煤矿井下低压电网短路保护.pdf

2023 年第 8 期2023 年 8 月煤炭资源在中国能源领域中是不可或缺的一部分，当今煤炭行业的机械化程度逐渐提升。然而，矿井内部环境还是比较恶劣，矿井用电量非常大，因此确保煤矿井下的用电安全非常重要。井下一旦发生低压电网短路或漏电，就会十分危险。由于低压电网在矿井深处的运行环境恶劣，同时加上管理不到位，低压电网短路的现象就会增多。因此，在煤矿井下必须做好低压电网的正常供电工作，从而有效降低事故的高发性。严格管理低压电网短路已迫在眉睫。1煤矿井下低压电网短路的原因由于煤矿井下作业区环境相当恶劣，低压电网容易发生短路故障。导致短路故障的原因有很多，主要是机电设备内部损坏和电缆绝缘损坏1-2。1.1机电设备及电缆原因受矿井环境客观因素的影响，机电设备内部各种线路及设备零件有所损坏，造成低压电网短路。由于井下供电设备的长时间工作，设备出现了发热现象，假如这一现象得不到及时处理，过高的温度就会引发短路或漏电。通常情况下，电缆外部都有绝缘皮的保护。但是在矿井深处恶劣的工作环境中，电缆绝缘皮会受到损坏，导致发生短路。电缆绝缘短路的原因有以下几点：1)电缆线路老化。在井下密闭且潮湿的环境中，电缆线路老化比正常情况下更为严重，并且电缆线路局部还有绝缘脱皮现象。2)外力作用下绝缘皮脱皮且受损。在煤矿开采中，电缆悬挂于巷道表面，一旦巷道内部发生坍塌，掉落的石块很容易砸在电缆上，导致电缆绝缘皮脱皮和受损。同时，巷道内放置的一些机械设备在运输或移动时，都可能对电缆产生剐蹭。3)连接设备前未检查设备绝缘情况。如果在电缆连接机械设备的工作中没有提前做好绝缘工作，那么在电缆接触到设备时就会发生异常。1.2管理维护原因对井下供电系统进行合理管理，可有效避免井下短路情况的发生。在煤矿井下供电系统运行之前，应按相关的规章制度对工作人员进行考核审查，并根据实际情况制定管理方案。同时还应预防深井中酸性井水对机械设备的腐蚀，以及其他自然环境因素对矿井内设备的影响。此外，井下地面比较潮湿、光线较暗等因素，都可能影响工作人员的操作，导致电缆被破坏，进而引发短路的情况。一旦后期维护工作没有做到位，就发生井下安全事故。2煤矿企业供电系统的要求煤矿企业生产对供电系统有非常严格的要求：1)可靠性。在井下正常生产中不能突然断电，否则不仅会使收稿日期：2023-02-13作者简介：穆宁俊袁 1986 年生袁 男袁 山西宁武人袁 助理工程师袁 主要从事煤矿机电方面的工作遥煤矿井下低压电网短路保护穆宁俊（山西宁武大运华盛南沟煤业有限公司，山西 宁武 036700）摘要：短路故障是煤矿井下低压电网故障之一袁 威胁井下人员的安全袁 对井下供电系统有十分不利的影响袁 降低了生产效率和经济效益遥 主要探究了煤矿井下低压电网短路保护遥 煤矿井下低压电网短路保护能有效解决电网短路故障袁为煤矿生产安全提供保障遥关键词：煤矿曰 低压电网曰 短路保护中图分类号：TD611文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)08-0124-03Short-circuit Protection of Low-voltage Power Grid in Underground Coal MinesMU Ningjun(Ningwu Dayun Huasheng Nangou Coal Industry Co.,Ltd.of Shanxi,Ningwu 036700,Shanxi,China)Abstract:Short-circuit fault is one of the faults of low-voltage power grid in underground coal mines,which poses a threat to thesafety of underground personnel,has a very adverse impact on the underground power supply system,and reduces the productionefficiency and economic benefits.The short-circuit protection of low-voltage power grid in underground coal mines was mainlyexplored.The short-circuit protection of low-voltage power grid in coal mines can effectively solve short-circuit fault of powergrid,so as to provide guarantee for coal mine production safety.Key words:coal mine;low-voltage power grid;short-circuit protection（总第 215 期）技术研究1242023 年 8 月2023 年第 8 期井下水泵停止运行，引发水灾，还会影响局部风机的正常运转，导致矿井下瓦斯及粉尘积聚，进而发生爆炸事故。2)安全性。整个供电系统的安全性至关重要。要保证供电系统安全，防止短路问题的发生，确保井下工人生命安全。3)经济性。由于开采机械化程度不断提升，煤矿电量消耗也逐渐增大。在设计供电系统时应全面考虑，设计出符合井下实际情况的供电系统，从而降低电量消耗，保障供电的经济性。4)供电质量。电压和对应频率必须在规定的误差范围内3。3煤矿井下低压电网短路保护装置的性能指标煤矿井下低压电网对短路保护装置的必要要求是防止触电事故的发生，并保证煤矿的正常用电。短路保护装置的性能指标分别为：1)可靠性。系统中一旦发生故障，短路保护装置不能误动。要提升短路保护装置的质量，并对供电设备与系统进行定期管理和维护，以提高供电设备运行的可靠性。2)选择性。在煤矿井下发生短路后，系统只能通过切除故障线路的方法控制故障的影响范围。针对不同的供电系统，保护装置的形式存在一定的差异。例如：混合式供电系统会根据具体情况对设备进行短路保护，切除对应的支路。干线式供电系统会切断相应的干线电源和对应支路以保护设备。3)速动性。在煤矿井下施工时，一旦供电系统发生故障，必须快速切除故障点，从而有效保障井下的用电安全。4煤矿井下低压电网短路保护技术4.1硬件设计井下低压电网短路保护技术中，硬件设计最为重要，应当做到以下三点。4.1.1硬件主体设计硬件的性能对于煤矿安全来说十分重要。重点按照短路保护装置的性能指标及其实现功能对系统的硬件主体进行设计。硬件主体设计如图 1 所示。通常来说，保护装置的硬件系统主要包括电路单元、CPU、低频电流数据采集模块等。A/D 转换模拟数字转换。图 1硬件主体设计4.1.2 C P U的选择硬件系统的关键在于 CPU。一旦 CPU 的质量不过关，就会影响保护装置的实际应用效果。因此，要参考多方面因素选择 CPU，例如处理器的功能、价格、处理速度等。4.1.3硬件电路单元设计硬件电路单元包括：电源单元、数据单元及信号源。为了满足系统单元体积小、功耗低的条件，在设计硬件电路单元时，应优先选用符合条件的设备。采集数据过程中主要应用的是低频信号，进行 A/D 转换等操作后，该信号转换为与数据相对应的信号。在该过程中要选用恰当的电流传感器，并且传感器质量都要过关，以免影响数据上传的效果。在信号源设计方面，对于低压电网来说要综合考虑其应用环境，因为所在环境的电压等级过高，对分析装置的灵活性要求比较严格。最后在此基础之上，选择适合的功率与幅值。4.2软件设计软件设计在该系统设计中也是必不可少的部分。首先要做好主程序设计（见图 2），在设计前应先选择适合的软件系统，确保系统界面的独立性和完整性以及各项功能齐全。正弦波产生模块的设计也至关重要，该模块既可以分析数据的准确性，还能保证故障得到及时有效的处理及分析4。图 2主程序设计5煤矿井下低压电网短路保护措施5.1选择使用相敏保护装置结合目前低压供电系统短路保护情况来看，相敏保护装置的应用可以起到一定的保护作用，不仅能实现对供电线路电流故障的全面诊断，还能采取针对性的保护措施，对供电线路的正常运行状态进行保护。尤其是针对煤矿低压供电系统存在的问题，例如电流较大、功率因数较高等造成的短路故障等，可利用相敏保护装置进行保护。电流互感器信号缩小陷波电路滤波电路A/D转换电网隔离变功率放大低通滤波电路单片机报警/动作/显示穆宁俊：煤矿井下低压电网短路保护开始初始化采集数据处理、判断报警报警工作跳开开关显示否是1252023 年第 8 期2023 年 8 月甲烷回收利用已开发的 CCER 有 CM-041-V01 减少天然气管道压缩机或门站泄漏 等相关项目，但是还没有针对 LNG 接收站中 BOG 回收相关的方法学，有待研究开发。研究了 LNG 接收站减少甲烷逃逸性排放 CCER 项目开发的方法学，通过基准线情景识别、额外性论证、减排量计算、监测方案等内容评估了开发 LNG 接收站甲烷回收利用项目 CCER 开发的可行性，为开展 CCER项目的开发提供参考。参考文献：1郭胜伟，门秀杰，孙海萍，等.中国绿电绿证及 CCER 政策现状及趋势比较研究 J.中国能源，2022，44(3)：75-80.2张颖，曹先磊.中国自愿减排量的开发及其发展潜力的经济学研究 C/第三届 2017 绿色金融高峰论坛暨中国环境科学学会绿色金融分会 2017 学术年会论文集.北京：中国环境科学学会，2017.3钱金玉，田望，张建华，等.油气管道运营企业开发温室气体自愿减排项目初探 J.气候变化研究进展，2017，13(2)：185-188.4孙舫.海上油田伴生气回收利用项目 CCER 开发可行性研究 J.工业技术创新，2016，3(5)：1020-1023.5何才宁.LNG 及 L-CNG 加气站 BOG 回收技术探讨 J.石油石化节能与减排，2018，3(2)：50-53.（编辑：刘晓芳）5.2选择使用电子保护装置在低压供电系统中安装电子保护装置可以实现短路保护。复合式电源保护工作中，传感器采用的是空心式互感器，以防止短路故障的发生。电子保护装置中，温度控制器、除湿装置及智能操控装置都能实现对短路的有效控制，从而提高供电系统的可靠性。目前矿井下供电实际情况表明，利用电子保护装置进行短路保护，在一定程度上降低了供电系统故障的发生率。5.3设置矿用光纤纵差保护装置通过安装矿用光纤纵差保护装置，实现低压电网供电系统的短路保护。矿用光纤纵差保护装置具有电流速断的保护作用，能针对短路实现较快的保护。矿用光纤纵差保护装置主要由井上监控主机、监控通信分站、光纤通信环网以及底层设备等组成。在该保护装置的使用过程中，高爆开关、馈电开关都可利用总线联系进行监控，实现对线路的全面监控与保护。通过计算机系统、监控通信分站以及光纤通信环网等，对实际数据信息进行采集、存储及处理，同时对煤矿井下供电系统中出现的短路问题进行及时处理与保护。5.4做好电缆维护工作由于煤矿井下深处的环境较为恶劣，电缆表面很容易被破坏。为了减少绝缘被破坏而引起的短路故障，要对电缆进行定期的维护与检修，重点应做好以下几点：1)检查电缆绝缘皮的完整性。对电缆表面进行检查，仔细观察是否有破损。在检测过程中，必须戴好绝缘手套，从而有效避免触电。2)更新变形损坏的电缆。井下的电缆受外部挤压或磨损，外部形状发生改变，便可能发生漏电。3)查看接头处的完整性。输电线路中都会有接头，而电阻越小越容易发热，造成接头没有达到绝缘效果。并且，在对输电线路和用电设备进行连接时，务必要做好设备的绝缘工作，导线必须用在专用插孔，避免设备发生故障。5.5做好短路保护器的维护与维修工作短路保护器在短路保护过程中有着至关重要的作用，对确保煤矿生产安全十分重要。对短路保护器的性能要重点关注。为保证短路保护器的正常运行，必须做好短路保护器的维护与维修工作，主要有以下几方面内容：1)做好短路保护器的定期检查。主要检查短路保护器的开关是否可以根据标准电流完成工作，检测外表有无破损。2)做好短路保护器的定期校正。短路保护器基于电磁铁的吸附力运行，一旦长时间不用，电磁铁弹簧就会松动，这样会影响保护器的行程，当出现问题时不能及时断电。3)对停止工作的保护器进行调换。供电系统中的部分短路保护器因使用时间较长发生破损，必须要及时更新设备。但在更换设备时，要合理选择型号，不能盲目更换，从而避免发生短路保护器不兼容的问题5-6。6结束语煤矿井下低压电网短路保护的重要性不言而喻，这是煤矿安全生产的必要保障，可以降低事故的发生概率。井下低压电网短路保护技术多种多样，但在技术的实际应用中，还是会受到各种因素的干扰及影响。对煤矿井下低压电网供电系统的分析与探究，有利于充分保证井下工作人员的安全。应多学习与引进科学的技术和策略，为井下低压电网的运行提供有利条件，降低事故发生率，确保井下低压电网的平稳运行。参考文献：1孙德强.煤矿井下低压电网漏电保护技术研究与应用 J.矿业装备，2022(2)：86-87.2文金忠，张立中，刘建洪，等.煤矿井下低压电网漏电保护技术研究与应用 J.能源与环保，2021，43(8)：154-157.3曹晋鹏.煤矿井下低压供电系统漏电保护分析 J.能源与节能，2021(5)：123-124.4张毅.浅析煤矿井下低压供电系统漏电保护问题 J.技术与市场，2021，28(1)：122-123.5陈言.浅析煤矿井下低压供电系统及短路保护措施 J.石化技术，2019，26(9)：287.6苗南.煤矿井下低压供电系统安全隐患分析与预防措施 J.内蒙古煤炭经济，2022(11)：118-120.（编辑：高志凤）（上接第 64 页）126