摘要:煤矿井下供电系统的优劣直接影响到电网的安全性、可靠性、合理性和经济性。尤其随着煤矿井下采掘机械化程度的提高,生产工作面不断向前延伸、扩大,给煤矿井下安全供电带来了许多不利的影响。文章阐述了煤矿井下高低压供电系统及其存在的一些问题,并提出了相应的措施加以防范与改进。
关键词:煤矿井下供电系统;继电保护;低压供电系统;防爆电器安全
中图分类号:TD611文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)04-0195-02
一、煤矿井下供电系统介绍
煤矿井下供电系统的优劣直接影响到电网的安全性、可靠性、合理性和经济性。尤其随着煤矿井下采掘机械化程度的提高,生产工作面不断向前延伸、扩大, 给煤矿井下安全供电带来了许多不利的影响。目前我国煤矿井下常见的供电电压按《煤矿井下供电设计技术规定》,高压有10kV和6kV,一般采用6kV,有10kV矿用变配电设备时,若经济、技术合理,可采用10kV供电;低压有1140V、660V和380V,就高产高效综采工作面而言,若工作面供电电源引自采区变电所6000分段母线上,则工作面就存在6000V,3300V,1140V和660V等4个电压等级。
随着煤矿井下生产工作面的不断向前延伸、扩大,高压供电电缆及设备不断深入末端,低压系统一直向前延伸,星罗棋布的电网由变压器、高低压开关和磁力起动器相连,这些供电设备和电缆安全与否,直接关系着矿井的生产安全。由于煤矿井下环境条件的特殊性,在采掘过程中容易产生有爆炸危险的瓦斯(甲烷)和煤尘,并且由于电气设备经常处于温度湿度较高的状态下,设备内部产生凝露现象比较普遍,霉菌现象也时有发生。据有关资料统计,在煤矿瓦斯、煤尘爆炸事故中,电火花引起的事故约占50%;在煤矿发生的触电事故中,煤矿井下触电死亡人数约占64%。可见对煤矿井下进行可靠、安全、经济合理的供电,有助于提高产品质量,经济效益及保证安全生产。为了确保安全和正常的生产,合理优化煤矿井下供电系统是十分重要的。
二、煤矿井下高压供电系统
煤矿井下高压供电线路已深入到各个采、掘负荷中心。其供电是否安全可靠,不仅影响产量,而且影响工程进度,因此煤矿井下高压供电可靠运行在矿井供电中有很重要的地位。煤矿井下高压供电可靠运行不仅与系统本身设计有关,还与组成系统每一组件的安全可靠性有关,因为构成煤矿井下高压供电系统中各种设备只要一个出现故障,整个系统就会终止运行。因此不仅要关心系统本身的设计还要在设备易出故障的薄弱环节出现故障前进行预防、检修、更换。一般煤矿井下高压供电系统常出现的问题有以下几种:
(一)高压线路故障
由于煤矿井下环境的原因比较复杂,煤矿井下高压供电系统中电缆线成为安全可靠性的薄弱的环节。首先,高压铠装电缆外层钢带或钢丝铠装层由于潮湿很容易锈蚀;其次,如果运输大巷到采掘负荷中心对空间小,高压电缆在巷道内运输时就很容易刮破、挤坏,高压屏蔽电缆也容易被扎,从而造成高压停电事故;再次,高压电缆长时间处于过载状态,也很容易出现事故;最后,单相接地会使另两相对地电压升高,严重影响煤矿井下高压供电系统的可靠性。
为了避免事故的发生,提高高压线路的可靠性,在固定场所铺设电缆时,应选择聚氯乙烯绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘铠装电缆、交联聚乙烯电缆、交联聚乙烯护套钢丝铠装电缆或其它新型高绝缘电缆。并且在选用电缆时必须保证载流量满足现有设备要求,并留有一定的富余系数。
(二)高压防爆开关故障
虽然煤矿井下矿用一般型高压防爆开关等都具有高压漏电和绝缘监视保护功能,但由于变压器高、低压侧腔体的盖没有有效的连锁保护装置,使得高压开关与分立的变压器、低压馈电开关之间的保护不能形成有效的配合,致使高压开关失去了应有的保护功能,因此会出现漏电、过流和短路等问题;另外,高压负荷开关触头接触不良,产生弧光或放电,与高压负荷开关带载停送移动变电站,也会导致高压断电事故。
为加强煤矿井下高压防爆开关的安全可靠性,我们在选择高压开关时,其断流容量不得小于变电所母线上的实际短路容量。对分立的供电变压器,其高、低压侧腔体盖都应设置连锁开关,其接点串接在高压开关的监视回路中,当变压器高、低压侧腔体盖开关前及高压橡套电缆的监视线断开时,高压开关便能迅速跳闸。严格按照《煤矿安全规程》规定的标准,周期对高压防爆开关有关部件进行耐压试验,避免击穿“放炮”,引起短路故障。还要对高压防爆开关进行维护、保养和检修,对负荷变化了的高压开关的保护装置要及时重新进行计算和整定,并且定期检修。
(三)继电保护问题
目前,煤矿井下高压供电系统中均为6kV/10kV系统。较多采用的是直流操作的定时限过电流保护和瞬时电流速断保护,供电系统一般为单侧电源辐射状电网,其阶段式电流保护原则为:从电源端至负荷端动作电流应从大至小逐级递减,动作时间亦应从长到短逐级递减;本级电流保护的动作电流必须大于下一级线路首端的最大短路电流。现行的整定原则为:地面6kV处设两段式保护,A段速断按保护本条线路电缆的50%进行整定,B段过流按躲过最大负荷电流进行整定,动作时限为0.95;中央变和采区变出线处A段按上一级速断保护的0.9倍整定,B段按最大负荷电流整定;中央变进线处只设速断保护,按上一级速断保护的0.9倍进行整定;采区变进线处设两段式保护,A段按上级速断的0.9倍进行整定,B段按上级B段定值进行整定。
结合煤矿井下供电的特殊性可以看出,煤矿井下供电系统线路保护中存在的主要问题有:
1.煤矿井下供电系统是一个单侧电源辐射状电网,由于采区变电所距电源较远,中间经过的开关级数较多,需要较长的时限和较大的定值配合,而电力部门对电源保护的时限和定值已经限定,无法更改,造成给定整定值过小,保护时限过短,保护无法配合。
2.煤矿采区变电所的整定原则是确定最远端的负荷性质和大小,据计算结果整定供此处负荷的开关定值,然后逐级向采区变电所计算,根据所负荷中功率最大者确定过流保护定值,以最远端的短路电流整定速断保护。依向上逐级配合,速断保护和过载保护的定值和时限从采区变电所向下逐级降低由于目前速断保护整定值过小,一旦出现短路故障,必然是所有速断保护同时作,使得继电保护没有选择性,出现越级跳闸,扩大了停电故障影响范围。
3.瞬时速断的整定原则是先确定地面6kV处定值,依次向下按0.9倍整定。这种原则有明显的缺陷:由于整定值过小,并且逐级减小,一旦出现短路故障,必然是所有速断保护同时动作,使得保护的选择性差,出现越级跳闸,从而扩大停电故障的影响范围。
为了避免上述安全隐患,首先可在6kV至中央变下井线路中装设电抗器,短路电流值从电源至负荷方向将在井上、煤矿井下有明显的差距,从而有利于速断保护动作电流的区分。其次可通过改进线路保护每段的整定原则和各级之间时限的配合两个方面对煤矿供电系统继电保护进行优化,以最大限度满足煤矿井下供电特殊情况的要求。
三、煤矿井下低压供电系统
随着煤矿井下供电电压等级的不断提高,煤矿井下低压供电系统的范围也在不断扩大。煤矿井下低压供电系统采用中性点不接地方式,其优点是大大降低了电网接地电流和电容电流,提高了人身触电安全性和供电设备的安全性。供电方式主要采用中央变电所设有主变压器,总馈电开关向各分支开关馈电方式。但由于煤矿井下防爆电气安全水平不高,电气故障引起的电火引燃瓦斯煤尘爆炸事故时有发生,由此造成的伤亡人数呈逐年上升趋势,给煤炭工业的社会声誉和社会稳定造成了极大的负面影响。因此,提高煤矿井下低压供电系统的安全可靠性,对提高煤矿井下供电的可靠性,具有十分重要的意义。一般煤矿井下低压供电系统常出现的问题有以下几种:
(一)局扇供电问题
煤矿井下低压供电系统中,有些掘进工作面达不到《煤矿安全规程》规定的煤矿井下的局部扇风机供电必须满足“三专”和“双风机双电源”的要求。一种情况是没有采用专用电缆线路供电,一旦其中一台风机供电线路出现故障,马上影响到另一台风机的供电,扩大了故障的影响范围,给人身及矿井带来了严重的安全隐患。还有一种情况就是生产用电与局扇用电为一趟线路,没有分开,一旦生产供电线路出现故障,会直接影响到局扇的正常运转,甚至影响整个矿井的井下供电系统。
为了避免上述安全隐患,局部通风机专用变压器与备用电源必须分布在不同的母线上,备用电源的容量和开关整定必须满足所带局部通风机及其它负荷同时运行的需要,确保局部通风机正常运行;专用线路应采用装有选择性漏电保护装置的供电线路;通风专用变压器的低压分支开关必须安装低压选漏,并按《煤矿安全规程》规定周期进行试验,以减小漏电线路的影响。
(二)防爆电器安全问题
矿用隔爆型低压防爆电器是煤矿井下必备的电器设备,采用防爆外壳、本质安全电路及各种保护装置,这些安全措施对防止电火花引爆矿井瓦斯,保障人身安全起到了重要作用。但是由于产品设计存在着不完善性,防爆外壳的结构具有一定的局限性,使上述这些措施不能防止故障电火引起的瓦斯煤尘爆炸事故的发生。
为了避免上述问题的发生,对防爆电器开盖进行检查、维修以及更换负荷时,应遵守《煤矿安全规程》第445条规定的“煤矿井下不得带电检修、搬迁电气设备”,即不允许带电打开电器设备隔爆外壳。这就要求工作人员提高安全意识,克服防爆电器这一设计缺陷。
上面只谈了些煤矿井下供电系统存在的一些主要问题。另外,制定完善健全的规章制度并认真执行,对于提高煤矿井下供电安全也具有十分重要的作用。总之,只有加大煤矿井下供电系统管理的力度,把煤矿井下供电系统中存在的问题及时、合理的解决,才能保证矿井具有质量高、更安全、更可靠的井下供电系统。
参考文献
[1]白继儒.煤矿井下供电可靠性探讨[J].中州煤炭,2005,(3).
[2]杨发长.浅析煤矿井下低压供电系统[J].科技情报开发与经济,2007,(24).
[3]李晓光,张树江,王子君.我国煤矿井下低压供电系统可靠性分析与对策[J].煤矿安全,2007,(8).
[4]仇士弼,许博.煤矿井下供电的探讨[J].煤矿设计,1997,(7).
[5]杜伟石.我国煤矿井下供电的现状与发展[J].煤矿机电,1997,(6).
[6]闫涛.煤矿供电继电保护系统优化研究[D].山东大学工程硕士学位论文,2008.