关键词：煤矿供电；供电系统；井下机电；机电供电
1煤矿井下供配电环境分析
因煤矿生产条件限制，其综采工作面的生产条件非常恶劣，湿度大，且通风条件差。其次，通常情况下都是运用电缆作为主要供电线路，如果出现用电负荷变化率较大情况时，井下设备很容易出现过载过电压不稳现象，致使设备故障发生率增高。另外，煤矿井下巷道及机房的空间非常小，且常伴有顶板岩石、煤块下落等危险因素，安全性难以得到保障。从现实情况来看，目前我国煤矿井下供电系统常采用的是中性点不接地系统，该系统的应用优势就在于能够降低触电事故发生率，还能在一定程度上减少电气火灾和井下瓦斯爆炸等安全事故的发生。其次，当系统中的线路发生单相接地短路故障时，系统不会出现因线路跳闸而引起的大面积停电，阻滞工程进度，一旦这种现象出现时，系统的三个线电压的相位和幅值都不会有所改变，确保系统安全可靠地运行，不仅保障了工程进度，还有助于工程安全系数的提高。
2造成煤矿供电系统越级跳闸的原因
首先，线路短路造成跳闸。矿井生产环境较为恶劣，且为了保证开采进度，一般矿井的供电网路级数较多，电缆短，阻抗小，造成电缆在首、末两端的短路电流数值无差异性，导致保护开关在短时间内断路，其保护功能失效，出现越级跳闸现象。其次，上下级开关失效。电容电流受消弧线圈补偿、电缆长度以及运行方式影响，电缆在接地连接时，其上下级保护开关的选线保护功能失效，选择功能失效，出现越级跳闸现象。另外，开关欠压脱扣器动作。短路故障、地面电网电压波动等导致母线短时欠压，在这种状态下出现越级跳闸是因为大功率的开关欠压脱扣器处于解锁状态。最后，上级开关后备保护动作。在恶劣环境下，高压开关跳闸机构灵敏度下降，甚至卡塞，导致高压开关的跳闸动作不合理，上级保护开关引起后备保护动作，造成供电系统中越级跳闸现象的发生。
3煤矿井下机电供电故障预警系统设计
3.1优化电网结构
电网结构是电网运行的基础，由于生产的需要，煤矿必须构建可靠的电网结构，这是煤矿安全生产的重要保障。在设计电网结构时，常采用的是双电源结构的电路，因为双电源能有效保障电路的有效、可靠运行。双电源的电网结构能保证当一个电源发生故障时备用电源能立即开始工作，使得安全生产持续进行。从电源到变电站，再到配电箱，接入双回路的电源能保证电源电路的独立性，不会发生一条电路出现故障而使得整个电网结构受到破坏的情况，科学有效地构建了合理的电网结构。
3.2井下防越级跳闸系统设计
将物理位置作为划分的参考标准,可将配电网络系统划分为多个不同的级别,一旦下级系统发生故障,会立即启动保护装置,识别到电流定值达到动作定值,会将闭锁信号发送至上级保护装置,在接受到闭锁信号后,上级保护装置立即启动速断保护功能。若下级保护装置发生跳闸,则不会发出闭锁信号,上级保护装置会立即解除速断保护,通过这种方式,能够有效避免动作延时现象的发生。如图1所示,一旦D2点出现短路,DL—D1会立即启动保护装置,借助于光接口向通信服务器发送故障信息,通信服务器负责对故障信息进行转化,并向DL—D0发送故障的具体位置。同理,DL—D0将故障信息转发给上级保护装置,DL—D1在启动故障处理程序后会发生跳闸,在此过程中,DL—D1与DL—D0始终保持通信,一旦识别到跳闸,会立即释放保护。针对开关拒动现象,DL—D0会启动跳闸出口程序,以此来实现对越级跳闸的有效防范。.png)
图1防越级跳闸系统的工作原理示意图
3.3智能监控系统设计
井下智能供电监控系统主要构成组件包括地面监控主机、专业监控软件、井下监控分站、井下防爆电器(矿用一般型配电柜、开关、移动变电站等)及井下网络交换机等。整个智能供电监控系统构架的设计基于专业电力监控软件(PowerPro)研发,可通过地面监控主机对井下配电所各项运行参数进行实时监测与调控,达成井下变电所的无人化作业。同时,井下监控分站兼具的RS485和CAN(控制器局域网络)2种通讯接口,能同国内大分部矿井的井下供电设备进行互联。系统配套的LED(发光二极管)显示屏,能将井下供电系统运行数据、组态画面及故障报警信息等内容实时显示,确保作业人员第一时间掌握。此外,矿井智能保护装置兼具测量、控制和保护等多种功效,并可与井下监控分站无缝连接,确保系统运行有效性。完整的智能供电监控系统可以对井下电力设备运转情况进行实时监测,并定期开展故障自检,具备良好的故障自我诊断功能。同时,保护装置还具备过欠电压延时保护功能,能规避线路瞬时失电压,防止井下大面积跳闸现象的发生。系统拥有完备的故障预警和越限提醒功能,供电系统运行时出现任何故障,均能快速定位故障类型与所在区域,从而最大程度缩减维修耗时,确保供电运行的连续性;而且地面主机、井下分站和用电设备三级间能相互独立地操作运行,上级设备的故障不会对下级设备正常运行造成影响。
3.4开关拒动定位、智能联跳，后备保护更可靠
煤矿井下工作环境恶劣，本级保护开关的设备一旦出现故障往往导致拒动现象，造成越级跳闸。“三位一体”系统具备“网络识别、拒动定位、智能跳闸”功能，在故障发生时，系统能够快速进行故障排除工作，在第一时间切断故障线路，将故障波及范围缩小，系统能够24h记录报警信息。当发生停电事故影响本级开关动作而未动作，产生拒动时，该系统通过网络识别技术迅速锁定拒动开关在网络中的位置后，立即启动该拒动开关的上级开关，及时跳闸断电，既保证了故障状态下开关跳闸的可靠性，又防止停电范围进一步扩大，后备保护更加可靠。
结语
综上所述，针对煤矿机电设备的需求配备良好的供电系统是非常重要的，结合当前煤矿机电设备运行情况，设计一套故障预警系统并保证供电的安全稳定，能够有助于故障现象的及时处理，提高供电的整体水平，从而促进煤矿生产的有序进行。
参考文献
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[3]邹传坤.煤矿综采工作面“三机”设备选型及配套探讨[J].科技与创新,2017(14).
论文作者:高俊林
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年3期
论文发表时间:2020/4/3
标签：井下论文; 故障论文; 煤矿论文; 系统论文; 供电系统论文; 电网论文; 发生论文; 《工程管理前沿》2020年3期论文;