矿井供电系统故障分析技术应用研究

冀中能源股份有限公司章村矿机电队 河北 邢台 054103

前言

煤矿开采过程中,生产环境极为复杂,需要多种保护装置确保其安全生产。由于煤矿开采的特殊性,瓦斯、煤尘等只需要小小的电流就会引爆,这是煤矿供电系统故障中影响最大的因素,再加上一些机械老化损坏引起的短路,过载电流的出现造成的电气设备发热引发火灾等,可以说煤矿供电系统故障不仅仅会影响到煤矿生产效率,更为直接影响矿井生产的安全问题。

1 煤矿短路故障分析研究

短路故障主要是电气设备或者是电缆的绝缘受到破坏,无论是负载短路还是错误接线,多种原因会造成其出现短路故障,这是在煤矿正常生产运行中最为常见的故障之一,也是影响较为严重的故障。在煤矿短路故障的类型中,最具有代表性的就是两相短路,这一故短路故障发生的概率远远大于其他类型,如果不迅速解除故障,那么会导致三相短路的发生,造成的后果会更加严重。对于短路故障的处理方式主要是电流鉴幅保护,这是最传统的处理方法,在电网出现短路故障时,可以测得线路上的故障电流比正常线路上的电流值要大很多,通过具体的检测电流的幅值可以判断电流是否出现短路故障发生。这一短路故障的处理方法尽管成本不高并且使用的装置简单但是可靠性也并不理想因此在煤矿供电系统中无法单独使用。单纯依靠线路的电流幅值来进行短路故障判断尽管有效,但并非是最可靠的,因为会造成线路电流幅值异常的情况有很多。针对这一情况,一般选择相敏保护来处理短路故障问题,尽管电动机起动电流可以达到正常额定电流的8倍,但是由于这是感性电流,功率因数并不大,不会超过0.5,也就是电流和电压的相角差较大。在电路出现短路故障时,尤其是故障点在线路距离较远,功率因数明显较高,甚至可以达到1。因此,如果电网出现峰值电流,那么可以检测电网的功率因数,这样能够判断电网出现的峰值电流是电机的正常启动还是出现了短路故障,这样对于短路故障的判断和处理来说会更加有效。相敏保护能够进一步扩大保护范围,在出现短路故障时,识别的灵敏度更强,不会轻易地出现错误,可以和其他类型的电流保护方式相互配合使用。

2 煤矿漏电故障分析研究

漏电故障是煤矿正常生产运行中最为常见的供电系统故障方式,接地电弧点燃空气中的瓦斯和煤尘引起爆炸,直接影响到井下的正常生产,严重者威胁工作人员的生命安全。对于煤矿供电系统的漏电故障处理需要极为重视,最为有效的方式就是设置漏电保护装置。供电系统或者是整条线路绝缘水平降低到了额定水平之下,会出现分散型漏电,电网在某一处的绝缘水平下降,其他位置没有出现明显变化时,称为集中性漏电。经常选择的漏电保护方法分为两种,一种是非选择性漏电保护方法,主要是在电网的任何点发生漏电故障时,都会发出报警信号,然后将信号传递到总开关处,直接切断电源;另一种是选择性漏电保护,也就是在电网的某一处发生漏电故障时,保护装置只会显示出现漏电故障的支路位置,其他没有出现故障的支路可以正常供电。选择性漏电保护方法一般是对于供电系统的整体保护,能够监测电网的绝缘状态,因此在总开关处会选择这一保护方法,或者是和支路开关处的选择性漏电保护装置相互配合。选择性漏电保护方法是在电网发生漏电故障时,能够根据实际情况来发出故障信号,只切断漏电故障处的线路,不会影响到其他线路的正常工作。选择这一处理方法能够避免停电范围过大在找寻漏电故障时也更具精准性。结合煤矿正常生产运行来看,选择性漏电保护装置不能够单独使用,一般和其他的漏电保护装置一起配合。

3 煤矿过载故障分析研究

煤矿的过载故障是变压器或电动机一直处于非正常的运行状态,一旦出现负载突然增加或者是违规操作等行为,会造成供电系统的过载运行。通常煤矿的供电设备可以在短时间内以过载状态下运行,在运行过程中,电缆内部的热量逐渐累积,无法直接传播到外部,一旦过载的时间过长,那么这一温度升高范围会超过其承受能力,严重者直接击穿电气设备绝缘影响到设备的正常运转。对于过载故障来说一般选择的处理措施是反时限特性的保护方法,如果在供电系统正常运行条件下,实际电流超过设定值,那么开始积累故障因子,电网实际运行的最大电流与额定电流的比值越大,故障因子也会以超快速度积累,相应的保护装置会采取动作,如果故障在保护装置采取动作之前解除,那么故障因子会慢慢减少,一直减到零为止。

4 煤矿电压故障分析研究

煤矿生产过程中,供电系统的电压故障包括过电压和欠电压两方面。过电压故障发生的主要衡量方式是交流电压的有效值超过了额定电压的18%,供电系统出现漏电故障或者是人触电的事故,电网会在非故障条件下由原本的相电压变成线电压,电缆如果长时间处于过电压状态下,那么会严重影响到其绝缘水平,一旦出现瞬间电压过大的情况,会造成设备绝缘的永久击穿,进而影响到供电系统的稳定性。欠电压故障发生的主要衡量方式是交流电压的有效值低于额定电压的65%,供电设备在欠电压状态下,并不能够发挥其能效,尤其是对于一些转动类的供电设备来说,电压持续过低会造成设备停止运转,甚至于设备一直发热,进而造成更大的危险。针对这一情况严格控制供电系统的电压,以额定电压为标准,不能够过高或者是过低,达到电压故障的状态,确保供电设备的正常运转。

结语

综上所述,煤矿本身的工作环境复杂,危险系数较高,在煤矿作业中,空气中的瓦斯、煤尘温度较高,需要采取有效的手段保护生产安全。供电系统是煤矿的重要生产运行支持系统,有多种保护装置,针对其常见的故障,包括漏电、短路、过载、电压故障等,需要采取相应的技术手段,解决这些故障问题,保证煤矿供电系统的稳定运行。