煤礦地面供電系統優化改進技術措施

楊 靜

（大同煤礦集團白洞礦業公司，山西大同 037003）

0 引言

地面供電系統高效運行是煤礦安全生產的重要保障。受電網鋪設環境、電網安裝質量以及管理維護水平等影響，中國多數煤礦地面供電線系統出現老化現象，不僅導致供電系統安全性能降低[1]、故障率高，而且在煤礦高負荷供電狀態下，電網出現失穩現象，容易發生重大供電事故，如電網燒毀、供電短路、人身觸電等。

大同煤礦集團白洞礦業公司地面變電站對井田3個變電所，共計317臺供電所設備進行供電。地面高壓配電系統主要利用多臺變壓器通過架空高壓線向井下及工業場地進行供電。由于白洞礦建礦年限長，原供電系統中電纜直徑及橫截面相對較小，而且受電網安裝環境及維護管理水平影響，地面供電系統長期負荷，運行時老化現象相對嚴重，供電系統經常出現短路故障，影響煤礦安全供電。根據2016-2017年數據統計分析發現，白洞礦地面供電系統因短路故障，發生2次火災事故，7次變壓器燒毀事故，影響煤礦生產共計73 d，煤礦經濟損失達874余萬。為此，白洞礦電氣為了降低地面供電系統短路故障以及引起供電事故率，決定對地面供電系統進行優化改進，通過加裝漏電斷路器實現電網安全供電穩定性。

1 漏電斷路器選擇及主要作用

1.1 選擇

漏電斷路器主要具有成本費用低、安裝維護簡單、故障率低、安裝空間小等優點[2]，按照漏電斷路器不同的工作原理主要分為電流漏電斷路器、電壓漏電斷路器和交流脈沖漏電斷路器3種。在實際應用中發現，交流脈沖漏電斷路器在計算漏電時由于受到線路三相不平衡影響，會發生頻繁的跳閘斷電，靈敏度太高對生產效率造成一定影響。電壓漏電斷路器在變壓器低壓保護運行時，由于不能對每個分回路有效監測，在煤礦的實用性也不強。在煤礦供電系統中，電流漏電斷路器使用最多，該電流斷路器能夠對負荷側線路漏電、短路、過載、斷相有效進行監測并實時斷電，能夠確保供電系統的穩定。白洞礦地面供電系統決定安裝DZ24L型電流漏電斷路器，并采用分層保護結構，如圖1所示。

圖1 DZ24L型電流漏電斷路器分層保護示意圖

1.2 主要作用

（1）漏電保護作用。漏電保護是在線路漏電、短路、過載、斷相的情況下，保護裝置自動識別斷電電源，避免人員或設備受到損傷。當保護監測到供電線路負荷側發生漏電時，保護自動將電源側電源切斷，確保供電安全。當人員不小心觸碰到漏電線路時，為了降低電流對人員的傷害，漏電保護器自動將電流導向大地[3]，確保人員不會發生觸電事故。由于漏電時間越短，對人或設備損傷越小，因此煤礦漏電保護的動作時間通常不超過0.3 s。

（2）避免供電事故發生。由于漏電斷路器能夠及時切斷故障電源，從供電設備安裝漏電保護裝置以來，煤礦發生供電事故的概率大大下降，煤礦安全生產得到了有效提高。即使操作人員在操作設備過程中發生失誤，漏電斷路器也能夠及時切斷電源，防止事故擴大[4]。

1.3 剩余動作電流值確定

1.3.1 確定原則

根據煤礦供電協議要求，漏電斷路器剩余動作值確定原則主要表現在以下幾方面：（1）漏電斷路器必須能夠滿足負荷設備的漏電電流；（2）漏電斷路器需設計3個檔位來分別對動作電流進行調節；（3）額定不動作電流值應高于正常漏電最大值值的2倍以上[5]；（4）安裝在潮濕環境的供電設備，漏電動作電流應小于30 mA；（5）地面建筑及可移動式供電設備的額定剩余動作電流應小于30 mA；（6）供電設備總保護的額定剩余動作電流應大于30 mA。

1.3.2 剩余動作電流值計算

根據漏電器剩余動作值確定原則，額定剩余動作電流要通過計算漏電電流的大小來確定。由于計算漏電電流的方法比較復雜，而且需要專業的測量設備，在實際工作中，可以通過以下經驗公示來計算：

式中：I△M為額定剩余動作電流；Ih為電路中最大電流。

通常情況下，三線制或四線制動力及照明線纜計算可以使用式（1）；普通單相照明線路計算可以使用式（2）。

2 安裝維護技術要求

2.1 安裝技術要求

（1）漏電斷路器能夠在漏電時及時切斷電源，從而起到保護作用，供電中嚴禁任何設備漏電斷路器。由于斷路器無法對人體直接進行漏電保護，所以在使用過程中嚴禁人員觸碰斷路器[6]。

（2）漏電斷路器在安裝前應對安裝人員進行專業培訓，安裝期間應指派專業技術人員現場監督管理；漏電斷路器的各接線端子在安裝時要嚴格按照說明書標識進行安裝。

（3）安裝人員在安裝漏電斷路器前，首先要將線纜兩個端頭鋼帶拆除，中性線纜要進行鉛包，而且要確保中性線纜鉛包完成后的完整性；施工人員在斷路器內部安裝中性線時，要確保中性線準確的安裝位置，同時由于中性線并非保護線，在安裝中要避免多次重復連接。

（4）漏電斷路器在使用前應進行動作特性試驗，斷路器安裝時應保證安裝位置高于地面1.5 m，且確保斷路器負荷側與電源側對接安裝正確。

（5））漏電斷路器在與電纜芯線對接安裝時，必須保證載流要求，通常情況下，中性線截面積應大于主線的50%以上[7]。

2.2 維護技術要求

（1）漏電斷路器由于在頻繁的跳閘過程中會出現電源模塊及保護內部的線路燒損，因此檢修人員需定期對設備的保護進行檢查，發現動作失靈、損壞時必須及時進行更換。

（2）檢修人員每月需要對斷路器的跳閘參數進行記錄并匯總，并根據每個斷路器的跳閘參數進行分析，不斷調整保護參數，確保每個斷路器動作靈敏、可靠。

（3）當被保護供電系統中發生觸電事故時，必須及時對漏電斷路器動作特性進行檢查，分析保護失效原因，并及時更換斷路器。

（4）煤礦應對地面供電系統中，漏電斷路器每日需對供電設備做1次漏電試驗，確保漏電斷路器的靈敏性，并記錄反應時間[8]；每月定期按試驗按鈕3次，每季度進行2次遠方試驗。

（5）嚴禁非工作人員對漏電斷路器進行安裝、拆卸、維修以及特性檢測，需安排經過培訓且有資格證的人員進行檢測，嚴禁采用相線接觸接地裝置的方法進行檢測。

3 結束語

2018月2月，白洞礦地面供電系統改造全部完成，供電系統通過安裝漏電斷路器后，經1年應用效果觀察發現，優化改進后，電網穩定性大大提高。與改進前相比，解決了傳統供電系統老化現象嚴重、供電效率差、故障率高等技術難題，未發生一次因供電線系統短路故障，發生火災、設備燒毀等事故。全年可為煤礦提高經濟效益達720萬元，取得了顯著應用成效。