煤矿地面供电系统优化改进技术措施

杨 静

（大同煤矿集团白洞矿业公司，山西大同 037003）

0 引言

地面供电系统高效运行是煤矿安全生产的重要保障。受电网铺设环境、电网安装质量以及管理维护水平等影响，中国多数煤矿地面供电线系统出现老化现象，不仅导致供电系统安全性能降低[1]、故障率高，而且在煤矿高负荷供电状态下，电网出现失稳现象，容易发生重大供电事故，如电网烧毁、供电短路、人身触电等。

大同煤矿集团白洞矿业公司地面变电站对井田3个变电所，共计317台供电所设备进行供电。地面高压配电系统主要利用多台变压器通过架空高压线向井下及工业场地进行供电。由于白洞矿建矿年限长，原供电系统中电缆直径及横截面相对较小，而且受电网安装环境及维护管理水平影响，地面供电系统长期负荷，运行时老化现象相对严重，供电系统经常出现短路故障，影响煤矿安全供电。根据2016-2017年数据统计分析发现，白洞矿地面供电系统因短路故障，发生2次火灾事故，7次变压器烧毁事故，影响煤矿生产共计73 d，煤矿经济损失达874余万。为此，白洞矿电气为了降低地面供电系统短路故障以及引起供电事故率，决定对地面供电系统进行优化改进，通过加装漏电断路器实现电网安全供电稳定性。

1 漏电断路器选择及主要作用

1.1 选择

漏电断路器主要具有成本费用低、安装维护简单、故障率低、安装空间小等优点[2]，按照漏电断路器不同的工作原理主要分为电流漏电断路器、电压漏电断路器和交流脉冲漏电断路器3种。在实际应用中发现，交流脉冲漏电断路器在计算漏电时由于受到线路三相不平衡影响，会发生频繁的跳闸断电，灵敏度太高对生产效率造成一定影响。电压漏电断路器在变压器低压保护运行时，由于不能对每个分回路有效监测，在煤矿的实用性也不强。在煤矿供电系统中，电流漏电断路器使用最多，该电流断路器能够对负荷侧线路漏电、短路、过载、断相有效进行监测并实时断电，能够确保供电系统的稳定。白洞矿地面供电系统决定安装DZ24L型电流漏电断路器，并采用分层保护结构，如图1所示。

图1 DZ24L型电流漏电断路器分层保护示意图

1.2 主要作用

（1）漏电保护作用。漏电保护是在线路漏电、短路、过载、断相的情况下，保护装置自动识别断电电源，避免人员或设备受到损伤。当保护监测到供电线路负荷侧发生漏电时，保护自动将电源侧电源切断，确保供电安全。当人员不小心触碰到漏电线路时，为了降低电流对人员的伤害，漏电保护器自动将电流导向大地[3]，确保人员不会发生触电事故。由于漏电时间越短，对人或设备损伤越小，因此煤矿漏电保护的动作时间通常不超过0.3 s。

（2）避免供电事故发生。由于漏电断路器能够及时切断故障电源，从供电设备安装漏电保护装置以来，煤矿发生供电事故的概率大大下降，煤矿安全生产得到了有效提高。即使操作人员在操作设备过程中发生失误，漏电断路器也能够及时切断电源，防止事故扩大[4]。

1.3 剩余动作电流值确定

1.3.1 确定原则

根据煤矿供电协议要求，漏电断路器剩余动作值确定原则主要表现在以下几方面：（1）漏电断路器必须能够满足负荷设备的漏电电流；（2）漏电断路器需设计3个档位来分别对动作电流进行调节；（3）额定不动作电流值应高于正常漏电最大值值的2倍以上[5]；（4）安装在潮湿环境的供电设备，漏电动作电流应小于30 mA；（5）地面建筑及可移动式供电设备的额定剩余动作电流应小于30 mA；（6）供电设备总保护的额定剩余动作电流应大于30 mA。

1.3.2 剩余动作电流值计算

根据漏电器剩余动作值确定原则，额定剩余动作电流要通过计算漏电电流的大小来确定。由于计算漏电电流的方法比较复杂，而且需要专业的测量设备，在实际工作中，可以通过以下经验公示来计算：

式中：I△M为额定剩余动作电流；Ih为电路中最大电流。

通常情况下，三线制或四线制动力及照明线缆计算可以使用式（1）；普通单相照明线路计算可以使用式（2）。

2 安装维护技术要求

2.1 安装技术要求

（1）漏电断路器能够在漏电时及时切断电源，从而起到保护作用，供电中严禁任何设备漏电断路器。由于断路器无法对人体直接进行漏电保护，所以在使用过程中严禁人员触碰断路器[6]。

（2）漏电断路器在安装前应对安装人员进行专业培训，安装期间应指派专业技术人员现场监督管理；漏电断路器的各接线端子在安装时要严格按照说明书标识进行安装。

（3）安装人员在安装漏电断路器前，首先要将线缆两个端头钢带拆除，中性线缆要进行铅包，而且要确保中性线缆铅包完成后的完整性；施工人员在断路器内部安装中性线时，要确保中性线准确的安装位置，同时由于中性线并非保护线，在安装中要避免多次重复连接。

（4）漏电断路器在使用前应进行动作特性试验，断路器安装时应保证安装位置高于地面1.5 m，且确保断路器负荷侧与电源侧对接安装正确。

（5））漏电断路器在与电缆芯线对接安装时，必须保证载流要求，通常情况下，中性线截面积应大于主线的50%以上[7]。

2.2 维护技术要求

（1）漏电断路器由于在频繁的跳闸过程中会出现电源模块及保护内部的线路烧损，因此检修人员需定期对设备的保护进行检查，发现动作失灵、损坏时必须及时进行更换。

（2）检修人员每月需要对断路器的跳闸参数进行记录并汇总，并根据每个断路器的跳闸参数进行分析，不断调整保护参数，确保每个断路器动作灵敏、可靠。

（3）当被保护供电系统中发生触电事故时，必须及时对漏电断路器动作特性进行检查，分析保护失效原因，并及时更换断路器。

（4）煤矿应对地面供电系统中，漏电断路器每日需对供电设备做1次漏电试验，确保漏电断路器的灵敏性，并记录反应时间[8]；每月定期按试验按钮3次，每季度进行2次远方试验。

（5）严禁非工作人员对漏电断路器进行安装、拆卸、维修以及特性检测，需安排经过培训且有资格证的人员进行检测，严禁采用相线接触接地装置的方法进行检测。

3 结束语

2018月2月，白洞矿地面供电系统改造全部完成，供电系统通过安装漏电断路器后，经1年应用效果观察发现，优化改进后，电网稳定性大大提高。与改进前相比，解决了传统供电系统老化现象严重、供电效率差、故障率高等技术难题，未发生一次因供电线系统短路故障，发生火灾、设备烧毁等事故。全年可为煤矿提高经济效益达720万元，取得了显著应用成效。