礦井供電短路的過流保護的技術要求和應用對策分析

摘要：礦井供電系統的穩定性和安全性對煤礦生產至關重要，短路故障是礦井供電系統中常見的惡性事故，具有電流大、溫度高、破壞性強等特點，會對礦井供電穩定性與安全性產生不利影響，科學合理采用過流保護技術解決供電短路問題勢在必行。基于此，分析礦井供電短路的過流保護的技術要求，提出相應的對策，為提升過流保護技術的應用水平提供助力。

關鍵詞：礦井"""供電"""短路故障"""過流保護技術

Analysis"of"Technical"Requirements"and"Application"Countermeasures"for"Overcurrent"Protection"in"Mine"Power"Supply"Short"Circuit

ZHANG"Hongfei

Zhengmei"Group"（He’nan）"Baiping"Coal"Industry"Co.，"Ltd，"Zhengzhou."He’nan"Province，"452481"China

Abstract：The"stability"and"safety"of"mine"power"supply"system"are"very"important"for"coal"mine"production."Short"circuit"fault"is"a"common"malignant"accident"in"mine"power"supply"system，"characterized"by"large"current，"high"temperature"and"strong"destructiveness"power，"which"can"have"adverse"effects"on"the"stability"and"safety"of"mine"power"supply."It"is"imperative"to"scientifically"and"reasonably"adopt"overcurrent"protection"technology"to"deal"with"the"problem"of"power"supply"short"circuit."Based"on"this，"the"technical"requirements"of"over-current"protection"for"short"circuit"of"mine"power"supply"are"analyzed，"and"the"corresponding"countermeasures"are"put"forward"to"provide"assistance"for"improving"the"application"level"of"over-current"protection"technology.

Key"Words："Mine;"Power"supply;"Short"circuit"fault;"Overcurrent"protection"technology

煤礦井下低壓供電系統是煤礦井下電氣設備的重要組成部分，穩定運行對煤礦的生產安全起到至關重要的作用。但是，由于井下環境的特殊性，通風不良、潮濕多塵等，供電系統易發生短路故障。而短路故障會導致設備損壞，引發火災或瓦斯煤塵爆炸等嚴重后果。因此在礦井供電系統實際應用的過程中，需要科學采用過流保護技術，有效預防短路故障問題，達到預期的目的。隨著科學技術和經濟的快速發展，煤礦井下的電氣設備也在不斷更新換代，性能和復雜性也在不斷提高，要求過流保護技術能夠適應變化，為電氣設備提供更加可靠的保護。并且煤炭需求的不斷增加也促使礦井生產規模不斷擴大，井下供電系統的復雜性和負荷量也隨之增加，對過流保護技術的性能提出更高的要求，需要能夠在各種工況下都能夠準確、迅速地切斷故障電流，防止事故擴大。本研究的目的是分析礦井供電斷路特點與過流保護的技術要求，提出過流保護技術的應用措施，為促使礦井供電斷路問題的有效應對提供助力。

1"礦井供電短路特點

礦井供電短路是指電流不流經負荷，而是經過導線直接形成回路，礦井供電系統中，短路故障一旦發生，電流會急劇上升，通常是工作電流的幾十倍到幾百倍。短路電流會產生高溫電弧，溫度可達2"500～4"000"℃，足以燒毀線路或電氣設備。短路故障可以在極短時間內對線路和電氣設備造成嚴重破壞，甚至引發火災或瓦斯煤塵爆炸。另外，短路會導致電網電壓急劇下降，影響電網中其他電氣設備的正常工作，科學采用過流保護技術，能夠提升短路故障的應對水平，改善工作效果。

2"礦井供電短路的過流保護的技術要求

2.1"過流保護裝置選擇的要求

2.1.1"電動機保護裝置

對于電動機的保護裝置，應選擇具有短路、過負荷、單相斷線、漏電閉鎖等保護功能的綜合保護設備，準確檢測電動機的運行狀態，在發生故障時迅速切斷電源，預防事故擴大。在選擇電動機保護裝置過程中，需分析其可靠性、選擇性和靈敏度等指標，可靠性是保護裝置在故障發生時能夠可靠動作、不拒動；選擇性是保護裝置在故障發生時只切除故障設備或線路的電源，盡量縮小停電范圍；靈敏度是保護裝置對故障和不正常運行狀態的反應能力強，以此保證電動機保護裝置選擇的效果，為過流保護技術作用的良好發揮提供支持。

2.1.2"繼電保護裝置

繼電保護裝置保護范圍應覆蓋整個供電系統，保證故障發生時能迅速切除故障點，動作時間應盡可能短，減少故障電流對設備的損壞，動作電流應根據供電系統的實際情況進行整定，保證在故障發生期間能夠可靠動作。例如：深入分析繼電保護裝置有電磁式繼電器、晶體管繼電器裝置的情況，電磁式繼電器具有結構簡單、可靠性高等優點，但動作速度較慢，晶體管繼電器具有動作速度快、靈敏度高等優點，但結構較復雜，成本較高，在選擇過程中，應切實按照礦井供電系統的實際情況和需求進行權衡，保證所選擇的裝置性能符合標準。

2.2"過流保護裝置的整定校驗要求

2.2.1"整定措施

礦井供電短路過流保護裝置的整定與校驗，是促使煤礦井下低壓電網安全穩定運行的保障，可預防因短路故障而引發的電氣火災、設備損壞及人員傷亡等嚴重后果。

（1）斷流電流的分析。

實際工作中，需要完善短路電流的計算方案，結合電網的結構、變壓器的容量、電纜的規格與長度等因素，做好兩相短路電流值可以按公式計算，綜合考慮短路回路內一相電阻、電抗值的總和，分析系統電抗值、變壓器變比等因素，利用計算圖或表查出兩相短路電流值，對于三相短路電流值的計算，則有另一套相應的公式，計算過程中不考慮短路電流周期分量的衰減、短路回路的接觸電阻和電弧電阻；短路保護裝置的整定主要是電磁式過流繼電器、電子保護器和熔斷器熔體的整定，對于1"200"V及以下饋電開關的過流繼電器，其整定值需按照保護電纜干線或支線的不同情況，按相應公式選擇。

（2）整定值的選擇。

整定值的選擇應保證在短路故障發生時，繼電器能夠迅速動作，切斷故障電路。同時，還需要對整定值進行校驗，保證其滿足保護裝置的可靠動作系數要求。饋電開關中的電子保護器需要按短路保護整定原則進行整定，其整定范圍通常為饋電開關額定電流的3～10倍。對于過載長延時保護，其整定值則按實際負載電流值整定，整定范圍為饋電開關額定電流的0.4～1倍。電磁起動器中的電子保護器過流整定值也需要按相應公式選擇，并進行校驗。在1"200"V及以下的電網中，熔體額定電流的選擇需根據保護電纜干線、支線或照明負荷的不同情況，按相應公式選擇。選擇期間，應保證熔體在電動機起動時不會因起動電流過大而燒壞，并且在短路故障發生時及時熔斷，切斷故障電路"[1]。

2.2.2"校驗措施

校驗是保證礦井供電系統中短路過流保護裝置整定值準確有效的關鍵部分，對保障礦井電氣安全、預防電氣事故具有重要意義。

（1）兩相短路電流值對整定值校驗。

實際校驗過程中，需要以兩相短路電流值對整定值進行校驗，將其作為保護裝置能在故障發生時可靠動作的重要依據。短路過流保護裝置整定值的校驗，實質上是對保護裝置動作靈敏度和選擇性的校驗。兩相短路電流值作為校驗的基礎數據，其準確性直接關系到校驗結果的可靠性。因此，進行校驗前應準確測量和計算兩相短路電流值，對礦井供電系統的結構、設備參數、運行方式有深入分析，準確計算出短路點的短路電流。將計算的兩相短路電流值與保護裝置的整定值進行比較，如果兩相短路電流值大于或等于整定值，說明保護裝置在短路故障發生時能可靠動作，滿足保護要求。但是，如果兩相短路電流值小于整定值，則說明保護裝置可能無法可靠動作，存在安全隱患。

（2）斷路問題的應對措施。

需要增加電纜截面，降低電纜的電阻和電抗，提高短路電流值；減少低壓電纜線路的長度，提高短路電流值，低壓電纜線路的長度越長，其電阻和電抗就越大，短路電流值就越小。因此，在礦井供電系統設計中，應減少低壓電纜線路的長度，降低電阻和電抗，提高短路電流；采用相敏保護器、軟起動等新技術，提高保護裝置靈敏度，相敏保護器能根據故障電流的相位和幅值進行判斷，具有更高的靈敏度和選擇性，軟起動技術則可以控制電動機的起動過程，降低起動電流對電網的沖擊，提高保護裝置的靈敏度[2]。

3"礦井供電短路的過流保護技術應用對策

3.1"明確技術應用方法

為提升礦井供電短路過程中的過流保護技術應用效果，需要明確技術的應用方法，保證能夠提升故障處理的水平，發揮過流保護技術的價值。例如：白坪礦地面110"kV變電站采用雙回路供電，I回路來自古陽變電站（II箕山古陽線），II回路來自峻極變電站（峻極箕山線），雙回路分列運行。井下變電所10"kV電源均取自110"kV箕山變電站，沿副井井筒敷設兩趟電力電纜至井下中央變電所，沿主斜井敷設一趟動力電纜至主井底變電所，由中央變電所饋出一趟電纜至主井底變電所，使主井底變電所形成雙回路供電。井下共設有中央變電所、主井底變電所、東翼變電所、13采區變電所、13采區中變電所、13采區下部變電所，礦井正常生產過程中因工作面或配電點短路故障常導致越級跳閘現象[3]。""""在案例情況分析過程中，可以發現，白坪礦地面110"kV變電站采用雙回路供電，可以提高供電的可靠性。井下變電所10"kV電源均取自110"kV箕山變電站，形成井下供電網絡，井下設有多個變電所，供電網絡復雜，礦井正常生產過程中，工作面或配電點短路故障頻發，短路故障易導致越級跳閘，影響礦井供電系統的穩定性和安全性。為有效解決相關的問題，采用過流保護技術措施，在實際工作中，需要保證每個變電所和配電點都裝有可靠的過流保護裝置，定期檢查維護過流保護裝置，使其正常工作，按照礦井供電系統的實際情況設置合理的過流保護定值，保證各級過流保護裝置之間的定值配合合理，避免越級跳閘。同時，在井下供電系統中，采用選擇性漏電保護裝置準確判斷故障點，減少誤動作，利用選擇性漏電保護裝置迅速切斷故障線路，避免故障擴大"[4-5]。

3.3"建設過流保護監測系統

3.3.1"監測系統的完善

礦井供電系統中采用過流保護技術，相關部門需建設過流保護監測系統，選用具有高精度、高可靠性和穩定性的監測設備，配置智能電表、電流互感器、電壓互感器等，采用先進的遠程監控、數據分析等監測技術，實現對礦井供電系統的實時監測預警。按照礦井供電系統的規模特點，構建完善的監測系統架構，設計數據采集層、數據處理層、數據分析層和用戶應用層等部分，實現對礦井供電系統的全面監測分析，利用監測系統實時采集礦井供電系統的電流、電壓等參數，做好數據分析處理，一旦監測到異常情況，自動報警并提示操作人員采取相應的措施。

3.3.2"監測技術的應用

利用大數據、人工智能等技術對監測數據進行深度挖掘分析，建設數據分析模型預測礦井供電系統的運行狀態趨勢，為決策提供科學依據。采用遠程監控技術實現對礦井供電系統的遠程監控和故障診斷，操作人員可以在遠程終端上實時查看礦井供電系統的運行狀態和參數，發現并處理故障。另外，需要建設完善的系統安全防護體系，設置防火墻、入侵檢測、數據加密技術，監測系統的數據安全、穩定運行，預防惡意攻擊和數據泄露。礦井供電短路過流保護監測系統應與其他相關系統實現無縫連接和數據共享，數據整合分析實現對礦井生產安全的全面監測管理[6]。

4結語

綜上所述，礦井供電短路故障對煤礦生產安全構成嚴重威脅，為保證供電系統的安全穩定運行，需要采取有效的過流保護措施。相關部門應選擇性能符合標準的過流保護裝置，研究其可靠性、選擇性和靈敏度等指標，整定校驗期間，按照供電系統的實際情況和需求操作，同時明確過流保護技術應用的方法，完善相關管理制度，建設過流保護監測系統，提升過流保護技術應用的效果。

參考文獻

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[3]"于欣平.廢棄礦井壓縮空氣儲能硐室變形滲漏機制研究[D].濟南：山東大學，2023.

[4]"郝建軍.煤礦井下供電監控及防越級跳閘系統的設計[J].工程管理與技術探討，2023，5（13）：28.

[5]"李小敏.基于暫態信號分析的礦井電網單相漏電故障選線[J].國外電子測量技術，2023，42（2）：164-170.

[6]"田春苗，李振宇，單曉亮.高壓變電所優化直流系統更換方法實踐[J].鐵法科技，2023（2）：265-267.