煤礦供電設備中電氣保護分析
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摘 要：隨著煤礦生產機械化和自動化水平的提高，與之匹配的作業設備越來越多，其中供電設備在滿足設備電能需求的同時，容易受到多種因素的干擾發生故障，因此必須借助電氣設備加以保護。對此，本文以煤礦供電設備電氣保護的現實意義為切入點，就其應用現狀、改善措施和發展趨勢進行了分析，希望對促進煤礦供電設備安全、高效運行有所幫助。
關鍵詞：煤礦供電設備;電氣保護;發展趨勢
中圖分類號：TD61 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0149-02
眾所周知，各行各業的發展均離不開電力支持，煤礦企業也是如此，甚至在對電力的依賴程度更大，加之煤礦開采風險性高，環境復雜，如何確保供電設備安全運行變得非常重要，而合理有效的電氣保護技術有助于改善供電設備工作狀態和運行水平，為煤礦安全作業、高效開采奠定重要基礎。
1 煤礦供電設備電氣保護的現實意義
煤礦生產在經濟發展和社會進步中的作用舉足輕重，其重要性不言而喻，可是煤炭資源消耗因逐年增加而增大了煤礦開采的壓力，而這一過程需要供電設備提供電力支持，任何設備在長期運行中都不可避免的會發生故障，更何況煤礦多為井下作業，溫度較高、濕度較大，而且多方位、多工種立體交叉，生產環境不僅十分復雜而且具有高危險性，顯然供電設備工作環境惡劣，在一定程度上加大了設備故障和安全事故的發生概率，因此為安全起見，必須利用電氣保護技術予以改善。
針對煤礦供電設備所采取的電氣保護措施主要包括過流保護、漏電保護、接地保護和過電壓保護，當供電設備的電流大于額定電流時既容易損壞設備縮短其使用壽命，還可能引發火災事故，所以短路保護、斷相保護、過載保護等措施較為常用;當供電設備絕緣性能下降或損壞時會導致設備外殼帶電，易引發人身觸電、瓦斯爆炸等事故，所以通常會在漏電后快速切斷電源;當地面大氣過電壓入侵供電設備時，易出現相間短路、匝間短路、對地漏電等事故，所以過電壓保護措施比較常見[1]。此外還有接地保護，主要用于人身安全的保證。由此可見，對于煤礦供電設備來說，采取適當的電氣保護措施必要而迫切。
2 煤礦供電設備及電氣保護現狀分析
2.1 煤礦供電設備現狀
首先是電源設計缺陷，部分煤礦企業過于強調生產規模的擴大，致使電源設計存在缺陷，極易釀成安全事故，尤其是隨著煤礦升降機、排水泵等用電設備的大量使用，不僅需要更多的電能支持，而且需要高安全的作業環境，即使為保證安全供電按照規定設計了雙回路線路，但安裝不規范甚至偷工減料，埋下了極大的安全隱患。然后是供電距離過遠，為提高煤礦產量很多煤礦企業采用了不斷拉長作業線的方法，致使供電距離遠遠超過當初的設計規定，如此一來，不僅供電電壓不穩定，供電效果差，影響了設備運行效率和質量，而且還增加了一定的電能損耗和安全風險。最后是供電設備負擔過重，煤礦企業在致力于生產效益提高的過程中，往往會投入更多的生產設備和裝置，但卻忽視供電設備的匹配，因此在大量作業設備的長時間運行之下，供電設備的老化或故障可能會有所提前，性能也會隨之降低，進而難以滿足煤礦生產的實際用電需求。
2.2 供電設備電氣保護現狀
不可否認，很多煤礦企業相繼采取了一定的措施用于供電設備的電氣保護，但應用效果卻并不理想，普遍存在問題和不足，主要包括電氣保護系統不完善，電氣保護技術與裝置滯后，電氣保護功能與實際要求脫節等，具體表現為：注重水和空氣的影響忽視易燃易爆氣體，致使繼電保護裝置與實際保護需要不符，繼續改進，所選用的電氣保護裝置存在質量缺陷或者性能較差，難以適應復雜惡劣的煤礦作業環境，再者就是電氣保護形式過于單一，方式比較簡單，甚至有的企業只負責安裝使用卻不注重維護檢修，導致電氣保護裝置自身出現故障或者失效，使其保護功能受到限制?？傊旱V供電設備電氣保護現狀不容樂觀，亟待完善。
3 煤礦供電設備電氣保護的改善措施
3.1 立足實際，制定電氣保護方案
煤礦企業在進行供電設備電氣保護時，必須充分認識電氣保護對供電設備的重要影響，然后從實際情況出發，制定切實有效的電氣保護方案。具體來說，一方面需要加大重視程度與投資力度，對現有供電設備部署給予適當的整改和優化，重點對雙回路電源線路進行檢查，確保其安裝規范，無安全漏洞，對于供電線路過長問題，需要優化布線，使其既能滿足正常用電需求，又能保證電壓和供電質量穩定可靠，盡量減少電氣保護的負擔[2]。另一方面則要綜合分析供電設備的額定電壓、額定電流、功率因數、絕緣要求等因素，對其電氣保護作統一規劃，并結合煤礦特殊的作業環境，選擇安全可靠、高效經濟、環保節能類的電氣保護設備和裝置，重點對電氣保護裝置的性能、功能、適應條件、使用壽命等進行綜合考量，確保其在達到工作要求的前提下創造更多的價值。
3.2 不斷創新，拓展電氣保護途徑
鑒于煤礦企業目前使用的供電設備以礦用通用性高壓開關柜、移動變電站、防爆配電裝置等為主，因此可圍繞這幾類設備采取適當的電氣保護措施。在高壓開關柜中采用較多的是繼電保護技術，具體以相應的繼電保護裝置為主，當設備及其元件出現故障時，繼電保護裝置可準確而迅速的斷開故障元件，將故障影響程度和范圍降至最低，目前應用比較廣泛且效果較好的是功能完善、結構簡單的微機保護，在保障煤礦安全生產中發揮了重要作用。在低壓供電設備中多采用的是智能開關，即將檢漏繼電器安裝在供電設備開關位置，必要時可增設漏電保護單元予以協作，這樣的話，當供電設備或者某一線路短路或者漏電時，即使保護單元不動作，繼電器也會工作作跳閘處理，不僅可以保護設備和電路穩定運行，也減少了由此造成的人力和資金投入，應用效果良好。經過不斷發展的低壓供電設備電氣保護主要分為集中控制和零序電壓法，其中前者適用于分散性漏電保護，判斷準確性較高，后者可隨時采集分析設備異常數據，并對供電設備的電容、電壓故障實施自動修復，有助于及時有效的發現設備異常[3]。對于變電站而言變壓器處于核心地位，其中接地保護和瓦斯保護是重點環節，接地保護通常需要用導線將各種接地裝置進行連接形成保護接地網，使其電阻低于2Ω以下，當人身觸及某一項的帶電設備的金屬外殼時，漏電電流會經過總接地網流入大地，進而很好的保護人身安全，而且很小的漏電電流還可明顯降低瓦斯、煤塵等爆炸危險?？偟膩碚f，增強煤礦供電設備電氣保護的內在聯系、提高其集成性和實效性，可以進一步提升電氣保護的保護效果和效益。 3.3 與時俱進，優化電氣保護裝置
考慮到煤礦多為井下作業，環境復雜惡劣，開關種類繁多，所以在對供電設備進行電氣保護時還應做好防爆安全工作，建議推廣高可靠性、接口規范、占地較小、性價比高以及便于維修的綜合保護裝置系統，如煤礦系統中的kj36、kj67等電力監控系統的自動化程度都比較成熟，除了對電路短路、斷路、缺相等異常情況提供完善的保護作用外，還集測量、通訊、控制于一體，可在數據共享的同時對供電設備運行參數進行監控，以便及時發現和解決故障[4]。當然選用與否還應視煤礦企業的實際情況而定。
再者便是一系列先進可靠的電氣保護裝置和元件，如在供電設備過流保護中，為進一步提高短路保護的快速性和靈敏度，快速斷電保護和相敏過流保護在近年來應用較多;在供電設備漏電保護中，應用較多的是監視型屏蔽電纜，以此獲得較為完善的漏電保護;在供電設備過電壓保護中通常在開關中裝設阻容或進行壓敏保護。在電氣保護技術的不斷發展下，電氣保護裝置也在更新換代，如智能型低壓真空斷路器，不僅可以保護電源設備與線路免受短路、過載、欠電壓，而且還具有一定的接地保護功能;自動空氣開關，不僅安裝簡單、操作安全，而且動作后無需更換元件，除了能夠分斷電路外，還具有短路保護、過載保護、欠電壓保護等功能;突波吸收器也成為壓敏電阻，主要用于保護供電設備中的電子元件免受雷擊或開關突波的影響，即防雷與過壓保護，具有反應快速的特點[5];漏電保護器，可以在檢測漏電電流大小后發出并完成動作跳閘等。值得注意的是，選用的電氣保護裝置和元件的技術參數必須與煤礦供電設備電氣保護要求相契合。
此外，煤礦供電設備對電氣保護的基本要求是安全可靠，因此還需要對電氣保護裝置進行定期的檢修和維護，并根據實際需要更新電氣保護技術和裝置，以此使其保護優勢得到充分發揮。
4 煤礦供電設備中電氣保護的發展趨勢
雖然在科技力量的作用下，煤礦供電設備中電氣保護措施也在發展和更新，但與預期結果還有一定的差距，而且隨著煤礦生產難度和風險的增加，對電氣保護的要求也在逐步提高，故在以后的發展中，要想供電設備電氣保護效果得到質的提升，就必須深度融合通訊技術、信息化技術、數字化技術、自動化控制技術以及自適應理論，重點加快電氣保護裝置的一體化發展步伐，通過對故障錄波功能和自適應功能，實現雙重化保護，以便基于資源共享使故障判斷更加靈活、準確、實用，進而快速精準的發現供電設備異常狀態，并減少電氣保護誤動概率，確保煤礦供電設備運行更加穩定可靠，同時與之相關的設備故障分析技術、礦用防爆開關技術、新型光電流互感器等也應同步發展。簡而言之，未來的煤礦供電設備電氣保護系統將會具有更高程度的自適應化、智能化和綜合一體化。
5 結語
綜上所述，煤礦供電設備電氣保護與煤礦的安全生產息息相關，這就要求我們正確認識供電設備對煤礦生產的重要影響，充分發揮電氣保護的優勢，創新電氣保護的應用方式，拓展電氣保護的應用范圍，使其在保證供電設備正常運行的基礎上盡可能的減少故障概率，促進煤礦作業健康、穩定的發展。
參考文獻
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