摘要：电力供应是确保煤矿井下生产作业持续、高效进行的必要前至关重要。一旦井下供电系统设置存在不合理之处，便会为生产安全造成严重隐患。因此，充分结合矿井生产实际，对井下供电系统开展针对性的优化升级，对于提升矿井生产效益和作业安全性意义重大。
关键词：矿井；供电系统；常见故障；保护方法
引言
煤矿井下相对湿度较高，且空气中含有瓦斯、煤尘，环境恶劣，因此需要设置多种保护装置以保证井下生产安全。漏电保护、过流保护和保护接地长期以来一直是井下电网和设备的三大保护，它们是保证井下供电安全极为重要的技术措施。由于引爆瓦斯、煤尘所需要的能量很小，仅需0.15mJ~0.2mJ，漏电电流所产生的电弧或电火花有可能引爆井下的瓦斯和煤尘，这也是煤矿中最难解决的安全问题。电缆和电动机是煤矿井下电网中最薄弱的环节，当电缆绝缘老化或被机械损坏时可能会引起电网两相或三相短路，电动机在过负荷运行时会产生过载电流。过载电流会使电气设备和电缆发热，损坏其绝缘性能，甚至引起井下火灾或爆炸。所以电网中必须有过流保护装置及时切除掉过流故障。此外，由于井下工作环境的特殊性，为保证井下电网能够安全工作，供电系统还需提供电压保护。
1煤矿供电系统现状
在煤矿井下供电系统中，6kV/10kV供电系统是最为常见和应用最为普遍的一种供电系统，该系统分为一次和二次。一次系统比较简单，电路直观明了，在井下进行布置时易于工人操作；而二次系统则相对复杂，在电路中需要设置各种不同作用的继电保护装置、自动控制装置以及二次回路等，正是由于这些装置的存在导致电路在进行设置时其操作工序较多，容易出现问题。因此在井下供电系统中需要正确合理地对继电保护装置以及自动控制装置等进行配置，以确保这些装置可以准确、及时地对电路进行监控，保证整个供电系统的正常运行。
2煤矿井下供电系统常见故障及保护分析
2.1煤矿井下漏电故障及保护
依据漏电保护方法是否具有选择性可将其分为非选择性漏电保护方法和选择性漏电保护方法。非选择性漏电保护是指在不管电网任何支路或任何点发生漏电故障时都将发出报警信号并切断总馈电开关；选择性漏电保护则是指当电网的某一支路发生漏电故障时，保护装置仅指示漏电故障所在支路，保证非故障支路的正常供电。
非选择性漏电保护方法通常会被作为电网的总漏电保护，监视整个电网的绝缘状态，因此这种保护方法通常会放在总开关处使用，和在支路开关处设置的具有选择性的漏电保护装置配合使用。在井下中性点绝缘电网中使用的非选择性漏电保护方法主要有：附加直流电源保护法、利用三个整流管的保护方法、零序电压保护法。
选择性漏电保护包括横向选择性和纵向选择性两部分，意为当电网发生漏电故障时，能够有选择地发出故障信号，只切除发生漏电故障的线路和设备，而不影响非故障部分的正常工作。因此采用具有选择性的漏电保护方法可以减小故障停电范围，便于寻找漏电故障，缩短漏电停电时间，提高供电的连续性。主要方法有：零序电流保护法、零序电流方向保护法、群体比幅比相法、零序功率方向法、零序电流有功分量法、首半波法、旁路接地法。由于选择性漏电保护的局限性，在井下电网中，选择性漏电保护装置不能单独承担井下电网漏电保护的任务而必须和其他漏电保护原理的装置一起构成漏电保护系统。
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2.2井下供电系统传统短路保护方法
（1）鉴幅式继电保护
矿井供电系统保护中应用最普遍的短路保护方法之一就是鉴幅式继电保护，其元件主要依靠电磁继电器工作，设定整定电流范围，一旦线路中电流超过设定值，就会按保护算法动作，例如电流速断、反时限保护等。但井下大型设备电动机在启动时会产生瞬时大电流，容易导致继电保护器误判，继而进行短路保护动作。
（2）低压熔断器
熔断器与继电保护器不同之处在于当线路电流需超过整定值时，产生短路保护动作。这种保护方式具有结构简单、分断能力和可靠性高、限流性能好等优点，并且能与开关一起形成熔断器组合电器使用。
（3）热继电器
热继电器是井下供电系统常用的短路保护措施，使用多的热继电器系列有JR0、JR9、JR15、JR16。此外，限流热继电器也是井下常用的短路保护元件，例如JR4、JR9系列，其不仅具有短路保护功能，还具有隔爆防磁干扰的功能。此类限流热继电器元件通常由两部分组成，即热元件和电磁元件，能同时起到短路和过负荷保护作用。JR16系列热继电器的特点是具有差动导板，属于二相保护热继电器，因此除具备过负荷保护之外，还能起到断相保护的作用。JR0、JR15与上述热继电器相同，都具备过负荷保护作用，但其缺乏短路保护的功能，应用中需要在其线路之前加熔断器。同时，在JR0、JR15系列热继电器应用中，如果整定合理，也可以作为“Y”形接线电动机断相保护元件。
（4）电子式综合保护装置
随着科技不断发展，井下供电系统短路保护元件在体积、功能、灵敏度等方面都取得了长足发展，一个电子式综合保护装置能起到以往多个元件的功能，例如断相、过负荷、短路保护、漏电闭锁等，并且能在很大程度上节省空间、提高安全系数。例如井下供电系统使用的矿用隔爆兼本安型真空电磁起动器（型号DQZBH-/1140）中的电子过流保护装置，其具备断相、短路保护、过负荷保护和分断短路电流的功能，短路保护整定保护范围值为640A～3200A。一般而言，传统的短路保护装置在整定保护值确定方面存在一定的不足，如DQZBH-/1140电子过流保护装置、JDB-120、225A型电动机综合保护器、DWKB30系列等。此外，其短路保护动作反应时间较长，可靠性也存在缺陷，特别是馈电线路的短路保护。若要最大限度地保护供电线路的安全，在设置保护装置整定值时就应该按照保护线路末端的最小短路电流来确定，其势必要求降低保护装置的整定值，而井下大型器械启动电流往往较大，这容易引起保护装置的误判而产生错误的反应动作。
2.3井下电网防越级跳闸改造
现阶段，A矿井下电气设备供电网络选用多级辐射状供电模式，其使用存在下列几点不足：a)延伸级数过多，不能满足供电网络时限配合的要求；b)系统容量增加使得级别差异的短路电流整定值相似，保护电流功效不能充分发挥，一旦遭遇紧急状况为确保运行的快速、稳定，会导致越级跳闸现象频繁出现，严重制约井下供电系统运行的稳定性，严重的甚至会引发井下大范围停电故障，对井下作业安全构成严重威胁。针对这一不足，结合电力自动化监测系统实际情况实施改造。将基于智能零时限电流保护、光纤差动电流保护、改进型零序导纳等不同原理的漏电保护融入到井下变电站自动化控制系统中，实现对高压隔爆开关的升级改良，提升了其应用效果。
结束语
电力作为煤矿井下生产安全、持续开展的动力源头，确保电力供应的充足、有效对于提升井下作业效率意义重大。由于矿井建设的持续拓展，井下供电系统多处于一种时刻变化的过程，矿井建设初期的供电系统在使用一段时间后往往会难以适应井下生产发展的需求，这就需要矿井管理者组织专业技术力量，针对矿井生产实际，对井下供电系统进行优化升级，从而提升适用性，为矿井的持续发展提供必要保证。
参考文献
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[3]张云龙.煤矿井下供电过流保护的优化策略[J].内蒙古煤炭经济，2015(2)：133.
论文作者:宁伟光
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2019年1月上
论文发表时间:2019/7/19
标签：井下论文; 供电系统论文; 电流论文; 电网论文; 选择性论文; 矿井论文; 保护装置论文; 《新材料.新装饰》2019年1月上论文;