礦井供電系統安全可靠性研究

張 勇

(太原煤炭氣化(集團)有限責任公司 東河煤礦，山西 臨汾 041207)

0 引言

礦井供電系統安全可靠運行關系著人身安全和生產安全，是煤礦安全生產的重要組成部分。由于老舊礦井中供電設備老化、網絡結構復雜、電壓等級多等特點，存在很多影響供電安全可靠性的因素。對礦井供電系統進行技術改造和管理升級，是煤炭行業發展和體制改革的需求，也是本質安全礦井建設和供配電設備發展需求。本文基于礦井供電系統安全可靠性要求，總結了近幾年來發生的安全可靠性問題，分析了事故產生的原因，從技術措施和管理措施兩方面提出了改進的建議，對礦井供電系統和煤礦安全生產具有重要意義。

1 礦井供電系統的安全可靠性要求

礦井供電系統作為一種特殊的供電系統，我國出臺了相關文件和規范對煤礦供電系統的電源、線路、中性點、電壓等級和防爆等級等方面的安全可靠性做出了嚴格要求，具體如下：

(1)電源：煤礦安全規程規定，礦井的電源線路應有兩回，其中單回線應足夠全礦負荷供電。采用單回供電的礦井必須配置備用電源，且對備用電源的通風、提升和排水等條件均有明確要求。礦井雙回供電線路均不允許分接負荷，備用線路必須帶電。

(2)線路：中央變電所、排水泵房等由雙回線路供電，通風機、絞車、瓦斯泵等設備房有雙回主變引出的出線。重要控制回路和輔助設備應配置與主要設備同樣等級的備用電源。

(3)中性點接線方式：中性點經消弧線圈或高阻抗接地，井下變壓器的中性點嚴禁接地運行；井上中性點直接接地的變壓器也不能向井下供電。

(4)電壓等級：井下高壓不超過10 000 V；低壓不超過1 140 V；照明、通信等設備供電電壓不超過127 V；遠距離控制回路的供電電壓不超過36 V。

(5)防爆等級：井下供配電設備的防爆等級應滿足相關規定，具有相應合格證和安全標志。

2 礦井供電系統安全可靠性問題

(1)容量不足引起的絕緣和發熱問題。隨著礦井工作面的推進和綜采技術的發展，井下采掘和運輸等電氣設備逐漸增多，功率等級也越來越大，在煤礦建設初期所設計的變壓器和電纜逐漸不能滿足井下供電的容量要求，常常運行在滿負荷甚至過負荷狀態。長期在過負荷狀態運行的主變和電纜容易出現絕緣水平下降、電纜頭爆炸等事故，給企業造成巨大經濟損失。

(2)諧波和無功引起的電能質量問題。隨著變頻調速采煤機、直流電機車等大功率機電設備的整流裝置、軟啟動系統等的廣泛應用，會向系統注入大量諧波和無功功率，引起供電電壓波形畸變、電壓低等現象，降低電能質量，同時還可能引起電磁干擾，使得繼電保護和自動化裝置誤動作。

(3)低壓電器引起的電弧問題。老舊的線路空氣開關在開通或關斷過程中可能產生電弧，極易引起井下瓦斯爆炸事故。為了防止電弧引起爆炸，國家明令禁止使用該類型低壓空氣開關，對原有的設備應進行技術改造和升級。

(4)缺乏安全監測和自動化裝置。多數早期建設的礦井沒有配置供電監測系統和自動化裝置，參數靠人工測量和記錄，存在人工誤差的時間滯后，電源切換等操作不能自動投切，必須通過手動操作，停電時間較長。隨著科學技術水平的發展，在線監測系統和自動化裝置在煤礦供電系統的安全可靠性中起到了重要作用。在線監測裝置采集各工作面、配電室、移動變電站等關鍵節點的設備狀態、電壓電流等參數，將數據傳輸到地面電力調度室，使監控和調度人員能全面掌握運行情況，對過負荷和危險運行方式作出判斷，提高系統的安全性和可靠性。

(5)環境和人員素質引起的誤操作問題。井下工作范圍有限，在通風、照明和粉塵作用下，操作人員易受干擾造成誤拉誤合開關。在缺乏監管和問責制度的情況下，專業素質不強和安全意識淡薄的工作人員下井違章工作，容易造成觸電事故。

3 提高供電安全可靠性技術措施

(1)完善井下電網結構，合理配置保護。地面變電所經消弧線圈接地，中央變電所由雙電源分段進線方式供電、輻射式出線，對于停用的老舊線路和設備應及時拆除，減少安全隱患，對于電纜容量不足的線路進行改造，減少主變負荷。當地區電網系統參數發生變化后，對主變保護進行重新整定，對配電線路配置過流保護、斷路器失靈保護和低電壓保護。

(2)配置新型諧波和無功補償設備。在系統電壓諧波和無功功率較大情況下，配置基于電力電子技術的諧波和無功補償設備，能夠向系統補償諧波和無功功率，提高功率因數。常用的設備有靜止無功發生器SVG、有源電力濾波器APF等，這類設備通過大功率開關器件實現無功和諧波變換，具有補償精度高、響應速度快的優點。

(3)淘汰不符合規范的設備。對井下供電系統的電纜、變壓器、接線端子進行全面排查，特別是國家明令禁止容易引起電弧的低壓開關，對照相關規范和文件進行排查和整改。對于不符合安全規范的設備要進行淘汰，對于接近運行壽命的老設備要建檔立卡，納入檢修計劃。

(4)配置電力監控和自動化系統。在地面變電站安裝線路零序故障綜合診斷裝置，通過漏電流及時判斷故障是否發生。在高壓盤頭和配電柜等容易出現過熱現象的關鍵點處安裝無線測溫裝置，通過無線傳輸將信號上傳至電力監控后臺，通過報表、曲線等形式給維護檢修人員提供決策依據，將安全事故防患于未然。

(5)引進新技術和新工藝。新技術、新工藝在煤礦供電系統中正在發揮重要的作用，電纜漏電快速查找技術、電源快速切換技術、防越級跳閘技術等均已在實際生產中應用，企業應結合實際引進符合自身的新技術。

4 提高供電安全可靠性管理措施

(1)完善電氣設備操作規范和監管制度。統計分析常發生的供電事故，對事故原因進行經驗總結，形成操作規范。加強停送電和負荷管理，盡量縮短停電檢修和預接開關等工作的影響時間。對于影響范圍廣、工作難度大的工作，要落實工作負責人的監督工作，形成明確的獎懲制度。

(2)進行專業技能培訓。隨著供電設備的更新換代，許多基于自動化技術和網絡技術的設備應用在礦井供電系統中，本單位電工缺乏對設備的相關認知，在日常維護和故障處理過程中依賴廠家的技術服務人員。為了提高故障處理能力、縮短停電時間，應適當增加電工的培訓內容，對于自動化接口、控制原理和網絡技術等新技術應進行有針對性的學習。

(3)開展安全意識宣傳和教育。許多大型事故的發生往往都是由于工作人員安全意識淡薄、缺乏職業道德約束等細節問題引起的。在平時的工作中要通過多種多樣的形式宣傳安全意識，通過觀看事故視頻、安全座談等形式提高員工的安全意識和職業道德。

5 結束語

結合國家對礦井供電系統提出的具體要求，總結了目前礦井供電系統存在的安全可靠性問題。提高礦井供電系統的安全可靠性應從技術措施和管理措施兩方面入手，結合礦井實際情況，以高標準、嚴要求落實安全管理制度，并提高工人的安全意識。