煤矿供电设备中电气保护探讨

煤矿供电设备中电气保护探讨

李铭 王建虎 惠婷 李纲

陕西省煤炭科学研究所 陕西 710001

摘要：近年来，随着科技水平的提高，煤矿开采设备更新换代频率加快，各类供电设备呈现出自动化与智能化发展趋势，在优化供电设备使用性能的同时，也极大的提高了煤矿开采效率，对我国煤矿开采行业的现代化发展有着重要意义。煤矿供电设备运行受复杂环境的影响，容易出现设备故障，影响供电质量。想要确保煤矿企业的生产安全和生产效益，应严格把控煤矿企业电气设备的安全性，确保电气设备的稳定性，避免出现安全事故。为此，本文将设备电气保护作为切入点，对煤矿供电设备的有效电气保护措施进行探讨，希望可以为从业人员提供帮助。

关键词：煤矿；供电设备；电气保护

一、煤矿供电设备电气保护意义

现阶段，社会总体生产力不断提高，社会生产及生活对煤炭资源的消耗量与需求量也在加大。供电设备是保障煤矿开采作业正常进行的重要因素，在煤矿供电设备出现运行故障时，不但容易损坏设备，还会对煤矿开采效率与生产安全造成影响，在客观层面上加大了企业的生产压力。因此，煤矿供电设备电气保护技术的应用，通过综合采取过流保护、过电保护、漏电保护等保护措施，是保障煤矿供电设备安全稳定运行，提高煤矿开采效率的重要举措。

二、煤矿供电设备面临的安全风险

1、线路故障

在煤矿供电系统中，供电线路负责持续向设备输送电能，保证设备稳定处于正常运行状态，完成各项生产任务，电气线路与供电设备之间保持密切联系。但是，在出现线路短路与断路故障时，会导致煤矿供电设备处于停电瘫痪状态，影响煤矿开采效率。在问题严重时，还有可能出现电气火灾安全事故与供电设备烧损现象。

2、超负荷运行

煤矿井下环境较为恶劣，环境温度高，如果供电设备保持满负荷甚至超负荷运行状态，容易出现运行故障，削弱设备的使用性能，缩短供电设备实际使用寿命。但在部分煤矿开采项目中，管理人员并未认识到供电设备满负荷与超负荷运行问题的严重性与危害，为提高短期煤矿开采效率，供电设备超负荷运行成为常态，极易出现设备运行故障，造成设备瘫痪运行或是烧毁。

三、煤矿供电设备的电气保护措施

1、高压开关设备保护

针对高压开关设备，可选择采取继电保护与高压防爆配电保护措施，在地面变电站至煤矿井下中央变电站区域中形成独立电气保护机制，在高压开关设备处于异常运行状态时，自动采取有效保护措施，两项电气保护措施的具体内容为：第一，继电保护。在高压开关柜内安装继电保护装置。在设备运行期间，继电保护装置将根据电磁感应原理对电路上通过的瞬时电流值进行检测与限制，预防出现高压开关设备漏电故障。同时，可选择使用新型的微机保护装置来替代传统的电磁感应继电保护装置，该装置具有自动检测与自动保护使用功能，装置使用性能较为稳定，不易出现拒动与误动现象。第二，高压防爆配电保护。在高压开关柜与变电所内安装高压防爆配电与监视脱扣器等装置。在设备运行期间，高压防爆装置持续对设备所通过电流与电压值进行监测，在监测到异常电流电压值时，向监视脱扣器等执行装置发送指令，执行保护动作。

2、低压供电设备保护

当前，普遍采取插件保护措施向低压供电设备提供电气保护，在开关设备中安装漏电保护单元，在总线开关部位中安装检漏继电器，将以上两种电气保护装置保持为协作状态，形成漏电保护机制。如此，在低压供电设备线路出现短路与漏电状况时，保护单元可以在极短时间内发现问题，锁定具体故障点位，并执行保护动作。如果保护单位没有在限定时间内执行保护动作时，则配置的检漏继电器将启动跳闸动作，通过双重漏电保护来保障低压供电设备的运行安全。此外，为避免低压供电设备运行期间出现拒动或是误动状况，可选择在低压供电设备电气保护系统中结合信息化技术，将配置的保护装置接入到总控制系统中，系统根据采集监测数据掌握低压供电设备各条线路的实时电流值与电压值，自动向设备各支路开关装置下达开启或闭合控制指令。同时，也可选择采取零序电压法，持续收集低压供电设备实时产生的异常数据，准确判断是否出现电容故障和电压故障，并对故障部位进行修复处理。

3、设备漏电保护

由于煤矿井下作业环境复杂，在长时间运行状态下，供电设备与电气线路的绝缘部位老化速度加快，有可能出现绝缘性能失效现象，以此为诱因引发漏电故障。在问题严重时，还将出现人员触电与电气火灾安全事故。因此，需要对煤矿供电设备采取漏电保护措施，安装漏电保护装置，持续对供电设备及系统的绝缘性能进行监测，在出现漏电故障后及时采取保护措施，断开故障部位与其他线路设备的连接，避免对设备运行状态造成影响。同时，可选择采取有选择性漏电保护措施或是无选择性漏电保护措施。其中，有选择性漏电保护是通过零序保护电流原理，在对地绝缘电阻检测回路中接入直流电流，保持漏电保护装置与馈电总开关的协作关系，持续对电流与绝缘电阻值进行监测。当出现漏电故障后执行保护动作。而无选择性漏电保护是根据额外直流电原理，通过绝缘电阻来持续监测煤矿供电设备实时电流值，被动执行保护动作。

4、设备接地保护

在煤矿开采项目中，大多数供电设备配置有金属外壳结构，外壳不带电荷。因此，在供电设备出现漏电故障问题，或是绝缘装置处于失效状态时，会出现煤矿供电设备外壳带电现象，有可能出现人员触电安全事故。因此，在煤矿供电设备投入使用前，需要对供电设备金属外壳结构采取绝缘处理措施，避免在供电设备使用期间出现外壳结构自带电荷现象。其次，定期检查供电设备绝缘装置的使用工况，及时更换老化严重的绝缘装置，避免装置绝缘性能失效。最后，在供电系统中安装接地保护装置，将电气设备金属外壳结构与接地极保持连接状态，确保装置所经过交流电电流值不超过30mA，工作人员在接触电流时不会对人体健康造成影响。

5、供电设备过流保护

在煤矿供电设备运行期间出现运行故障时，可能会出现输入侧短路或是输出侧开路状况，产生较大的瞬时电流，导致流经的设备装置损毁。因此，需要对煤矿供电设备采取过电流保护措施，配置过电流保护装置与继电器或电磁式电流脱扣器。在煤矿供电设备运行期间，装置将持续对所经过电流值进行测量，如果电流测量值超过设定的最大值时，保护装置将会执行保护动作，如断路器跳闸或是发送报警信号，避免煤矿供电设备承受过大瞬时电流时出现设备烧坏状况。此外，可使用定时限过电流保护装置或是反时限过电流保护装置，两种装置的工作原理与性能优势不同，具体如下。

5.1定时限过电流保护装置

当线路中流经电流值未超过所设定的最大值时，继电器与断路器将处于闭合状态，维持设备正常供电。而在出现相间短路等故障，且线路中流经过大瞬时电流时，将会启动继电器，在一定时间后闭合延时触点、控制断路器跳闸，即可切除短路故障。这项过流保护措施具有动作时间准确与动作时间恒定的优势，但是所安装继电器数量较多，临近短路处保护装置的延时时间较长。

5.2反时限过电流保护装置

装置保护动作时间与流经故障电流值保持密切联系，故障电流值越大，则保护动作时间越短，其具有可交流操作与保护设备数量少的优势。但是，反时限过流保护装置的继电器动作时限误差值较大，如果故障点与装置间隔距离较远时，容易出现保护动作时间过长的情况，提供的过流保护功能不稳定。

6、变电站自动化系统电气保护

近年来，自动化技术在煤矿开采行业中得到广泛应用，煤矿开采项目引入变电站自动化系统，所使用的供电设备具有较高的自动化水平。这在大幅提高煤矿开采作业效率的同时，也对供电设备电气保护质量提出了更高的要求。为此，应采取变电站自动化系统电气保护措施，配置各类新型的高效电气保护装置，提供微机保护，常见微机保护装置有SEL-279、DVP-600、7SA531等型号。例如，我国北京德维特集团便在煤矿开采项目中配置了DVP-600系列智能化微机保护装置，大幅降低了煤矿供电设备运行故障的出现率。

结语：综上所述，在煤矿开采项目中，为减小复杂环境对煤矿电气设备运行质量造成的影响，有效解决线路短路与设备漏电等电气安全问题，提供良好的井下生产环境。企业必须提高对煤矿供电设备电气保护问题的重视，深入了解煤矿供电设备存在的安全风险，采取针对性的电气保护措施，保障煤矿供电稳定安全，进一步为我国煤矿开采事业的健康发展保驾护航。

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