矿井供电安全管理的若干思考

王森 顾鹏 韩波

摘要：该文研究如何强化矿井供电安全管理；分析矿井供电现存问题，如设施有问题、接地电容电量过大、漏电保护系统有问题等；列举矿井供电安全评价方法及要求；列举强化矿井供电安全管理的技术措施；从建设安全管理制度、加强安全用电法律法规培训、加强继电保护系统安全管理、加强设备电缆安装及维护、建立供用电安全事故预防方案等角度出发，列举强化安全管理的策略。

关键词：矿井  供电  安全管理  漏电保护系统

中图分类号：TD611    文献标识码：A

Abstract： This paper studies how to strengthen the safety management of mine power supply， analyzes the existing problems of mine power supply， such as problems of facilities， excessive  power of grounding capacitor， problems of  leakage protection systems， etc.， enumerates the methods and requirements for mine power supply safety assessment， enumerates the technical measures to strengthen mine power supply safety management， and enumerates the strategy of strengthening the safety management from the perspective of building a safety management system， strengthening the training of laws and regulations on safe use of electricity， strengthening the safety management of the relay protection system， strengthening the installation and maintenance of equipment and cables， and establishing the accident prevention plan for power supply and use.

Key Words： Mine; Power supply; Safety management; Leakage protection system

矿井供电系统分为地面供电系统与井下供电系统两部分。实际的生产作业中，受矿井生产环境因素的影响，供电系统常会出现一定程度的问题，威胁作业人员的人身安全。为提升供电安全管理水平、促进矿企的进一步发展，相关工作者应切实加强对矿井供电安全管理的研究，将各种先进的管理思路、管理方法引入实践，提升供电安全水平。期望该文能够为相关工作者带来一定的参考作用。

1矿井供电现存问题

1.1设施存在问题

部分矿井服务时间过长，供电系统中的许多设备，其运行时间已远超过规定的服务年限，电缆、绝缘子、断路器等以电缆为例，目前矿井电缆在运行中常存在如下问题：首先，实践表明，矿井电缆大多需要在恶劣的环境中运行，受潮湿空气、有害气体腐蚀较为严重，长此以往难免会出现老化、故障等一系列问题，绝缘性能会因此而下降，影响供电安全；其次，部分矿井铺设电缆的巷道存在隐患，如巷道内有轨道、钢梁等外形长、体积重、棱角分明的事物，有可能刮破或挤坏电缆，影响供电安全，此外调度绞车、无极绳绞车进入巷道也常会损坏电缆；再次，屏蔽电缆连接器在密封性方面容易存在问题，这会导致停电事故频发；最后，电缆接头随着工作年限的增加，极易因温度、空气等因素的影响，出现氧化、发热等问题，为矿井带来安全隐患；最后，电缆或连接器的允许工作电流低于实际负载电流，电缆长时间以高负荷状态运转，难免会产生潜在故障，影响用电安全。

存在老化问题，影响了供电系统的运行效率，也为作业人员带来了一定的安全隐患。此外，安全设施是保障矿井供用电安全的关键所在，但现阶段看来，部分矿井在平时未做好对供电系统的维护与保养，导致避雷针、避雷网、开关柜、防爆开关等安全设施，受恶劣工作环境的影响，普遍存在一定程度的问题，这也影响了矿井供电的安全性[1]。

1.2接地电容电量过大

单向接地电容的电量，与供电系统运行的安全性、稳定性息息相关，电量过大时，易引起如下问题：（1）接地网电压过高，在复杂的矿井作业环境中，易因瓦斯、煤尘等因素的影响，在过电压与电弧出现问题的情况下，引发爆炸事故；（2）交流杂散电流频繁出现，为矿井作业带来二次事故隐患[2]。

1.3漏电保护系统有缺陷

矿井作业环境具有煤尘多、湿度大的特点，因此电气设备易出现漏电问题。现阶段，此种问题已成为阻碍矿井供电安全管理的重要问题，尤其是许多矿井采用的漏电保护系统有诸多的缺陷，性能水平并不很高，這进一步影响了供电安全管理的有效性，如，附加电源直流检测式漏电保护系统在运行时，不受漏电地点影响，因而能够较为有效地防范漏电事故，但该装置也同时具有作业时间长、运行效率低的缺陷，无附加电源的保护系统的运行方式与之相似，但在运行过程中更易受到电压等一系列因素的影响，检测数值出现偏差的几率高。

电压式漏电保护系统在运行过程中，会检测供电系统的电压，当电压超出规定限值时，此种装置会自动切断供电系统的电路，起到漏电保护作用。但此种装置适用性相对有限[3]，仅对变压器中性点不接地电网有用，相形之下，电流式漏电保护系统的适用范围更广，可被应用至变压器中性点接地的电网中，但此种保护系统不具备良好的电阻值，补偿功能不健全；功率式漏电保护系统与如上系统有着相似的优势与劣势，旁路接地漏电保护系统有更为良好的安全性，可为矿井作业安全提供有力的保障，但美中不足的是此种保护系统仅适用于防范人身触电，因此适用范围也较为有限。

2矿井供电安全评价方法及要求

2.1安全性评价方法

安全评价中，相关工作者首先应评价矿井供电系统的运行状态，其次应评价各供电设备及网架结构的安全性。对于前者而言，目前矿井供电系统在供电时多采用了分级模式，一旦系统出现短路，发生越级跳闸的可能性较高，为供电系统带来一定的影响，在进行评价时应充分注意。供电系统的短路故障主要包括两相短路与三相短路，前者为不对称短路，特点为两相在一点短接，后者为对称短路，特点为三相同时在一点短接；对于后者而言，在评价时，应高度关注高压馈电线路的短路问题，这是因为在实际的矿井作业中，网架结构与电气设备受矿井恶劣的作业环境的影响是较为明显的，主要集中于粉尘、湿度、温度等多个层面，因而发生短路的概率较高，严重时也会诱发重大安全事故，如火灾、爆炸等。

2.2供电安全性要求

电力负荷深刻影响着矿井供电安全。目前矿企在进行供电安全评估、管理时，通常会将电力负荷分为三个等级，一级负荷主要指的是各种通风机、提升机与水泵，二级负荷主要指的是生产系统、运输系统等，三级负荷主要指的是各种生活、办公供电[4]。结合负荷分级可知，为保证矿井作业安全，相关工作者应重点加强对一级负荷点的安全管理，采用双电源供电模式，将各种安全隐患控制在最小范围内。

3提升矿井供电安全性的技术措施

3.1确保变电所运行合理

实际工作中，变电所是矿井供电系统的重要组成部分，为矿井提供了源源不断的电力支持。为保证矿井供电安全，相关工作者应加强对变电所的运维管理，通常情况下，应保证域外电路系统中，有一条电路处在运行状态下，另一条电路处于备用状态，可随时投入运用。此外，还应保证变电所使用的变压器的容量、型号及台数合格。具体应参照如下方法进行设计：变电所二台变压器同时运行时，单台容量计算公式为，式中，指的是变压器的容量，为考虑变压器、线路损耗、人工补偿的视在容量。为变电所总的有功计算负荷[5]。

3.2科学确定变压器台数

由上文所述不难看出，一级、二级电力负荷是矿井供电安全管理的重难点，对供电安全影响巨大。现行变电所在设计阶段，通常采用了两回路（工作回路与备用回路）分开使用的设计思路，在选用变压器时应充分注意，为确保在一台回路出现故障时，另一台回路仍可正常运行，需采取分列运行方式；选用三台变压器时，可将一台变压器设为备用，以另两台变压器进行分列式运行。相较于传统设计方法，采用三台变压器进行设计，可在一定程度上提升矿井供电安全管理效果，尤其可降低供电中断现象的发生频率，提升变压器负债率，达到矿井供电安全管理的要求。

3.3合理引入供电电源

在矿井供电系统的实际运行中，变压器通常会发生较为严重的损耗，尤其是铁芯与绕组发生损耗的功率较大。通常可将变压器发生的损耗分为有功损耗与无功损耗两种。无功损耗的表达式如下：，式中，为无功功率损耗，为额定负荷情况下，变压器产生的无功功率损耗，为空载时变压器无功功率损耗，为变压器额定负荷率；有功损耗的表达式如下：，式中，为有功功率损耗，为额定负荷情况下，变压器产生的短路损耗，为额定电压时变压器的空载损耗。

因此，在为变电所引入电源时，相关工作者应结合实际情况，仔细计算变压器的有功损耗功率与无功损耗功率，在此基础上，适当增加前者，减少后者。

4矿井供电安全管理策略

4.1建设安全管理制度，督促工作人员落实

机电科是矿井供用电安全管理的主要负责部门，建议相关工作者在实际工作中，对于矿井供用电系统中的各项电气设备，应制定科学合理、切实可行的运行管理制度，以保证矿井供电系统的正常运行。同时还应定期组织工作人员，以预防性试验，检验电气设备的运行质量，确保其性能、安全水平符合标准。

同时，针对变电站管理检修工作，还应制定工作票、操作票管理制度，督促各工作人员，严格遵守供电安全管理的相应规定，完成各项操作。日常工作中，相关技术人员或管理人员应及时签发工作票，同时安全监察部门也应加强对这一行为的监管，督促工作人员持两票进行工作。

除此之外，还应依托安全管理制度，安派专业素质水平高、工作经验丰富、岗位责任意识强的人员，专门负责对各种用电安全防护用品进行存放与管理，强化对存放环境的控制，确保湿度、温度等条件合格，同时还应配置好备用物品，以免安全防护用具出现性能问题。日常工作中，矿井人员应仔细学习与防护用具使用有关的规则，认真遵守安全管理规定进行作业。

4.2加强安全用电法律法规学习培训

为切实提升矿井供用电安全性，建议相关工作者定期组织工作人员，学习与安全用电有关的法律法规。参与矿井作业的人员必须切实依照如上规程的要求，提升自我保护意识，认真、负责地完成各项施工操作，检测好电气设备的性能，同时掌握几种行之有效的故障、电气事故处理方法。

4.3加强继电保护系统的安全管理

继电保护系统在矿井供电安全管理中发挥了重要的作用，当供电系统出现故障时，继电保护装置会第一时间监测到这一情况，同时向管理人员发送警告信号，提示其处理故障。因此为提升供用电安全性，矿企有必要为矿井添设性能完备、质量可靠的继电保护装置，并持续优化其性能，借助该设备，为高压动力设备、控制设备等实施保护。但现阶段看来，矿井作业人员对继电保护系统操作管理规程的掌握并不很理想，在实际工作中，常会做出各种各样的违规行为，因此建议相关工作者加强对继电保护系统运行管理人员的培训，强化其对各种操作知识、操作技能的掌握，确保其能够在实际工作中，认真、负责地执行各项操作，准确诊断故障问题并设计科学的故障處理方案。

4.4加强设备、电缆安装、日常维护工作

4.4.1机电设备及配电柜安装管理

机电设备安装过程中，相关工作者多会使用到两级以上的漏电开关，以三相五线方式进行连接。为提升矿井供用电安全性，建议相关工作者在矿井中，作业人员易接触到的电气设备的外部或金属部位上安装保护接地或保护接零装置，但需注意一个系统不能同时具有如上二种装置，且保护、工作零线之间也应有一定的距离。日常工作中，工作人员若需检查停电线路，应结合如下流程进行操作：先停电、再验电、最后挂接地线，此举的主要目的是避免安全事故发生。配电柜在供电系统中也发挥了重要作用，在安装管理中，相关工作者应采取一定的保护措施，同时还应重点检查电柜内部各电气元件安装得是否牢固，配电柜的环境是否清洁。有必要定期保养、清洁、检查配电柜内的电气元件，确保开关及接点处无出现热变色等现象，各仪表的指数也均正常，同时配电柜周边也无任何杂物、地面平整，且配电柜及各用电设备、固定式配电箱与流动闸箱之间的距离也合适。

4.4.2电缆线路安装管理

相较于地面电缆，矿井电缆的长度更长，因此发生漏电问题的几率也较高，无形中影响矿井供用电安全。为解决如上问题，建议矿企从电缆安装阶段入手，持续提升电缆运行的安全性与稳定性，通过合理布设线路等方式，提升电缆运行质量，杜绝安全隐患的同时提高矿井供电效率、减少电能损耗。现阶段看来，矿企可采取如下三种方法进行电缆布设：首先，分列分段布设。此种布设方法的优势在于可依据矿井不同位置的实际用电量，为其提供强度合适的电能；其次，提升电压等级。此种布设方法的优势是可降低矿井电力损耗；最后，增大电缆截面，此方法的优势在于能够提升供电效率、降低电能损耗。

以下列举一例矿井供电系统，如图1，该系统由中央变电所、水平变电所、采区变电所三部分构成。其中，高低压电网线路由多种接头、电力电缆及支撑件构成，目前，在电缆与电缆芯线连接方面应用较多的方法有连接管压接法、绑扎法，同时工作人员通常会采用接线头、螺栓压接设备与芯线。为电缆线路接头处实施密封、防潮处理，同时也可采用防爆接线盒进行防爆处理。

日常工作中，工作人员应坚持做好矿井线缆检查、管理、维修，避免其发生着火、漏电等一系列的事故，威胁矿井的作业安全。应检查电缆敷设、悬挂、连接是否合适，同时还应采用专业技术，检测电缆的绝缘性能。

4.4.3线路故障及设备检修

线路故障及设备检修是矿井供电安全管理的重要工作，相关工作者应坚持在经过上级部门人员批准的情况下执行此项工作，将各种安全防护工具佩戴到位，严谨、细致地完成各项操作，同时矿企也应安派专人监督其操作；在进行停送电时，应坚持先停负荷侧、先送电源侧，同时若系统处于负载状态，不应进行如上操作。

在完成对线路及设备的检修后，相关工作者应进一步审查整套工作，尤其应检查安全保护措施、接地线等是否拆除，设备是否清洁干净、人员是否撤离等，确认无误后再联系上级部门，为矿井恢复供电。

4.4.4建立供用电安全事故预防方案

建议相关工作者从如下思路出发，建立供用电安全事故预防方案：首先，应定期做好矿井电气设备检查、保养、维修，确保其运行状态正常[6]；其次，检修电气元件的过程中，有必要为手持电动工具把手做好绝缘处理，同时，在检修保养过程中，也应坚持使用频率较低的电气设备，以防把手带电，引发用电安全事故；最后，为避免触电、漏电等事故的发生，应严禁相关工作者将井下配电变压器中性点直接接地，避免电源电压过渡到人体电阻上，威胁作业人员的人身安全。

4.4.5建立矿井供电监测系统

在智能化、自动化转型背景下，矿企可依托各种先进技术，构建矿井供电智能监测系统，以实时、全面地监测矿井供用电情况，将供电事故扼杀在萌芽状态，保障矿井作业安全。该系统至少应具备如下几点功能：远程操作遥测功能、控制功能、报警功能、计算与存储功能、显示功能、密码输入及确认功能、报表与操作票打印功能[7]。其中，远程操作遥测功能的主要作用是控制开关柜分、合闸，调整综保数据值，如过载延时、漏电延时整定、负载电流值等；控制功能又具体包括一键恢复功能、定值分析校验功能、保护定值校验功能等；报警功能主要指的是越限报警与开关变位报警；计算与存储功能的主要作用对象是电网功率总和、电量总和、全天负荷平均值等数据；显示功能的主要作用对象是数据曲线、负荷功率图等图像。矿企可结合如上思路，构建矿井供电监测系统，实现对矿井供电情况的智能化管理，提升供电安全水平。

5结语

综上所述，矿井供电系统具有技术集成性特点，进行安全管理有一定的难度。相关工作者应切实加强对矿井供电安全管理的研究，从技术、制度等多角度出发，提升矿井供电安全水平，加强对供用电安全隐患的排查及消除，将各种供用电安全事故扼杀至萌芽状态，为矿井作业营造更为安全的环境，促进矿企的进一步发展。

参考文献

[1]翟瑞军.煤矿井下机电安全供电技术管理探析[J].石化技术，2020，27（9）：111-112.

[2]郁高会，任立敬，唐述发.提高煤矿供电系统安全可靠性技术研究[J].现代工业经济和信息化，2020，10（7）：140-141.

[3]徐世华.对煤矿供电设备的安全防护与电气保护技术研究[J].电气技术与经济，2020（1）：28-30.

[4] 刘晋強.煤矿安全管理存在的问题及应对措施[J].陕西煤炭，2019，38（5）：193-196.

[5]李育平.矿井开采过程存在的安全管理问题及应对措施分析[J].中国石油和化工标准与质量，2022，42（3）：68-70.

[6]徐梦隆. 基于绝缘参数辨识的矿井漏电保护研究[D].北京：中国矿业大学，2021.

[7]吴君. 矿井高压安全供电智能保障技术研究[D].焦作：河南理工大学，2020.

作者简介：王森（1981—），男，本科，工程师，信息主任，研究方向为安全管理。

顾鹏（1987—），男，本科，工程师，技术员，研究方向为安全管理。

韩波（1980—），男，本科，助理工程师，研究方向为安全管理。