煤礦井下機(jī)電設(shè)備安全供電技術(shù)研究摘要：聚焦煤礦井下機(jī)電設(shè)備安全供電技術(shù)，詳細(xì)闡述了煤礦井下供電環(huán)境的特殊性及其對(duì)供電安全的影響。瓦斯與煤塵易引發(fā)爆炸，高濕度致設(shè)備受潮、腐蝕，空間狹窄影響設(shè)備安裝維護(hù)與散熱，負(fù)載波動(dòng)大對(duì)供電穩(wěn)定性要求高。針對(duì)這些問題，深入探討了安全供電技術(shù)措施，包括漏電保護(hù)技術(shù)、過流保護(hù)技術(shù)、接地保護(hù)技術(shù)、提高供電可靠性等，如雙回路供電、配備備用電源、優(yōu)化供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等。此外，還介紹了煤礦井下機(jī)電設(shè)備安全供電技術(shù)的創(chuàng)新，如智能電網(wǎng)技術(shù)、新型防爆電氣設(shè)備、電力電子技術(shù)和新能源技術(shù)的應(yīng)用。這些技術(shù)措施與創(chuàng)新對(duì)確保煤礦井下機(jī)電設(shè)備的安全供電、保障煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。關(guān)鍵詞：煤礦井""機(jī)電設(shè)備""安全供電""風(fēng)險(xiǎn)隱患Research"on"Safe"Power"Supply"Technology"for"Underground"Mechanical"and"Electrical"Equipment"in"Coal"MinesZHENG"JunfengShendong"Coal"Company"Education"and"Training"Center，"National"Energy"Group，"Yulin，"Shaanxi"Province，"719000"ChinaAbstract："This"article"focuses"on"the"safety"power"supply"technology"of"underground"electromechanical"equipment"in"coal"mines，"and"elaborates"in"detail"on"the"special"characteristics"of"the"underground"power"supply"environment"in"coal"mines"and"its"impact"on"power"supply"safety."Gas"and"coal"dust"are"prone"to"explosions，"high"humidity"can"cause"equipment"to"become"damp"and"corroded，"narrow"spaces"can"affect"equipment"installation，"maintenance，"and"heat"dissipation，"and"large"load"fluctuations"require"high"power"supply"stability."In"response"to"these"issues，"in-depth"discussions"have"been"conducted"on"safety"power"supply"technology"measures，"including"leakage"protection"technology，"overcurrent"protection"technology，"grounding"protection"technology，"and"technical"measures"to"improve"power"supply"reliability，"such"as"dual"circuit"power"supply，"equipped"with"backup"power"supply，"and"optimized"power"supply"system"structure."In"addition，"the"innovation"of"safe"power"supply"technology"for"underground"electromechanical"equipment"in"coal"mines"was"also"introduced，"such"as"the"application"of"smart"grid"technology，"new"explosion-proof"electrical"equipment，"power"electronics"technology，"and"new"energy"technology."These"technological"measures"and"innovations"are"of"great"significance"in"ensuring"the"safe"power"supply"of"underground"mechanical"and"electrical"equipment"in"coal"mines"and"safeguarding"coal"mine"safety"production.Key"Words："Coal"mine"well;"Mechanical"and"electrical"equipment;"Safe"power"supply;"Risk"and"hidden"dangers煤炭作為我國(guó)的主要能源之一，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著重要地位。煤礦井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜惡劣，存在瓦斯、煤塵等易燃易爆物質(zhì)，機(jī)電設(shè)備的安全供電至關(guān)重要。一旦發(fā)生供電故障，不僅會(huì)影響生產(chǎn)進(jìn)度，還可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重事故，威脅礦工的生命安全。因此，加強(qiáng)煤礦井下機(jī)電設(shè)備安全供電技術(shù)的研究，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1煤礦井下供電環(huán)境及其對(duì)供電安全的影響1.1瓦斯與煤塵煤礦井下環(huán)境中充滿了瓦斯、煤塵。其中，瓦斯作為一種無色無味、易燃易爆的氣體，甲烷含量非常高。若井下瓦斯?jié)舛冗_(dá)到5%～16%，遇明火很可能產(chǎn)生爆炸，破壞力非常強(qiáng)。礦井下機(jī)電設(shè)備運(yùn)行期間，開關(guān)的開合、電機(jī)啟停都可能出現(xiàn)火花、電弧等，一旦設(shè)備產(chǎn)生火源并且瓦斯?jié)舛冗_(dá)標(biāo)，就會(huì)產(chǎn)生爆炸事故，給礦井、礦工帶來毀滅性傷害。煤塵也具備爆炸風(fēng)險(xiǎn)，一旦空氣中煤塵濃度達(dá)到45～2"000"g/m3，遇到火源就會(huì)產(chǎn)生爆炸，爆炸會(huì)生成高壓、高溫，釋放一氧化碳等有害氣體，嚴(yán)重威脅礦工生命安全[1]。并且煤塵還會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備造成磨損和腐蝕，影響機(jī)電設(shè)備運(yùn)行可靠性。1.2濕度大煤礦井下濕度高，主要是因?yàn)榈叵滤疂B透、礦井通風(fēng)造成的結(jié)果。高濕度環(huán)境會(huì)影響井下機(jī)電設(shè)備運(yùn)行安全。高濕度容易造成機(jī)電設(shè)備受潮，降低其絕緣性能。設(shè)備絕緣材料在濕度環(huán)境下會(huì)吸收水分，導(dǎo)致絕緣電阻降低，增加了漏電風(fēng)險(xiǎn)，不僅會(huì)造成設(shè)備受損，還可能引發(fā)觸電事故，風(fēng)險(xiǎn)很大。同時(shí)，潮濕的環(huán)境會(huì)加速設(shè)備腐蝕，設(shè)備中的大量金屬部件與潮濕的空氣發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生鐵銹等腐蝕物，不僅會(huì)對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行造成影響，還會(huì)造成設(shè)備故障。例如：設(shè)備接線端子被腐蝕造成接觸不良，從而引發(fā)斷路、發(fā)熱等問題。1.3空間狹窄煤礦井巷道空間狹小，增加了機(jī)電設(shè)備安裝、運(yùn)行、維護(hù)的工作難度。由于空間的局限性，設(shè)備間距較小，散熱條件差。設(shè)備運(yùn)行期間會(huì)持續(xù)生熱，如若無法及時(shí)排出熱量，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備溫度持續(xù)升高，對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行造成影響，并且狹窄的空間限制了設(shè)備的體積、重量，大型、高效設(shè)備難以在井下應(yīng)用。同時(shí)，設(shè)備間距過小也增加了故障傳播風(fēng)險(xiǎn)，一旦某臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障，可能會(huì)影響周圍設(shè)備，導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大[2]。1.4負(fù)載波動(dòng)大煤礦井下機(jī)電設(shè)備負(fù)載會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng)，特別是掘進(jìn)、采煤等環(huán)節(jié)，由于工作面上的煤巖硬度、開采進(jìn)度等因素不同，設(shè)備負(fù)載也會(huì)發(fā)生變化。例如：采煤機(jī)在切割硬煤時(shí)，負(fù)載會(huì)增大；而在空轉(zhuǎn)或切割軟煤時(shí)，負(fù)載則會(huì)減小。這種負(fù)載波動(dòng)對(duì)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了很高的要求。如果供電系統(tǒng)不能及時(shí)適應(yīng)負(fù)載的變化，就會(huì)導(dǎo)致電壓和頻率的波動(dòng)，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。嚴(yán)重時(shí)，還可能導(dǎo)致設(shè)備損壞或停機(jī)，影響生產(chǎn)進(jìn)度。2煤礦井下機(jī)電設(shè)備安全供電技術(shù)措施2.1漏電保護(hù)技術(shù)煤礦井下供電安全的重要保障措施之一就是漏電保護(hù)。漏電除了會(huì)導(dǎo)致能源浪費(fèi)，還會(huì)提高人員觸電、電氣火災(zāi)等風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生率。所以，必須要采取有效的漏電保護(hù)技術(shù)確保供電系統(tǒng)安全運(yùn)行。2.1.1設(shè)備方面目前，煤礦井下主流的漏電保護(hù)裝置有附加直流電源式漏電保護(hù)裝置和零序電流式漏電保護(hù)裝置。附加直流電源式漏電保護(hù)裝置是指在電網(wǎng)中增設(shè)一個(gè)直流電源，用于檢測(cè)電網(wǎng)對(duì)地的絕緣電阻。在正常運(yùn)行條件下，電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻很大、直流電流很小。一旦電網(wǎng)發(fā)生漏電問題，則絕緣電阻會(huì)降低，直流電流增大。保護(hù)裝置根據(jù)直流電流變化判斷是否存在漏電情況，一旦發(fā)生故障，立即切斷電源，以免故事擴(kuò)大。該漏電保護(hù)裝置具有靈敏度高、動(dòng)作可靠，但需要單獨(dú)設(shè)置直流電源，增加了設(shè)備的復(fù)雜度和成本。零序電流式漏電保護(hù)裝置是指借助電網(wǎng)中零序電流變化判斷是否存在漏電故障。正常運(yùn)行條件下，電網(wǎng)中的零序電流很小，一旦發(fā)生漏電事故，零序電流會(huì)明顯增加。保護(hù)裝置通過檢測(cè)零序電流大小、變化趨勢(shì)即可判斷是否存在漏電問題，并及時(shí)采取有效措施。零序電流式漏電保護(hù)裝置具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，但靈敏度相對(duì)較低，容易受到電網(wǎng)分布電容等因素的影響[3]。2.1.2技術(shù)方面采用漏電保護(hù)的選擇性技術(shù)提高漏電保護(hù)可靠性，該技術(shù)可對(duì)不同區(qū)域漏電保護(hù)裝置進(jìn)行科學(xué)配置與整定，即便發(fā)生了漏電事故，也只有故障區(qū)域的保護(hù)裝置動(dòng)作，不會(huì)影響其他區(qū)域的正常供電。選擇性漏電保護(hù)技術(shù)可以有效縮小停電范圍，提高供電系統(tǒng)的可靠性，避免因漏電故障造成煤礦生產(chǎn)損失。2.2過流保護(hù)技術(shù)過流保護(hù)技術(shù)可以防止電氣設(shè)備電流過大而受損的技術(shù)方法。在煤礦井下供電系統(tǒng)中，過載、短路、電機(jī)啟動(dòng)電流過大等原因?qū)е码娏鞒鲱~定值。例如：不采取有效保護(hù)措施，會(huì)致使設(shè)備持續(xù)發(fā)熱、燒毀，增加火災(zāi)事故發(fā)生率。煤礦井下常用的過流保護(hù)裝置主要有熔斷器、過流繼電器、電子保護(hù)器等。熔斷器是一類較為簡(jiǎn)單、有效的過流保護(hù)裝置，可以通過熔體熔斷的方式切斷電路。一旦電路的實(shí)際電流超過熔斷器額定電流，則熔體受熱熔斷，實(shí)現(xiàn)電路切斷，確保設(shè)備安全。熔斷器具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便等優(yōu)勢(shì)，但動(dòng)作精度更低，并且熔斷后需要換新熔體，運(yùn)維工作量較大[4]。過流繼電器主要根據(jù)電流量大小而動(dòng)作的保護(hù)裝置，通常與接觸器等電氣設(shè)備配合應(yīng)用，一旦電路電流超過過流繼電器的設(shè)定閾值，則繼電器觸點(diǎn)會(huì)自動(dòng)動(dòng)作，通過控制電路切斷接觸器線圈電源，接觸器會(huì)斷開主電路，從而實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)功能。過流繼電器具有可靠性高、動(dòng)作精度高等優(yōu)勢(shì)，但要搭配其他電氣設(shè)備應(yīng)用，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性提升。電子保護(hù)器是借助電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)的新型保護(hù)裝置，具有保護(hù)性強(qiáng)、動(dòng)作迅速、智能化控制等優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)今煤礦井下過流保護(hù)的主要方式。電子保護(hù)器可以對(duì)電路電流實(shí)時(shí)監(jiān)控，結(jié)合預(yù)設(shè)保護(hù)算法判斷處理。一旦電流超過閾值，則電子保護(hù)器快速發(fā)送跳閘信號(hào)將電路切斷，保護(hù)設(shè)備安全。電子保護(hù)器還可以記錄過流故障發(fā)生時(shí)間、電流大小等參數(shù)，為后續(xù)故障分析、處理提供數(shù)據(jù)支持。2.3接地保護(hù)技術(shù)煤礦井下供電系統(tǒng)必須要做好接地保護(hù)工作，良好的接地可以有效將電氣設(shè)備的金屬外殼與接地裝置連接起來，一旦設(shè)備漏電或相線碰殼，可以有效將電流導(dǎo)入大地，降低設(shè)備外殼電位，避免發(fā)生觸電事故。煤礦井下接地保護(hù)系統(tǒng)包括接地極、接地線、接地母線等組成。接地極作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要降低埋設(shè)在礦井水倉或其他潮濕區(qū)域，確保接地電阻達(dá)標(biāo)；接地線用于連接設(shè)備金屬外殼、接地極，要求接地線應(yīng)具備足夠的截面積和良好的導(dǎo)電性；接地母線則是被用于連接各個(gè)接地極，從而形成完成的接地網(wǎng)絡(luò)[5]。為了確保接地保護(hù)的可靠性，需要定期對(duì)接地裝置開展測(cè)試和檢查。定期測(cè)量接地電阻，確保其數(shù)值達(dá)標(biāo)。一旦發(fā)現(xiàn)不達(dá)標(biāo)的接地裝置，需要及時(shí)進(jìn)行整改、處理。2.4其他技術(shù)2.4.1雙回路供電雙回路供電可以有效提高煤礦井下供電可靠性，在供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用2條獨(dú)立供電線路，即便一條線路出現(xiàn)故障問題，則可以立即切換另一條備用線路繼續(xù)供電，以免耽誤井下生產(chǎn)、造成風(fēng)險(xiǎn)。雙回路供電線路應(yīng)來自不同的變電站或母線段，并且線路不得接入任何負(fù)荷，以保障供電的獨(dú)立性和安全性[6]。2.4.2配備備用電源通風(fēng)機(jī)、排水泵等重要井下設(shè)備應(yīng)配備備用電源。備用電源可以采用蓄電池組、柴油發(fā)電機(jī)組等。一旦供電電源故障，則可以自動(dòng)投切換為備用電源，以保障機(jī)電設(shè)備連續(xù)供電，確保礦井內(nèi)通風(fēng)裝置、排水裝置等的正常運(yùn)行。2.4.3優(yōu)化供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理優(yōu)化煤礦井下供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，可以提高供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。例如：采用分區(qū)供電方式，將井下供電區(qū)域劃分為若干個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域設(shè)置獨(dú)立的變電所，減少供電線路的長(zhǎng)度和電壓損失，提高供電質(zhì)量。同時(shí)，還可以采用環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)某一段供電線路發(fā)生故障時(shí)，可以通過其他線路實(shí)現(xiàn)供電，提高供電的靈活性和可靠性。綜上所述，煤礦井下機(jī)電設(shè)備的安全供電是保障煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這就需要合理應(yīng)用機(jī)電設(shè)備安全供電技術(shù)，從而有效地提高煤礦井下機(jī)電設(shè)備供電的安全性和可靠性，為煤礦的安全生產(chǎn)提供有力保障。然而，隨著煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，井下機(jī)電設(shè)備的種類和數(shù)量不斷增加，對(duì)供電安全的要求也越來越高。因此，需要不斷地加強(qiáng)對(duì)煤礦井下機(jī)電設(shè)備安全供電技術(shù)的研究和創(chuàng)新，探索更加先進(jìn)、可靠的供電技術(shù)和管理方法，以適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)的需要。[1]"吳含軍.煤礦供配電系統(tǒng)的安全供電研究[J].中國(guó)科技期