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煤矿供电设备中电气保护分析

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  摘 要:随着煤矿生产机械化和自动化水平的提高,与之匹配的作业设备越来越多,其中供电设备在满足设备电能需求的同时,容易受到多种因素的干扰发生故障,因此必须借助电气设备加以保护。对此,本文以煤矿供电设备电气保护的现实意义为切入点,就其应用现状、改善措施和发展趋势进行了分析,希望对促进煤矿供电设备安全、高效运行有所帮助。
  关键词:煤矿供电设备;电气保护;发展趋势
  中图分类号:TD61 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2019)09-0149-02
  众所周知,各行各业的发展均离不开电力支持,煤矿企业也是如此,甚至在对电力的依赖程度更大,加之煤矿开采风险性高,环境复杂,如何确保供电设备安全运行变得非常重要,而合理有效的电气保护技术有助于改善供电设备工作状态和运行水平,为煤矿安全作业、高效开采奠定重要基础。
  1 煤矿供电设备电气保护的现实意义
  煤矿生产在经济发展和社会进步中的作用举足轻重,其重要性不言而喻,可是煤炭资源消耗因逐年增加而增大了煤矿开采的压力,而这一过程需要供电设备提供电力支持,任何设备在长期运行中都不可避免的会发生故障,更何况煤矿多为井下作业,温度较高、湿度较大,而且多方位、多工种立体交叉,生产环境不仅十分复杂而且具有高危险性,显然供电设备工作环境恶劣,在一定程度上加大了设备故障和安全事故的发生概率,因此为安全起见,必须利用电气保护技术予以改善。
  针对煤矿供电设备所采取的电气保护措施主要包括过流保护、漏电保护、接地保护和过电压保护,当供电设备的电流大于额定电流时既容易损坏设备缩短其使用寿命,还可能引发火灾事故,所以短路保护、断相保护、过载保护等措施较为常用;当供电设备绝缘性能下降或损坏时会导致设备外壳带电,易引发人身触电、瓦斯爆炸等事故,所以通常会在漏电后快速切断电源;当地面大气过电压入侵供电设备时,易出现相间短路、匝间短路、对地漏电等事故,所以过电压保护措施比较常见[1]。此外还有接地保护,主要用于人身安全的保证。由此可见,对于煤矿供电设备来说,采取适当的电气保护措施必要而迫切。
  2 煤矿供电设备及电气保护现状分析
  2.1 煤矿供电设备现状
  首先是电源设计缺陷,部分煤矿企业过于强调生产规模的扩大,致使电源设计存在缺陷,极易酿成安全事故,尤其是随着煤矿升降机、排水泵等用电设备的大量使用,不仅需要更多的电能支持,而且需要高安全的作业环境,即使为保证安全供电按照规定设计了双回路线路,但安装不规范甚至偷工减料,埋下了极大的安全隐患。然后是供电距离过远,为提高煤矿产量很多煤矿企业采用了不断拉长作业线的方法,致使供电距离远远超过当初的设计规定,如此一来,不仅供电电压不稳定,供电效果差,影响了设备运行效率和质量,而且还增加了一定的电能损耗和安全风险。最后是供电设备负担过重,煤矿企业在致力于生产效益提高的过程中,往往会投入更多的生产设备和装置,但却忽视供电设备的匹配,因此在大量作业设备的长时间运行之下,供电设备的老化或故障可能会有所提前,性能也会随之降低,进而难以满足煤矿生产的实际用电需求。
  2.2 供电设备电气保护现状
  不可否认,很多煤矿企业相继采取了一定的措施用于供电设备的电气保护,但应用效果却并不理想,普遍存在问题和不足,主要包括电气保护系统不完善,电气保护技术与装置滞后,电气保护功能与实际要求脱节等,具体表现为:注重水和空气的影响忽视易燃易爆气体,致使继电保护装置与实际保护需要不符,继续改进,所选用的电气保护装置存在质量缺陷或者性能较差,难以适应复杂恶劣的煤矿作业环境,再者就是电气保护形式过于单一,方式比较简单,甚至有的企业只负责安装使用却不注重维护检修,导致电气保护装置自身出现故障或者失效,使其保护功能受到限制。总之,煤矿供电设备电气保护现状不容乐观,亟待完善。
  3 煤矿供电设备电气保护的改善措施
  3.1 立足实际,制定电气保护方案
  煤矿企业在进行供电设备电气保护时,必须充分认识电气保护对供电设备的重要影响,然后从实际情况出发,制定切实有效的电气保护方案。具体来说,一方面需要加大重视程度与投资力度,对现有供电设备部署给予适当的整改和优化,重点对双回路电源线路进行检查,确保其安装规范,无安全漏洞,对于供电线路过长问题,需要优化布线,使其既能满足正常用电需求,又能保证电压和供电质量稳定可靠,尽量减少电气保护的负担[2]。另一方面则要综合分析供电设备的额定电压、额定电流、功率因数、绝缘要求等因素,对其电气保护作统一规划,并结合煤矿特殊的作业环境,选择安全可靠、高效经济、环保节能类的电气保护设备和装置,重点对电气保护装置的性能、功能、适应条件、使用寿命等进行综合考量,确保其在达到工作要求的前提下创造更多的价值。
  3.2 不断创新,拓展电气保护途径
  鉴于煤矿企业目前使用的供电设备以矿用通用性高压开关柜、移动变电站、防爆配电装置等为主,因此可围绕这几类设备采取适当的电气保护措施。在高压开关柜中采用较多的是继电保护技术,具体以相应的继电保护装置为主,当设备及其元件出现故障时,继电保护装置可准确而迅速的断开故障元件,将故障影响程度和范围降至最低,目前应用比較广泛且效果较好的是功能完善、结构简单的微机保护,在保障煤矿安全生产中发挥了重要作用。在低压供电设备中多采用的是智能开关,即将检漏继电器安装在供电设备开关位置,必要时可增设漏电保护单元予以协作,这样的话,当供电设备或者某一线路短路或者漏电时,即使保护单元不动作,继电器也会工作作跳闸处理,不仅可以保护设备和电路稳定运行,也减少了由此造成的人力和资金投入,应用效果良好。经过不断发展的低压供电设备电气保护主要分为集中控制和零序电压法,其中前者适用于分散性漏电保护,判断准确性较高,后者可随时采集分析设备异常数据,并对供电设备的电容、电压故障实施自动修复,有助于及时有效的发现设备异常[3]。对于变电站而言变压器处于核心地位,其中接地保护和瓦斯保护是重点环节,接地保护通常需要用导线将各种接地装置进行连接形成保护接地网,使其电阻低于2Ω以下,当人身触及某一项的带电设备的金属外壳时,漏电电流会经过总接地网流入大地,进而很好的保护人身安全,而且很小的漏电电流还可明显降低瓦斯、煤尘等爆炸危险。总的来说,增强煤矿供电设备电气保护的内在联系、提高其集成性和实效性,可以进一步提升电气保护的保护效果和效益。   3.3 与时俱进,优化电气保护装置
  考虑到煤矿多为井下作业,环境复杂恶劣,开关种类繁多,所以在对供电设备进行电气保护时还应做好防爆安全工作,建议推广高可靠性、接口规范、占地较小、性价比高以及便于维修的综合保护装置系统,如煤矿系统中的kj36、kj67等电力监控系统的自动化程度都比较成熟,除了对电路短路、断路、缺相等异常情况提供完善的保护作用外,还集测量、通讯、控制于一体,可在数据共享的同时对供电设备运行参数进行监控,以便及时发现和解决故障[4]。当然选用与否还应视煤矿企业的实际情况而定。
  再者便是一系列先进可靠的电气保护装置和元件,如在供电设备过流保护中,为进一步提高短路保护的快速性和灵敏度,快速断电保护和相敏过流保护在近年来应用较多;在供电设备漏电保护中,应用较多的是监视型屏蔽电缆,以此获得较为完善的漏电保护;在供电设备过电压保护中通常在开关中装设阻容或进行压敏保护。在电气保护技术的不断发展下,电气保护装置也在更新换代,如智能型低压真空断路器,不仅可以保护电源设备与线路免受短路、过载、欠电压,而且还具有一定的接地保护功能;自动空气开关,不仅安装简单、操作安全,而且动作后无需更换元件,除了能够分断电路外,还具有短路保护、过载保护、欠电压保护等功能;突波吸收器也成为压敏电阻,主要用于保护供电设备中的电子元件免受雷击或开关突波的影响,即防雷与过压保护,具有反应快速的特点[5];漏电保护器,可以在检测漏电电流大小后发出并完成动作跳闸等。值得注意的是,选用的电气保护装置和元件的技术参数必须与煤矿供电设备电气保护要求相契合。
  此外,煤矿供电设备对电气保护的基本要求是安全可靠,因此还需要对电气保护装置进行定期的检修和维护,并根据实际需要更新电气保護技术和装置,以此使其保护优势得到充分发挥。
  4 煤矿供电设备中电气保护的发展趋势
  虽然在科技力量的作用下,煤矿供电设备中电气保护措施也在发展和更新,但与预期结果还有一定的差距,而且随着煤矿生产难度和风险的增加,对电气保护的要求也在逐步提高,故在以后的发展中,要想供电设备电气保护效果得到质的提升,就必须深度融合通讯技术、信息化技术、数字化技术、自动化控制技术以及自适应理论,重点加快电气保护装置的一体化发展步伐,通过对故障录波功能和自适应功能,实现双重化保护,以便基于资源共享使故障判断更加灵活、准确、实用,进而快速精准的发现供电设备异常状态,并减少电气保护误动概率,确保煤矿供电设备运行更加稳定可靠,同时与之相关的设备故障分析技术、矿用防爆开关技术、新型光电流互感器等也应同步发展。简而言之,未来的煤矿供电设备电气保护系统将会具有更高程度的自适应化、智能化和综合一体化。
  5 结语
  综上所述,煤矿供电设备电气保护与煤矿的安全生产息息相关,这就要求我们正确认识供电设备对煤矿生产的重要影响,充分发挥电气保护的优势,创新电气保护的应用方式,拓展电气保护的应用范围,使其在保证供电设备正常运行的基础上尽可能的减少故障概率,促进煤矿作业健康、稳定的发展。
  参考文献
  [1] 李冠群.基于煤矿供电设备中电气保护的探究[J].科技创新与应用,2018(33):141-142.
  [2] 李笑.关于煤矿供电设备电气保护技术的思考[J].建材与装饰,2018(38):212-213.
  [3] 李晓炜.煤矿供电系统及电气设备保护分析[J].能源技术与管理,2018,43(02):124-126.
  [4] 武炳楠.关于煤矿供电设备电气保护技术的思考[J].机械管理开发,2018,33(01):124-125.
  [5] 王钰.煤矿电气设备与供电系统的保护分析[J].现代工业经济和信息化,2017,7(07):62-63+111.
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