煤矿井下低压安全供电新技术探讨.doc

作者姓名：黎丽琴作者单位：河北金牛能源股份有限公司邢台矿运输区黎丽琴（河北金能金牛有限责任公司邢台矿，河北邢台054000）摘要：目前煤矿井下低压供电系统因设备本身存在重大缺陷，造成各 种电气故障，严重威胁矿井安全我们结合当代科学成果和煤矿现实, 不仅对部分缺陷进行了有效的实践尝试，而且也对其他方面存在问题 提出了解决设想关键词：分级闭锁 选择性断电技术 分级分区控制技术 监测联 网技术零序电流我国煤矿井下供电系统由于各种原因造成电气设备技术落后、安 全性能差.保护不完善等严重现状，再加上工人素质问题，安全意识 不强，普遍存在误操作或违章作业的现象，我国煤矿井下在用的矿用 隔爆型防爆电器防爆安全性能存在着严重缺陷，接线腔没有机械-电 气闭锁功能，给工人违章提供了可能从而经常发生各种事故，不仅 影响煤矿正常生产造成重大经济损失，而且引发人身事故、危及职工 生命安全随着时代的进步、科技的发展、计算机技术的普及，煤矿 井下供电应该怎样改进以适应社会潮流，为建立本质安全性矿井保驾 护航？本文针对目前煤矿井下供电现状做简单分析并提出改进一，当前煤矿井下供电系统主要存在问题首先，现有的防爆电器结构型式的开关主腔都设有机械联锁机构，即只有将隔离开关和执行机构断开的情况下才能打开，但断路器 或接触器的电源侧仍然带电。

为了防止人身触电，设计时在主腔内加 装一个“危险力警示牌，警示操作人员注意触电危险，没有从技术上 彻底解决主腔没有带电体这一根本问题但是所有开关的接线腔无任 何闭锁机构，只有在上盖设有“开盖前断电力警示牌，对操作者无任 何技术限制措施，操作者可按自己主观愿望任意操作，在没有停掉上 级电源的情况下打开接线腔作业，极易造成人身触电和电火花引起瓦 斯爆炸事故第二，目前我国煤矿井下低压供电系统的选择性漏电保 护仍不完善，致使供电安全与质量严重制约煤矿安全生产第三，现在井下供电系统的运行状态既不能在地面显示，也不能远方操作，根 本就不能满足当代安全供电要求第四，针对煤矿最为突出的瓦斯煤 尘超限防治，目前的供电系统不仅反应缓慢而且应对措施不当二，国家有关规定和名词解释中华人民共和国安全生产行业标准AQ1023-2006煤矿井下低压 供电系统及装备通用安全技术要求明确规定：1. 供电系统用电磁启动器除符合产品规定外，还应具有分级闭 锁保护功能，保证在接线端子不带电情况下方能打开接线腔负载接 线腔闭锁于本级开关，电源接线腔和主腔闭锁于上级开关2. 供电系统用煤电钻除符合产品规定外，还应具有全闭锁保护 功能，保证在接线端子不带电情况下方能打开接线腔。

3. 供电系统用照明信号综合保护装置除符合产品规定外，还应 具有全闭锁保护功能，保证在接线端子不带电情况下方能打开接线 腔4、 分级闭锁:将接线腔分成电源进线和负载出线两个独立隔爆接 线腔，在带电情况下打开任一接线腔时，在接线腔未失爆前通过闭锁 机构动作使开关分闸断电且闭锁的一种保扒 负载出线腔闭锁于本级 开关，电源进线腔闭锁于上级开关5. 全闭锁：设备的电源进线和负载出线只设一个隔爆腔，在带 电情况下打开接线腔时，在接线腔未失爆前通过闭锁机构动作使上级 开关分闸断电且闭锁的一种保护三，分级闭锁技术方案丿两个接线腔上 设置盖板、行 程开关和漏电 电阻，构成分 级闭锁结构接线腔一 分为二， 做到独立 隔爆□7主腔加行程开关， 除机械连锁外加保护器具有监测联网 功能，保证问题及时 漏电保护采用选 择性漏电保护缩 小停电范围涉电气闭锁\ 设想的开关将接线腔分为电源接线腔和负载接线腔每腔都满足 防爆要求，也就是独立隔爆电源防爆接线腔和负载防爆接线腔都安 装开盖闭锁装置：压缩盖板、闭锁杆.行程开关如下图：345891267*:::1- 压缩盖板2- 铜质传动轴3- 接线腔盖板4- 微调螺母5- 压缩弹簧6- 闭锁杆7- 防爆轴套机构8- 行程开关支架9- 行程开关压缩盖板及闭锁杆示意图分级闭锁技术电原理图XI X2 X3从图中可以看出，我们在开关的电源腔和负载腔均设置一个闭锁 开关。

电源腔的闭锁开关为常闭触点，正常情况下，闭锁杆受压，触 点断开，正常供电；当开关盖被打开时，闭锁杆抬起，常闭触点闭合,电路经过电阻R接地使上级开关动作断开电源，保证安全负载腔的 闭锁开关为常开触点，只有闭锁杆被压下其触点闭合时该开关的控制 电源才可以得电，否则，当打开负载腔闭锁杆被抬起时其触点断开,开关的控制电源被断电从而确保安全 四，选择性断电技术方案在供电系统的运行过程中，往往由于电气设备绝缘损坏，操作维 护不当以及夕卜力破坏等原因，造成短路.漏电.断相故障或其他不正121常的运行状态，影响矿井的正常生产，甚至危及人身安全或造成大的 瓦斯、煤尘爆炸事故因此，供电系统发生故障时，必须及时采取有 效排除措施，以免产生严重的后果当井下中性点不接地供电系统出 现不正常运行状态（如单相接地及电气设备过负荷）时，电气保护装 置能发出信号提示专责人员进行处理，或自动地将故障切除，限制事故范围的扩大煤矿井下电气保护所指的“三大保护力（漏电保护. 过流保护和接地保护）,是我国煤矿井下电气设备和线路普遍具备和 使用的三种保护类型随着供用电的安全性、可靠性和供电质量不断 新,目前对供电系统的四个基本要求是：1、选择性，当供电系统发 生故障时，电气保护装置应能有选择地将故障段切除，即断开距离事 故点最近的开关设备，从而保证供电系统的其他部分能正常运行。

为 了保证电气保护装置的动作有选择性，上级开关保护动作值应比下级 开关保护的动作值大1.1倍以上，而且要求上级开关的动作时间比下 级开关的动作时间长0・5s~0・7s2、快速性，一般要求电气保护装 置能快速切除故障但有些情况下快速动作与选择性相矛盾例如, 选择性漏电保护，路出现漏电后，经一定选择时限，再通过开关 的动作，这就影响了故障的快速切断在不能同时满足以上两个要求 时，一般应首先满足选择性的要求3、灵敏性，电气保护装置对其 保护范围内的故障和不正常运行状态的反应能力称为灵敏性不同的 保护装置和被保护设备对灵敏系数的要求也不相同井下被保护的变 压器、线路等所有电气设备，其过流保护的最低灵敏系数为1.5,后 备保护灵敏系数为1・24、动作可靠性，动作可靠性是指路和 电气设备发生故障时，保护装置应能可靠动作，不会出现拒绝动作， 也不会出现误动作例如，鼠笼异步电动机正常启动电流为额定电流 的5~7倍，这时若保护装置动作，电动机就会停止运转，此动作为 误动作；若电动机出现短路故障，线路流过短路电流，此时装置不动 作，称为拒动，这都是不可靠动作，因此必须进行正确整定和定期校 验提高的要求,“三大保护”的含义.使用范围、保护装置类型不断更在整个煤矿井下低压供电系统中，必须实现选择性断电功能，缩小停电范围，保证其他用电设备的正常运转。

选择性漏电采用附加直 流和零序电流方向原理，前者确定动作值，后者选择故障支路1. 附加直流电源漏电保护附加直流电源漏电保护的电原理图为：ABC附加直流电源漏电保护的工作原理是：漏电继电器用直流电进行 绝缘监视，当人体触电时，绝缘电阻降低，其回路为：电源一接地极 —人体一负荷线一SK （三相电抗器）--LK （零序电抗器）一J值流继 电器）一Q （欧姆表）一电源，J吸合，其常开接点闭合跳闸线圈回 路，馈电开关跳闸切断供电电路如果绝缘阻值高于整定值时，直流 监测小于J的动作电流，馈电开关不会跳闸，正常供电2、 选择性漏电保护选择性漏电保护的原理图为：选择性漏电保护大多采用零序电流方向保护原理，采用的主要检 查元件是零序电流互感器正常情况下，电网三相基本平衡，不存在 不平衡电压，每条支路流入大地的电流为正常泄漏电流，其代数和为 零，每条支路的零序电流互感器通过的零序电流为零发生故障时，例如单相接地，电网三相不平衡产生不平衡电压， 必然产生零序电流，正常支路的零序电流方向为电源母线流向大地， 其值为漏电流，故障支路零序电流方向为大地流向母线，其值为正常 之路的零序电流和因此，利用零序电流的大小和方向不同，即可以 区分故障支路和非故障支路，达到选择性漏电保护的目的。

五，监测联网技术随着领导对电气安全的重新审视，安全监控系统缺少供电系统的 实时运行和故障信息这个弊端越来越显现，为了及时了解.监测.控 制供电系统运行状态，保证供电质量，我们完全可以充分利用计算机 技术把所有供电设备联网监测示意图如下：[— HByHv KJFS-1 通/ft接口上位机KTL1通信分站移动变电站 总馈电开关首先我们在防爆低压电器上设置通信接口，然后根据具体情况采 取不同的总线结构和设备组成相应的网络，这样不仅实时监测采区开 关发生了那种类型的故障(短路/过载/断相/漏电)以及合闸/分闸情 况及设备参数，并可以实现远方控制，同时也为分级分区控制奠定了 基础，使一切现代化通讯.控制成为可能六.分级分区控制技术分级分区控制技术是指瓦斯灾害超前判识及分级分区控制断电 技术所谓分级是指根据监测系统对异常涌出的瓦斯浓度.时间、位 置等信息的综合判断，确定危险程度及范围所谓分区是指在该范围 内及影响范围内再由监测系统和供电系统来实现分区断电分级分区 控制技术的最终目的是根据危险程度和波及范围实现”瓦斯超限.断 电和撤人力三位一体为实现分级分区控制，不仅低压供电系统必须 具有分级分区控制接口，而且采区变电所或者移动变电站的高压电气 设备也必须具有分级分区控制接口。

结合目前我国煤矿实际，每个矿 井都分期分批分专业的建立了多个网络，我认为从管理、经济性和实 效各个方面看这都是极端不合理的因此，我的设想是分级分区控制 要把目前矿井瓦斯通风监测、生产调度.运输.排水等各个系统完全 融合，以便形成一个高效率的现代化网络系统只有这样才能充分发 挥系统作用，从硬件装备上满足本质安全性矿井的需要七，高可靠性低压供电系统的构建( 1140/660V)及特点移动变电站总馈电开关来自井下中央变电所i_EKJZ-630/1140（660） 矿用隔爆兼本质安全 型（智能）真空馈电开 关匸Z3-=]KJZ-400/1140（660）1#分支 2#分支馈电开关 馈电开关=]Z]CZ□ U□—41#起动器 2#起动器 3#起动器QJZ-400/1140（660）F矿用隔爆兼本质安全型分级 闭锁真空电磁起动器h选择的起动器设备将原有接线腔一分为二，改为进线腔和出 线腔，实现了分级闭锁功能，且保证负荷侧更换设备和维修时，只打 开出线腔而不打开电源腔，缩小了停电范围电源侧接线腔电气闭锁 于上一级馈电开关实现了无线控制（不增加任何控制线），不增加现 场使用的任何成本，且操作简单.可靠。

2、 主要电气设备具有与监测系统联网通讯功能，实现了对主要 电气设备工作状态和各种参量的实时监测监控3. 与原有的防爆电器相比，具有分级闭锁功能的防爆电器产品 极大的提高了防爆安全水平，从而实现了防爆电器整体防爆功能4选择的馈电开关不仅具有漏电保护.漏电闭锁功能而且还具 备选择性漏电保护功能，最大限度的安全满足了生产要求5,分级分区控制技术不仅实现“瓦斯超限、断电和撤人"三位 一体，完美实现了安全与生产的统一，而且借此整合了更个网络参考文献：《煤矿电工手册》煤炭工业出版社出版，总编：顾永辉，范廷瓒 1987年第一次印刷《井下电钳工》煤炭工业出版社出版，主。