煤矿供电系统继电保护与供电安全研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：陈松帅（1990），男，汉族，河南杞县人，本科，冀中能源峰峰集团有限公司辛安矿，机电工程师，研究方向为矿山机电。-29-煤矿供电系统继电保护与供电安全研究 陈松帅 冀中能源峰峰集团有限公司辛安矿，河北 邯郸 056000 摘要：摘要：在煤矿行业中，供电系统的稳定性和安全性对于生产和工作环境至关重要。然而，供电系统在面临雷电、短路、过载等各种电力事故时容易受损，导致供电中断和安全隐患。煤矿作为能源产业的重要组成部分，供电系统的稳定性和可靠性对矿山的生产和安全具有重要意义。随着煤矿的深入开采和供电负荷的增加，供电系统面临着越来越多的挑战和风险。本文将从供电系统的继电保护和供电安全两个方面进行研究。关键词：关键词：煤矿；供电系统；继电保护；供电安全 中图分类号：中图分类号：TD611 1 煤矿供电系统的特点 1.1 复杂性 煤矿供电系统由多个子系统组成，包括发电、输电、配电和用电子系统。这些子系统相互关联、相互依存，形成了一个复杂的能源监控和调节系统。另外，由于煤矿作业面地形的复杂性，供电系统的输电线路和变电所等设施的建设和维护也面临着一定的难度，因此，在保证系统运行安全的前提下，需要对整个煤矿供电系统进行细致的运行监测和管理1。1.2 安全可靠性要求高 煤矿供电系统的稳定运行要求非常高，必须保证交通和通讯的畅通、照明的正常和电力设备的正常工作。与其他行业相比，煤矿供电环境更加危险，维护难度更大，因此对供电系统的安全可靠性要求也更高。系统故障会对生产过程产生重大影响，甚至会威胁生产现场人员的安全，因此，必须加强供电设备的维修、管理和防范。2 煤矿供电安全问题研究 2.1 供电系统设备老化 随着时间的推移，煤矿供电系统的设备不可避免地会逐渐老化，导致设备的安全可靠性和稳定性下降，影响到煤矿的生产和安全。例如，高压开关柜、变压器等重要设备的老化和损坏，会引发电力设备的故障甚至火灾等事故。2.2 供电缺陷故障 煤矿供电系统的故障问题十分复杂多样，其中，供电缺陷故障是一个严重的问题，给煤矿生产和安全带来了巨大的风险和隐患。主要表现为：线路短路、断路，引发局部或全面停电。输电线路绝缘老化或因自然灾害造成刮断，影响线路的正常运行。供电设备的故障导致停电。2.3 防雷设施不完备 缺乏专业的避雷装置：有些煤矿的供电系统没有安装专业避雷装置，仅依靠传统的接闪器、避雷线等，无法有效抵御雷电的冲击。避雷装置老化损坏：一些已安装避雷装置的煤矿，由于年限较长或未及时维护，导致避雷装置老化损坏，失去了正常的防雷功能。设备接地不符合要求：供电设备的接地是防止雷电传导的重要手段之一。然而，一些煤矿的供电设备接地不符合规范要求，导致雷电传导至供电设备，损坏设备甚至引发火灾等事故。YH5WS17/50 型氧化物避雷器，其参数见表 1。3 煤矿供电系统继电保护技术研究 3.1 差动保护技术 差动保护技术是用于保护电力系统中大型电气设备（如变压器、发电机等）的一种保护手段，通过监测设备两端电流的差值来实现对设备异常情况的检测和判断，从而采取相应的保护措施，防止设备受到进 表 1 无间隙金属氧化物避雷器 避雷器型号 系统标称电压 kV 避雷器额定电 压 kV 避雷器持续运行电压 kV 直流 1mA 参考电压 kV 雷电冲击电流下残压 陡波冲击电流下残压 伞径 mm 高度 mm YH5WS-17/50 10 17 13.6 25.50.0 42.5 76 255 中国科技期刊数据库 工业 A-30-一步损坏。差动保护技术的原理是基于基尔霍夫电流定律，通过比较输入设备线端和输出设备线端电流之间的差异，来判断设备是否存在故障或异常情况。当设备正常运行时，输入和输出电流的差异应该很小或为零；而当设备发生故障或异常时，由于故障电流的存在，差动电流将不为零，从而可以及时检测到设备的异常情况。差动保护技术的优点之一是其高速动作和灵敏性，能够快速地检测到设备的故障并进行保护动作。差动保护技术能够有效地检测各种类型的故障，包括短路、接地故障等，具有较强的适用性。此外，差动保护技术还具有较高的可靠性和稳定性，对于保护重要设备的安全起到重要作用。在实际煤矿供电系统的应用中，差动保护技术的设计和参数设置需要根据具体设备的特点和系统的要求来进行。通常，差动保护装置的动作速度应在几十毫秒至几百毫秒之间，以快速断开故障电路；灵敏度应通过设置合适的差动电流阀值来保证在故障发生时能够准确检测到；误动率和误保率应尽量小，以避免误动和误保护对电力系统正常运行造成干扰。图 1 线路光纤电流差动保护装置专用光纤连接示意图 3.2 过电压保护技术 过电压保护技术主要用于保护电力系统中的设备免受过电压造成的损坏，如过电压保护可应用于变电站、输电线路以及各种电气设备上，能及时检测并采取保护措施，以避免过电压对系统设备造成不可挽回的损失。过电压保护技术是基于过电压的产生原理和传播特性来设计实施的。过电压通常分为外部过电压和内部过电压两种形式。外部过电压主要由雷击和操作过程中的故障引起，如大气雷电、雷电感应、线路短路等。为了有效抵抗外部过电压的影响，可以采取如下过电压保护措施：安装合适的避雷器以引导和吸收外部过电压，合理设置接地装置以制约过电压传播，增加储能装置以缓冲过电压冲击。内部过电压主要由系统自身运行或设备故障引发，如电源突然断开或回路切换导致的过电压、电力系统的突发负荷变化引起的过电压等。为了应对内部过电压，可采用如下过电压保护技术：合适的变压器绕组和电容器等被动保护措施，合理设置电气设备的过电压限制器和限压器，以及使用过电压自动补偿装置等主动保护措施。3.3 过流保护技术 过流保护技术用于检测电力系统中的异常电流，并采取相应的保护动作，以防止设备受到电流过载造成的损坏。过流保护技术可以应用于煤矿供电系统中的各种电气设备，如变压器、开关设备等，确保设备的安全运行。过流保护技术的原理是通过测量设备所流过的电流大小，与设定的保护阈值进行比较，当电流超过预设的保护阈值时，过流保护装置会迅速进行保护动作。过流保护通常分为瞬时过流保护和定时过流保护两种类型。瞬时过流保护主要用于检测短时间内的大电流过载情况，常用于对电动机、线路等进行保护。当电流瞬时超过设定值时，保护装置会迅速断开故障电路，防止设备受到损坏。例如，对于电动机的过流保护，常规设置为电流超过额定电流的 150%时即进行保护动作。定时过流保护主要用于检测长时间内的电流过载情况，常用于对变压器和电缆等进行保护。当电流持续超过设定时间时，保护装置会进行保护动作。例如，对于变压器的过载保护，通常根据变压器的额定容量和负载曲线进行设定，当负载电流持续超过设定值的一定时间后，保护装置将进行保护动作。过流保护技术的性能主要通过以下指标来评估：动作速度、选择性、灵敏度等。在实际应用中，过流保护的动作速度通常应在几十毫秒至几百毫秒之间，以确保快速断开故障线路；选择性要求高，能够准确区分故障线路和正常运行线路；灵敏度要合适，既能够检测到故障情况，又能够避免误动。3.4 频率保护技术 频率保护技术用于检测电力系统的频率异常，并采取相应的保护措施，以确保系统的稳定运行。频率保护技术在煤矿供电系统中起到了重要的作用，是保障设备安全运行的必备技术之一。频率是指电力系统中交流电信号波动的速度，一般以赫兹（Hz）为单位来表示。电力系统的频率通常是稳定的，如果频率异常偏离额定频率，就可能会对系统设备造成损害。频率异常通常分为过高频率和过低频率两种情况。过高频率会使电力设备的热负荷增加，容易导致设备过热，甚至损坏。过低频率会导致设备无法正常工作，影响系统的供电质量。因此，频率保护技术的目标是在频中国科技期刊数据库 工业 A-31-率异常时及时切断故障线路，以防止设备损坏并保障系统的稳定运行。频率保护技术实际上是通过监测电力系统中的频率变化来实现的。一般来说，频率保护装置会设置一个额定频率阈值，当系统频率偏离设定值时，保护装置会进行相应的保护动作。4 煤矿供电安全管理措施 4.1 电气设备管理 在煤矿行业中，电气设备管理的内容包括设备检修、维护、保养以及运行管理等方面。其中，设备巡检是电气设备管理的重要环节之一。为了确保电气设备的安全运行，煤矿企业应当制定严格的电气设备管理规定。首先，企业应当加强对电气设备的巡检、检修、和保养工作。巡检工作应当覆盖整个煤矿供电系统，对于发现的问题及时进行排除，防止意外事故的发生。针对电气设备的使用、维护、检修等，相关人员应当具备专业的技能和素养，针对不同岗位制定专门的培训计划与应急预案。各岗位人员必须经过基础培训和专业培训，并且通过技能考核才能出现在操作设备的现场。定期组织培训和考核的机制，则可以有效提高现场人员对电气设备的管理水平。除了加强人员培训外，煤矿企业还应当规范电气设备的安装和运行。设备安装前应当进行严格检查和确认，确保符合相关标准以及用户需求。而设备使用过程中，应当严格按照设备要求进行操作并且进行维护，同时不得超负荷使用。煤矿企业应当建立科学的电气设备管理体系，并开展设备数据记录及分析。通过数据统计和分析，可以发现电气设备问题的类型和分布，明确管理重点，有效提高设备管理水平，降低设备故障率。4.2 供电设备运行监测 煤矿供电安全是煤矿生产安全管理的关键环节之一，而供电设备运行监测又是保障供电安全的必要手段之一。供电设备运行监测是通过对煤矿供电设备进行实时、准确的监测，及时察觉设备故障并提出相应处理措施，从而保证供电设备的安全、稳定、高效工作，减少事故的发生。在煤矿供电安全管理措施中，监测电力设备的运行状态极其重要。为了实现对电力设备的全面监测，常用的手段是建立监测系统，该系统可以实时监测电力设备各项参数的变化，提供趋势分析和故障诊断，以及发出警报。同时，通过提高对监测数据的评判和使用，以及根据监测结果对电力设备进行有针对性的检修维护，可以保证电力设备始终保持在良好的运行状况，避免由于设备故障导致的意外损失。在煤矿内部，各类电气设备数量庞大，类型复杂多样，比如电缆线路、开关设备、变压器、照明设备等。这些设备需要实时进行监测维护，以确保其安全可靠。4.3 安全投资 在煤矿供电安全管理中，充分的安全投资可以提供必要的设备、技术，有助于改善设备运行状态和管理水平，从而降低供电故障和事故的风险。首先，安全投资可以用于设备更新与升级。煤矿供电设备的老化和陈旧是造成供电故障的主要原因之一。通过安全投资，煤矿可以购买和安装先进性能的供电设备，提高供电系统的可靠性和稳定性。投资于设备更新和升级不仅可以减少故障发生的可能性，还可以提高设备的运行效率和能耗指标。其次，安全投资可以用于技术改进和创新。煤矿供电安全需要依赖先进的监测技术和维护管理系统。5 结语 综上所述，通过合理选择保护装置和方案，加强设备检修和维护，完善防雷措施和监测预警系统，以及优化能源利用效率，可以有效提高供电系统的安全性和稳定性，为煤矿的生产和安全提供可靠保障。参考文献 1石洋.煤矿供电系统继电保护技术设计与应用J.内蒙古煤炭经济,2023(10):163-165.2于峰涛.煤矿供电系统继电保护的管理研究J.内蒙古煤炭经济,2019(23):165,167.3陈寅.煤矿供电系统继电保护的管理J.山东工业技术,2018(01):149.4宋庆辉.煤矿供电系统继电保护技术探析J.煤,2017,26(04):58-59,66.