dǎo)致的故障為中間事件，再以中間事件為基礎(chǔ)，對(duì)導(dǎo)致失效事件的底層事件進(jìn)行排查，供電系統(tǒng)故障FTA 模型如圖1 所示：

2.1.2 運(yùn)用FTA 模型對(duì)故障進(jìn)行分析

故障樹的最小割集為可能誘發(fā)頂上事件的最小底層事件，可利用行列法、矩陣法以及布爾代數(shù)法等計(jì)算最小割集。本次計(jì)算最小割集選用布爾代數(shù)法：

由此可得：FTA 模型包含17 個(gè)最小割集，而這17 個(gè)基本事件都會(huì)誘發(fā)供電系統(tǒng)失效。

由于統(tǒng)計(jì)基本事件的發(fā)生概率具有較大難度，為了明確基本事件的重要程度，通過最小割集對(duì)基本事件結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行排序，得出基本事件在供電系統(tǒng)故障發(fā)生方面的先后順序如下所示：

通過排序，明確結(jié)構(gòu)重要度與各結(jié)構(gòu)在供電系統(tǒng)的排序趨于一致，認(rèn)為應(yīng)優(yōu)先控制電源控制柜故障，隨后重點(diǎn)防控移動(dòng)變電站故障，最后為供電線路和用電設(shè)備故障。

2.2 加強(qiáng)供電系統(tǒng)可靠性

為了確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)從以下四個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.1 安裝實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

通過在礦井下安裝實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，管理人員能夠動(dòng)態(tài)了解井下通風(fēng)狀態(tài)、有害氣體情況、作業(yè)人員位置信息等?；诖?，礦井有必要引進(jìn)供電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)供電系統(tǒng)故障原因、類型的判別，利用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)調(diào)節(jié)故障區(qū)的供配電狀態(tài)，為故障維護(hù)工作提供方便，最大限度降低供電故障對(duì)采煤生產(chǎn)造成的不良影響。

2.2.2 構(gòu)建故障檔案

礦井應(yīng)構(gòu)建故障檔案，針對(duì)電器裝置的故障類型、故障損傷程度以及故障發(fā)生率進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，為判斷供電系統(tǒng)故障提供借鑒和參考。與此同時(shí)，礦井應(yīng)引入專業(yè)的故障檢測(cè)設(shè)備，定期對(duì)電器裝置進(jìn)行非損傷性能檢測(cè)，并借助于仿真模擬軟件進(jìn)行維修，并聯(lián)合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，了解供電裝置的運(yùn)行狀況[5]。

2.2.3 加強(qiáng)對(duì)供電系統(tǒng)故障的排查和維護(hù)

由于采煤工作面時(shí)常變動(dòng)，供電系統(tǒng)需要隨之移動(dòng)，這也導(dǎo)致用電負(fù)荷需要經(jīng)常調(diào)整，若不結(jié)合用電運(yùn)行參數(shù)變化情況及時(shí)調(diào)整供電系統(tǒng)，極易誘發(fā)供電系統(tǒng)故障。因此，煤礦應(yīng)建立健全供電系統(tǒng)巡查檢修制度，確保能夠及時(shí)識(shí)別電力故障。例如，電氣設(shè)備絕緣性能損壞、供電線路器件損壞等，一旦發(fā)現(xiàn)超出使用年限的設(shè)備，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。

2.2.4 強(qiáng)化作業(yè)人員安全觀念

操作人員作為使用和維護(hù)供電系統(tǒng)的主體，其安全意識(shí)的高低對(duì)供電系統(tǒng)的安全運(yùn)營起到了直接影響。作業(yè)人員的專業(yè)水平高低也直接影響到供電系統(tǒng)的維護(hù)質(zhì)量。因此，礦井應(yīng)針對(duì)操作人員開展針對(duì)性、系統(tǒng)性的培訓(xùn)，以講座、技能考核和技能鑒定等形式對(duì)操作人員的專業(yè)水平進(jìn)行評(píng)測(cè)，并責(zé)令操作人員嚴(yán)格遵守用電設(shè)備使用規(guī)程，強(qiáng)化操作人員的應(yīng)急處理能力，以便能夠在用電系統(tǒng)故障發(fā)生的第一時(shí)間，判斷故障類型，采取整改措施，降低故障造成的損失。

3 結(jié)語

礦井作業(yè)環(huán)境十分惡劣，加之供電系統(tǒng)需要結(jié)合采煤的實(shí)際需求進(jìn)行靈活調(diào)整，使得供電系統(tǒng)相較于煤礦的其他系統(tǒng)，故障發(fā)生率較高。利用故障樹分析法進(jìn)行探究后發(fā)現(xiàn)，供電系統(tǒng)的故障類型主要分為移動(dòng)變電站故障、電源控制柜故障、開關(guān)柜故障以及連接器故障4 個(gè)中間事件，而導(dǎo)致上述故障的基本事件為17 個(gè)。因此，為了確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，要借助實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)識(shí)別故障隱患，構(gòu)建故障檔案，加強(qiáng)對(duì)供電系統(tǒng)的巡查和維護(hù)，著力提升作業(yè)人員素質(zhì)，針對(duì)供電系統(tǒng)開展相應(yīng)的維護(hù)，以此來保障井下生產(chǎn)秩序的穩(wěn)定性。