浅谈煤矿电气安全隐患及存在问题

浅谈煤矿电气安全隐患及存在问题

作者：齐海鹏

来源：《科技探索》2014年第02期

摘要：本文对目前煤矿电气安全存在的隐患及存在的问题进行剖析，通过事故、统计数据阐述电气安全可能造成的危害，并针对煤矿电气目前存在的设备局限性、本质安全性、漏电、短路、无功补偿等方面的问题进行了分析。

关键词：煤矿电气安全隐患存在问题

1 煤矿电气安全隐患

电对于现代的煤矿开采技术来说，是首要的先提条件。矿井停电会造成停风、有害气体积聚；停止排水会造成淹井；停止提升，受灾人员不能升井，救灾人员不能下井。而煤矿井下使用电能的最大危害是故障电流危险性，受伤的电缆造成漏电或形成短路，从而造成人身触电或引起电火灾，更甚者是电明火外露，引起瓦斯、煤尘爆炸事故。

1.1瓦斯、煤尘爆炸的主要引爆源

众所周知，煤矿时刻受着水、火、瓦斯的威胁，伤亡事故的发生率比任何工业部门都高。爆炸事故的瓦斯（主要是甲烷）、煤尘一直是煤矿安全生产的大敌，世界各主要产煤国都在为防治瓦斯事故投入巨大的人力、物力、财力，但是重大瓦斯爆炸等恶性事故仍不断发生。通过调查分析，大多数的瓦斯、煤尘爆炸事故的点火源主要还是电气直接或间接引起的。

1.2人身触电事故

在煤矿井下潮湿的环境下，尤其是被采掘机械拖曳的软电缆，最容易受到各种机械损伤，近年来由于坚持使用漏电保护装置，井下交流电网触电死亡事故已明显减少，但尚未彻底杜绝。特别是直流架线电网由于没有漏电保护措施，更容易造成人身触电伤亡事故。

1.3 电机、电缆大量烧损

由于采掘机械经常是在重载的条件下频繁起动，过载、堵转不断发生，继电保护很难与之配合，因此，采掘机械的驱动电动机、电缆经常烧毁。

1.4煤矿井下的外因火灾主要是电火灾

电器设备发热、电缆过负荷发热着火是矿井火灾事故的主要外因，而且电火还是矿井爆炸事故的主要点火源。根据1970年至1981年全国煤矿调查统计，在255次重大爆炸事故中，电火引爆115次，占45%，1983 年至1986年间共发生瓦斯爆炸事故49起，煤尘爆炸事故7起，

其中电气火花引爆24次，占49%；1987年至1988年间共发生瓦斯爆炸事故22起，电火花引爆10起，占45.4%，死亡人数占58%。

2 目前煤矿电气安全方面存在问题

2.1 隔爆型电气开关的防爆局限性

研究与实践表明，只有当短路电弧的存在时间小于10ms时，隔爆外壳才具有充分的防爆性能。但目前传统的矿用电器保护切断时间一般为250ms，少数可达30～80ms。因此，单纯靠隔爆外壳保障电气设备防爆性能，存在着一定的局限性。

2.2 本质安全电路

本质安全电路（简称本安电路）的安全原理在于限制电路在正常状态下和在故障状态下所产生的电火花及热效应均不能引燃爆炸性气体混合物。在本安电路中，由于必须将其切换放电能量限制在安全值以下，故须限制其电流和电压，从而也使其本安输出功率受到了限制。

本安电路为控制电火花，其输出功率是受限制的。几十年来，人们为扩大本安电路的输出功率作了大量的工作。如采用检波器、安全栅、缩短火花的放电时间等措施，使输出功率从几十瓦，扩大到几百瓦，甚至到1kW以上。

2.3 漏电问题

《煤矿安全规程》规定：在煤矿井下低压电网中必须装设漏电或选择性漏电保护装置。目前我国煤矿井下广泛采用多种国产或进口的漏电保护装置。按其工作原理可分为附加直流电源检测型、零序电压型、零序电流型和零序电流方向型的保护原理。由于大多数漏电保护装置都是采用单一原理构成的，因此存在着如下缺点：

（1）通过检测附加直流电源实现漏电保护的装置，动作无选择性。

（2）通过检测零序电压大小实现漏电保护的装置，动作电阻值不稳定，当电网三相绝缘电阻对称下降时，保护拒动，而且在单相漏电时动作无选择性。

（3）通过检测零序电流大小实现漏电保护的装置，尽管在单相漏电时动作有选择性，但动作电阻值不稳定，当电网支路较少时，易产生误动作。

（4）通过测量零序电流方向实现漏电保护的装置，可以利用故障支路和非故障支路的零序电流大小和方向不同区分故障支路和非故障支路，达到选择性保护的目的，但也存在着动作电阻值不稳定，并且需要有足够大的零序电流才能使保护动作。

2.4短路问题

短路保护是保证煤矿井下安全供电的三大保护之一。《煤矿安全规程》第四百五十五条规定，井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上应装设短路、过负荷和漏电保护装置。煤矿井下短路保护必须灵敏可靠，并且为了防止发生短路故障时出现越级跳闸，井下短路保护还须具有选择性。但是，由于上、下级配电线路通常较短，各级母线上的短路电流相差不大，在各级断路器的保护装置中，仅靠提高动作电流来实现速断保护的选择性是不可靠的，经常出现无选择性的越级跳闸，造成大面积的停电。对中型煤炭企业造成严重经济损失。目前解决这一技术难题的方法有三种。

（1）从配电系统接线方式上采取措施。其做法是从煤矿变电所的低压母线上直接配电至末端用电设备，使配电系统的级数降至最少。这样就可使两级短路速断保护的整定值相差较大，从而保证了上、下级速断保护的选择性。

（2）从短路保护的配置上采取措施。其做法是按正常要求采用多级配电系统，在各级线路的保护上采取除最末级线路外，其以上各级线路都装设只有限时短路保护及定时过流保护两种。

（3）从改变短路保护原理上采取措施。其做法是将高压输电系统中的纵联差动保护应用到中、低压配电系统中。它是通过比较线路首末端电流的大小及相位来判断故障点是在保护区内还是在保护区外，从而保证动作的选择性。

2.5 无功自动补偿问题

目前煤矿地面变电所普遍采用在6kV母线装设无功功率补偿装置。大部分煤矿采用固定式静电电容器组进行补偿，有一部分煤矿采用动态无功补偿装置。不管哪一种，都是为了避免被电业部门罚款而装设，其作用仅仅是减少了35kV线路的损耗，对于大范围的6kV线路和低压线路的损耗没有任何补偿，电能损失严重。工作面上的机械设备有很多时间处于空载或轻载状态，移动变电站的低压系统（660V或1140V）的平均功率因数较低，一般在0.7～0.8左右。系统的功率因数偏低将造成以下不良影响：电力系统的传输功率增加；线路电流增大；线路损耗增多；电压降增大，电能质量下降；设备利用率低。这种工作状态将造成能源和物质财富的巨大浪费和系统运行状态的恶化。因此，积极采用无功补偿技术，提高电网功率因数，降低损耗，充分挖掘发供电设备的潜力，能带来显著的节能效果。

参考文献：

[1]张茂坤.煤矿电气安全隐患及存在问题分析[J].山东煤炭科技，2012，06：208+210.

[2]王晓伟，张丹.煤矿电气设备存在的安全问题及解决措施[J].化学工程与装备，2013，04：176-177+180.