矿井供电交流材料模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇矿井供电交流材料，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

煤矿井下空气比较潮湿,电气设备和电缆的绝缘容易受潮,再加上井下空间相对狭窄,掩饰（煤块）垮落和矿车掉道时有发生,电气设备和电缆的绝缘也易遭到机械损伤,因而发生漏电和触电的可能性远比地面大。漏电的存在不仅会增加触电的危险,而且是引起井下沼气煤尘爆炸、提前引爆电雷管以及酿成井下电火灾的重要原因之一。由此可见,为确保煤矿安全生产,对井下的触电和漏电,必须有完善的防护措施。

1、煤矿井下电网漏电的原因

煤矿井下漏电主要是交流电网漏电和直流杂散电流,此两种漏电造成的危害最大。

1.1 交流漏电的原因

井下产生交流漏电的根本原因是由于电网绝缘电阻降低所造成的,具体来说主要有以下几个方面的原因:

(1)对电气设备、电缆的检查维护部及时,使用操作不当。1)电缆在井下被砸,过分弯曲而使电缆外皮出现裂隙。2)开关、电动机受潮或进水,而使绝缘降低。3)设备、电缆不能定期升井检修干燥,常年在井下使用使绝缘降低。

(2)电气设备、电缆选择不合适,造成长期过负荷而发热使绝缘下降。

(3)两台变压器并联,电缆线路长度太长,开关、电动机等设备台数很多也会使绝缘电阻下降。

1.2 直流杂散电流的产生的原因

煤矿井下杂散电流分为直流和交流两种,但以直流杂散电流较严重。直流杂散电流主要是由电机车的牵引网络所致。

在电机车牵引网路中,轨道是作为回电的导电体,处负荷状态。即电流时通过牵引变流所得正极,流向架空线,经电机车流向轨道,返回牵引变流所的负极,构成牵引网路的供电回路。因为轨道与大地是接触的,轨道之间也有接头间隙、井下的路基及空气较为潮湿,所以总有一部分电流流向巷道的四面八方。而管路和电缆与大地也不是绝对的绝缘。所以它们就构成了牵引网路外的导电体,也经管线和电缆返回牵引变流所的负极,即整个井下大巷是一个空间电流场,这些经管路、电缆外皮及大地流回牵引变流所的电流即为杂散电流。

2、漏电的危害

电网漏电又分为集中性漏电和分散性漏电。集中性漏电,是指在变压器中性点不接地的电网中,由于电网某处（或某点）的绝缘损伤而发生的漏电。分散性漏电则是由于整条线路或整个电网的绝缘水平降低,而沿整条线路或整个电网发生的漏电。无论是集中性漏电或是分散性漏电,漏电电流增大,都会增加人身触电和引起沼气煤尘燃烧爆炸的危险。长期漏电,会使绝缘发热、老化,进而扩大成两相短路。此外,漏电发生在爆破作业的工作面附近,由于漏电电流在它通过的路径上要产生电压降,漏电电流越大,电压降也越大,因而当电雷管两端的引爆线不慎与漏电电路上具有一定电位差的两点相接触时,就可能造成电雷管先期爆炸事故。因为井下漏电具有以上各项危害,所以煤矿井下必须要有漏电保护。简单地分为以下几种:

(1)人身触电。当电气设备的外壳受到损坏而不能产生绝缘作用时,而工作人员又接触此外壳时,就可能发生人身触电事故。此时入地电流的一部分将从人体流过,其数值达到一定程度就会给造成工作人员带来伤害,甚至威胁他们的生命。

(2)引起短路事故。据有关部门统计,约有30%的单相接地故障发生为短路,从而造成更大的电气故障。

(3)引爆电雷管。漏电电流在其通过的路径上会产生电位差,如果电雷管两端引线不慎与漏电回路上具有一定电位差的两点相接触,就可能引爆电雷管,发生爆炸事故。

(4)引起瓦斯及煤尘爆炸。我国大部分煤矿都有瓦斯和煤尘爆炸的危险,当井下空气中瓦斯或煤尘达到爆炸浓度且有能量达到或超过0.28mj的点火源时,就会发生瓦斯或煤尘爆炸。

(5)引起火灾。长期存在的漏电电流,尤其是两相经过渡电阻接地的漏电电流,在通过设备绝缘损坏处时将散发出大量的热,使绝缘进一步损坏,甚至使可燃性材料(如非阻燃性套电缆)着火燃烧。

3、预防漏电的措施

(1)加强煤矿井下电气设备的管理和维护,工作人员应定期对电气备进行检查和试验,性能不达标的立即给予更换。确保设备的达标率为100%。

(2)将带电导体、电缆接头和电气元件等,都封闭在坚固的外壳内。在电气设备的外壳与盖子间设置可靠的机械闭锁装置,采取这一措施能有效地防止因带电检修造成的人身触电事故。

(3)对于那些不能封闭在外壳内的带电裸导体,如电机车用的架空导线应按照《煤矿安全规程》第三百六五十条规定:应将其安装在一定的高度,以避免人身接触可能。

(4)加强手持式电动工具把手的绝缘。这类把手在正常时本来是不带电的,但是当带电部分的绝缘损坏时,手便有可能带电而引起触电事故。因此必须在把手上再加一层绝缘套,以形成双重保护。

(5)对人员接触机会较多的电气设备,采用较低的额定电压。例如手持式电钻、 照明设备及信号装置等的额定电压不得超过127V,而井下各种电气控制回路的额定电压则限制在12～42V安全电压内。

(6)井下配电变压器的中性点禁止直接接地,以减小漏电或触电电流。井下若采用中性点直接接地的供电系统,则发生漏电或人身触电的情况就有所不同,此时,漏电或触电电流入地后就直接经过接地极回到变压器的中性点。由于接地极的电阻很小(数欧姆),使得电源相电压几乎全部加在漏电过渡电阻或人体电阻上,危险性极大。

4、结语

总之,煤矿井下电网一旦发生漏电,将会给煤矿带来极大地灾害,必须认清漏电产生的危害,并熟练掌握相关的预防措施,坚持不懈地用用漏电保护装置,以确保井下用电的安全,从而促进煤矿健康、安全、和谐、持续发展。

参考文献

篇2

中图分类号:TD611 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0091-01

北联电能源公司高头窑矿井设有地面35kV主变电所一座,承担矿井全部供电负荷。由于矿井目前为单回路供电,设计采用柴油发电机作为矿井的应急供电电源。

1 使用环境条件

(1)安装场所:简易彩板房。(2)海拔高度:1300m。(3)环境温度:上限+35℃,下限-20℃(室内)。(4)相对湿度:日平均值不大于95%,月平均值不大于90%。(5)地震烈度不超过8度。(6)没有火灾、爆炸危险、严重污秽、化学腐蚀及剧烈震动的场所。

2 设备选型计算

2.1 高头窑煤矿应急供电负荷

总负荷为1387kW,其中主排水及通风设备为一级负荷,工作面排水设备为二级负荷,地面生活用电为三级负荷,供电时可根据发电设备的状况逐级加减负荷。

2.2 发电机设备选取

根据负荷统计表的情况,选取3台380V、500kW柴油发电机与1台380V、800 kW柴油发电机并网运行,运行方式为三用一备。柴油发电机发出的380V电压经升压变压器升压至10kV后,输入高头窑35kV变电所10kV母线侧,运行方式为4台发电机同时并网运行。

发电机总功率计算,3台原有发电机已进行过大修,经实际使用测量现有效率为60%左右,800kW新发电机的效率为90%,3台发电机功率计算:

800×90%+500×3×60%=1620kW

满足应急设备运行需求。

3 发电设备技术要求

3.1 柴油发电机技术要求

(1)柴油发电机必须能与煤矿现有3台HX500GF型发电机可靠并网运行。(2)柴油发动机采用重庆康明斯柴油发动机,型号:KTAA19-G6A。四冲程,带废气涡轮增压,电调式柴油引擎。自带风扇水箱闭式水冷散热,采用电子调速器调速,喷油方式直喷式。(3)交流发电机厂采用中美合资马拉松交流发电机,型号:MP-800-4A/S。

3.2 箱式变电站技术要求

4台并网柜、升压变压器共同组成1台箱式变电站,为煤矿提供10kV电源。

3.2.1 并网柜技术要求

(1)4台并网柜能实现煤矿原有的3台380V、500kW发电机组与新采购的1台380V、800kW发电机组可靠并网运行。并网柜为下电缆进线,上铜母排出线。(2)并网柜可实现手动、自动并联,可实现发电机组的自动开机/停机、数据测量、报警保护及“三遥”功能。控制器采用大屏幕液晶(LCD)显示,可选择中英文操作界面,保证操作简单,运行可靠。控制器应具有控制GOV和AVR的功能,可以自动同步及负荷均分,和发电机组进行并联。控制器能准确监测发电机组的各种工作状态,当发电机组工作异常时自动关闭发电机组,并将故障状态显示在LCD上。(3)可以检测所有发电机组相关的电参量及非电参量。(4)在自动状态下具有以下工作模式:不带载运行,带载运行,按需求并联运行。(5)具有解列时负载转移功能。(6)具有定时带载/不带载试机功能,可实现每周/月循环开机/停机。(7)运行过程中机组控制器实时监控柴油机及发电机的运行工况:当发生输出电压过高或过低、输出短路、及柴油机机油压力偏低、冷却水高温、超速故障时立即报警停机(所有故障显示均自动锁定)。停机的同时立即启动备用机组,并切换至备用机组供电。(8)对柴油发电机组的电参量及水温、油压、油位等实时监测。(9)实现柴油发电机组自动开机/停机、同步并联、负荷均分及报警保护功能。(10)具有机组保养/维护时间到警告/停机功能。(11)保证输出电压、工频波动在允许范围内,能实现人工启动、自动并机、自动负荷分配。(12)并机柜配置有隔离开关、断路器,其额定电流及电压符合发电机的相应要求。

3.2.2 升压变压器的技术要求

(1)变压器应符合的标准:IEC。

(2)变压器名称:环氧树脂浇注绝缘干式三相双绕组无励磁变压器。

(3)型号:SCB10-2500/10 10.5±2×2.5％/0.4kV 2500kVA。

(4)额定频率:50Hz。

(5)额定容量:2500kVA。

(6)额定电压比:0.4kV/10.5±2×2.5%。

(7)系统最高运行电压:

高压侧:10.5kV:12kV；

低压侧:0.4kV:0.42kV。

(8)变压器损耗保证值:

空载损耗:≤3050W；

负载损耗:≤14450W(120℃)。

(9)调压方式:10kV侧中性点无励磁调压。

(10)调压范围:10.5±2×2.5％。

(11)阻抗电压:6％。

(12)联结组标号:D,yn11。

(13)中性点运行方式:10kV为不接地系统。

(14)冷却方式:AN/AF。

(15)绝缘方式:环氧树脂浇注绝缘。

(16)绝缘水平:F级绝缘。

(17)绕组材料:铜。

(18)铁芯材料:优质冷轧硅片。

(19)安装形式:

变压器带外柜体,低压侧母排进线,高压侧电缆出线,(与低压柜平行布置),上进下出。

(20)外罩防护等级:IP20,采用优质钢材制作,并做防腐处理。

(21)变压器本体应设温度控制器,测量变压器绕组温度并进行显示,温控器设有通讯接口满足与变电所综合自动化系统通讯,采用485接口。每台变压器外罩安装低噪声风机,配合温度控制器实现自动和手动开启。

(22)变压器外罩门应设机械闭锁

3.2.3 其它技术要求

(1)箱式变电站4台并网柜与升压变压器共用400V母线排,母线排采用铜板,其截面积及载流量应符合4台发电机同时运行的要求。(2)整体箱式变电站具备完善五防功能。(3)箱式变电站箱体具有防雨、防晒、防锈及通风散热等功能。各室考虑温度自动控制装置。保温层彩钢板厚度不小于2mm,彩钢板之间的保温层厚度不小于120mm。

综上所述:为了解决矿井单回路供电,拟采用柴油发电机作为矿井的应急供电电源,从技术要求、运行方式及容量等各方面能满足矿井通风及排水等功能,从安全方面也保证了矿井的应急措施。

参考文献

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随着煤矿生产水平的提高，电力就成了主要生产能源。合理供电、安全生产、经济运行，已成为煤矿高产高效的重要课题。

1 矿山企业供电的重要性及基本要求

电力是矿山生产的主要能源。对矿山进行可靠、安全、经济的供电，对提高经济效益及保证安全生产等方面都有十分重要的意义。因此.矿山企业对供电提出以下基本要求：

1.1 供电可靠

供电可靠就是要求供电不间断。在矿山企业中，各种电力负荷对供电可靠性的要求是不同的。

1.1.1 一类负荷

凡因突然中断供电.可能造成人身伤亡事故或重大设备损坏.给国民经济造成重大损失的或在政治上产生不良影响的负荷.均属一类负荷 如矿井的主通风设备一旦停电.可能导致瓦斯爆炸及井下人身伤亡等重大事故 一类负荷中影响人身与设备安全的负荷又叫保安负荷 对一类负荷应由两个独立电源供电：对有特殊要求的一类负荷，两个独立电源应来自不同地点.以保证供电的绝对可靠。

1.1.2 二类负荷

凡因突然停电.造成大量减产或生产大量废品的负荷。如矿井集中提煤设备、空压机及采区变电所等。

1.1.3 三类负荷

三类负荷是指除一类、二类负荷外的其他负荷，如矿山企业的附属车场。对三类负荷供电一般采用单回路供电方式，不考虑备用电源，根据需要各负荷还可用一条输电线路 对电力负荷分类的目的是为了便于合理地供电。在供电系统运行，确保一类负荷的供电不间断；保证二类负荷的用电：而对三类负荷则更多地考虑供电的经济性。

1.2 供电安全

供电安全就是在电能的分配、供应和使用过程中，不应发生人身触电事故和设备事故，也不致引起电火灾和爆炸事故。尤其是矿井井下，工作环境特殊，特别容易发生上述事故。因此，必须严格按照《煤矿安全规程》的有关规定执行.确保安全供电。煤矿安全供电的三大任务是防爆、防火、防触电。

1.3 供电质量

用电设备在额定参数下运行时胜能最好。因此，要向用户供应质量合格的电能.其电压和频率必须稳定。对于额定频率为50Hz的交流电.其频率偏差不允许超过一50～+50Hz。供电频率由发电厂保证，用电企业无法改变。

1.4 供电经济

供电的经济性一般考虑三个方面：尽量降低企业变电所与电网的基本建设投资：尽可能降低设备、材料及有色金属的消耗量；尽量降低供电系统的电能损耗及维护费用。

2 控制煤矿供电事故的对策

2.1 构建合理的电网结构

合理的电网结构是电网安全稳定运行的基础。对煤矿而言.不但要求电网精干、高效而且电源要求可靠.设计采用双电源、双回路供电是提高可靠性、减少供电事故发生的最有效的措施之一。

为此应做到以下几点：矿井应有两路独立电源线路，当任何一回路发生故障时，另一回路应能担负矿井全部负荷。矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷：对于井下各水平中央变电所、带掘进工作面局部扇风机的采区变电所。带主排水泵房和下山开采的采区泵房供电线路不少于两回路；对主要通风机、提人绞车、瓦斯抽放泵等重要一类设备必须有专用双回路。其辅助设备及控制回路与主设备有同等可靠的双电源；及时调整采区供电系统，对系统进行简化优化。减少过渡环节和冗余线路.杜绝迂回供电线路；适当增大线路截面，打通系统瓶颈、阻滞环节。提高供电能力；变电所和配电点的设置应遵循靠近负荷中心设计原则.压缩无人职守变电所的数量.尽可能缩小电网调度操作半径。

2.2 确定合理的电网运行方式

建立合理的网络结构后.正确统一安排系统运行方式非常重要。其原则是：一要可靠。二要经济。可靠是前提，经济是目的。要注意以下几点：对放射式双回路要求采用分列运行方式，对环网供电则要求采用开环运行方式。防止系统事故时影响两路电源，造成事故范围扩大化；要强化对运行方式的调度管理，变电所母线联络开关的分合闸状态，要始终处于调度监控之中。大型设备应经过网络解算，以减少损耗。实现经济运行：对于环形网络应考虑系统最大负荷要求，是否利于继电保护设置和满足整定要求，是否便于调度管理。

3 增加投入提高电网装备水平

井下采掘工作面的电气设备随采掘设备的更新也在逐步更新.但有相当一部分矿井井下电气设备非常落后，甚至不符合现行《煤矿安全规程》要求。高隐患非安全型或是高耗能型应淘汰的设备，挂网运行后将直接影响供电系统安全可靠和经济运行。因此必须下大力气加大投入，更新改造或淘汰此类设备。

4 加强影响电网可靠性的灾害防治

加强对风、雨、雪、雷电、洪水、地震等灾害的预报，做好防范措施，特别要提高供电系统抗雷击和内外过电压能力：电容电流对矿井电网危害较大，矿井定期测试电容电流，及时采取限制措施，进行补偿；定期检测矿井电网谐波.严格控制谐波源设备入网.网络谐波超标时及时进行消谐处理.确保系统安全：针对煤矿井下的特殊环境和地面人文环境.采取对应措施和管理办法.加强和地方用电管理部门的沟通.协调处理矛盾.及时消除安全隐患

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中图分类号：F842 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0056-01

1 矿井供电系统的分类和等级划分

1.1 供电系统的分类 在满足电力用户对供电可靠性要求的同时，又照顾供电的经济性，这是合理的供电原则之一。无论在国民经济中还是煤矿企业中，不同的用电户对供电的可靠性要求不完全相同，因此通常将它们分为三类：一类负荷、二类负荷、三类负荷。

一类负荷：凡因突然中断供电会导致人身伤亡事故，或损坏重要设备且难以修复，或给国民经济带来很大损失者，均属于这一类。显然煤矿属于一类负荷。煤矿中的通风、排水、升降人员、抽放瓦斯、医院等也都属于一类负荷，又称保安负荷。因此是煤矿中最重要的用户，要求供电绝对可靠。为此，对这类用户的供电，必须设有备用电源和备用供电线路。

二类负荷：凡因突然中断供电会造成大量减产者。如煤矿中专门用于提升煤和物料的提升设备、压风机、井底车场、采区变电所等。

三类负荷：凡因突然中断供电对生产没有直接影响者。

1.2 供电电压等级的划分 目前，煤矿井下采用交流电电压等级有：6000V、1140V、660V、380V、127V、36V。

6000V―为矿区内高压配电电压或动力电压。

660V―为井下低压配电电压或动力电压。

1140V―为采煤机的专用电压。

127V―为井下照明、手持式电钻的电压。

36V―为控制电压，也叫安全电压。

直流电压有：250V或550V为井下架线电机车的电压。

2 井下电气设备的三大保护

2.1 过电流保护 过电流简称过流。凡是流过电气设备和电缆的电流超过了它们的额定电流。

电气设备和电缆出现过流后，一般会引起它们过流，严重时会将它烧毁，甚至引起电火灾和井下瓦斯、煤尘的爆炸。由此可见，电气设备和电缆的过流是一种不正常状态。井下常见的过流故障为短路、过负荷、断相三种。

2.1.1 短路 短路是指电流不经过负载，而是经过电阻很小的导体直接形成回路，其特点是电流很大，可达到额定电流的几倍、十几倍、几十倍，甚至更大。因为电流很大，发热剧烈，如不及时切除，不仅会迅速烧毁电气设备和电缆，甚至引起绝缘油和电缆着火酿成火灾，还会引起瓦斯、煤尘爆炸。

2.1.2 过负荷（过载） 过负荷不仅是指它们的电流超过了额定数值，而且过电流的延续时间也超过了允许的时间。

电气设备和电缆过流后，绝缘绕组和绝缘导体的电流密度增加，发热加剧。如果过流的延续时间很短，不超过允许的时间，电气设备和电缆的温度不会超过它们所用绝缘材料的最高允许温度，因而不会被烧毁，允许继续运行，这种情况称为允许的过载。但是，如果延续时间超过了允许的时间，电气设备和电缆的温度将升高到足以损坏它们的绝缘，如不及时切断电源，将会发展成漏电和短路故障，因此也要加以预防和保护。

引起电缆和电气设备过负荷的原因，主要有两个方面：一是电气设备和电缆的容量选择过小。另一个是对生产机械的错误操作，此外，电机的端电压过低或电机堵转时，将长期通过电机的启动电流，因而是最严重的过负荷。

2.2 漏电保护 电网的漏电又分为集中性和分散性漏电。集中性漏电是指在变压器中性点不接地的电网中，由于某处（或某点）的绝缘损伤而发生的漏电。分散性漏电则是由于整个电网或整条线路的绝缘水平降低，而沿整条线路或整个电网发生的漏电。

漏电的危害：①增加人身触电的危险；②增加引起瓦斯、煤尘爆炸的危险；③可能造成电雷管先期爆炸事故；④可能引起电火灾；

漏电保护的类型有漏电闭锁和漏电跳闸两种。

所谓漏电闭锁，是指在开关合闸之前对电网的绝缘电阻进行检测，如果电网的对地绝缘电阻值低于规定的漏电闭锁动作电阻值，则使开关不能合闸，起闭锁作用。其多装在用于直接控制和保护电机的磁力起动器上。漏电跳闸保护通常是由检漏保护装置配合自动开关来实现。

2.3 保护接地 保护接地就是把电气设备的金属外壳和框架，用导线与埋在地下的接地极连接起来的一种保护措施。转贴于 233网校论文中心 http：//

2.3.1 保护接地的作用：主要起着分流的作用，可以减少通过人体的电流和产生电火花的能量，从而避免人身触电事故和瓦斯、煤尘爆炸事故的发生。

2.3.2 保护接地网 从保护接地的原理可以得知，保护接地装置的保护作用是否可靠，关键在于是否能将它的电阻值降低到规定的范围以内。我们通常把单个电气设备的接地极称为局部接地极。在安装时也要采取一些措施来降低接地极的电阻。但仍往往降低不到需要的数值，使它满足规定的要求。因此为可靠地预防人身触电和瓦斯、煤尘爆炸事故的发生，对井下电气设备要求建立保护接地网。

2.3.3接地保护研究

电气接地本身是一个大概念，按其作用分为电气功能性接地和电气保护性接地两大类。电气功能性接地是保证系统能够成立.设备能够正常运行所必须的，例如变压器中性点接地.电子设备专用工作接地等。电气保护性接地是保证系统和设备运行安全及保证相关人员与财产安全，如防雷接地.用电设备正常不带电金属部分接地.架空线N线重复接地等。在保护性接地概念中，用电设备可以分为接零和接地两种保护性接地形式。有些现场施工人员对于接地（接零）和辅助等电位联结的概念容易混淆，其实两者并不是一个概念。

保护接地（接零）的范围是：①变压器.电动机及电器；②电力设备的传动装置；③室内.室外配电装置的金属构架.钢筋混凝土构架的钢筋及靠近带电部分的金属围栏等；④配电装置与控制装置的框架；⑤电缆的金属外皮及电缆接线盒.终端盒；⑥电力线路的金属保护管.各种金属接线盒（如开关.插座等金属接线盒）.敷线的钢索及起重运输设备的轨道；⑦在非沥青地面场所的小接地短路电流系统架空电力线路的金属杆塔；⑧安装在电力线路杆塔上的开关.电容器等电力设备及其支架等。

3、结束语

煤矿井下是一个特殊的工作环境，有易燃、易爆可燃性气体和腐蚀性气体，潮湿、淋水、矿尘大、电网电压波动大、空间狭小、机电设备启动频繁等，因此，对煤矿进行可靠、安全、经济、合理的供电，对提高煤矿经济效益和保证安全生产方面有着十分重要的意义。作者简介：石金森，男，39岁，大专学历矿山机电专业，现在龙煤集团鹤岗分公司益新煤矿机电科任主任工程师，主要从事矿井高压供电及井下采掘区低压供电方面的技术管理工作，工作期间主要参与了新一变电所搬迁期间益新矿高压供电线路调整改造工程，新副井高、低压配电室安装工程，益新矿北部配电所低压配电室的安装工程，益新矿C扩主扇热风炉供电系统改造工程，中部广场辅助电缆桥架设计安装等工程，通过各项工作的开展，在矿井安全、高效供电方面积累一定的经验。

参考文献

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1.保护接地的必要性

在煤矿井下总接地电网是高、低压电气设备共用的高压电网的单相接地电流远大于低压电网，因此，井下总接地网电阻主要取决于高压电网的单相接地电流。但在中性点不接地系统中，此电流又与高压电网对地电容有关，电网愈大(包括电缆、架空线路)，电容就愈大。若此电容大至使单相接地电流超过20A（《煤矿安全规程》规定此电流应不大于20A)，则将超过人身允许的最大接触电压 40V（《煤矿安全规程》规定接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2Ω，每一移动式和手持式电气设备至局部接地极之间的保护接地用的电缆芯线和接地连接导线的电阻值，不得超过1Ω。)，将威胁到人身安全。为此，应根据单相电流的大小，适当降低总接地网的电阻值；或采用其它措施以减小电网对地的电容电流。目前常用中性点经消弧圈接地方式来补偿电网对地的电容电流。

2.接地保护的电阻计算

2.1 单根垂直接地体的接地电阻

单根垂直接地体的接地电阻的理论计算公式：

R=0.366 Lg ， (1)

式中，R 为接地体接地电阻，Ω；L 为接地体长度，m；ρ 为土壤电阻率，Ω；d 为接地体的外径或等效外径，m。常用的简化公式有：

R≈0.3ρ (2)

R≈ρ/L (3)

式中的符号含义同前。

在实际工程中，接地体的材料有角钢、圆钢和钢管三种，(2)式、(3)分别简化为：

2.1.1 角钢接地体

取 L=2.5，规格 40mm ×40mm ×4mm ，即宽b=40mm ，等效为 0.84b=0.0336m ，代入式(1)计算可得：R=0.36ρ，或 R=0.91ρ/L。

2.1.2 圆钢接地体

取 L=2.5m ，d=0.025m ，代入式(1)计算可得：R=0.38ρ，或 R=0.95ρ/L2.1.3 管体接地。取 L=2.5，d=0.6m ，代入(1)式可得：R=0.32ρ 或 R=0.81ρ/L。

为切实保证接地装置接地电阻的要求，接地电阻计算值宁可适当偏大而不宜偏小。如果接地电阻计算偏小，则设计出来的接地装置可能达不到限定的接地电阻值要求。建议单根垂直接地体的电阻简化计算公式采用式(2)。

2.2 单根水平接地体的电阻计算

单根水平接地体接地电阻的理论计算公式为：

R=0.366 Lg，(4)

式中，h为水平接地体埋地深度，其它符号的含义同前。

在工程中，常用的简化计算公式也有两个：

R≈0.03ρ (5)

R≈2ρ/L (6)

2.3主接地极的接地电阻计算

主接地极的接地电阻可按下式计算：

R=0.25ρ/A (7)

式中，A 为钢板的面积，m2；其它符号的含义同前。

3.井下低压系统中接地保护应注意的问题

3.1 矿山企业工作环境差，用电设备由于生产需要经常移动，对地电位时有变化。有些矿山企业不仅有使用交流电源的生产设备，而且还有使用直流电源的生产设备。因此，解决好矿山设备的保护接地问题是非常必要的。

3.2 目前矿山企业的供配电系统，多是中性点不接地系统。在该系统下出现的单相短路电流，与整个电网(高、低压电网)- 特别是高压电网对地电容有关，即与电容电流相等。电网愈大电容电流就愈大。为减少系统的电容电流，常采用中性点经消弧线圈接地的方式。

3.3 单根垂直接地体或水平接地体的接地电阻值计算，工程设计中使用简化计算公式时，应采用计算值偏大的计算公式。

3.4 井下低压中性点不接地系统中，除了设置接地保护装置外，还应在配电系统中加设漏电断路器，才能真正做到保护人身安全，消除单相接地事故隐患。

中性点不接地系统的单相接地电流，主要是电网对地电容的电流。由于井下单台变压器容量有限，低压电网的供电范围不大，电容电流较小(不足 1A)。配合井下保护接地电阻不大于 2Ω，接触电压远低于安全值。而这个“安全值”往往使人们产生麻痹大意，单相接地故障实际未得到排除，也就是说，接地保护装置的设置，仅仅是解决了(电流小时)人身安全问题，随着时间的推移，它会逐步扩大发展成更大事故。

4.结束语

由于井下这一特殊环境，单相接地故障时有发生。近年来漏电保护器发展迅速，井下漏电保护的最佳方式是：末端漏电保护+ 分干线或或干线漏电保护+总漏电保护，组成多级漏电保护体系，并能有选择地切断故障线路，在彻底根绝井下单相接地故障存在的同时，也可保证无故障线路用电不会受到影响。过去由于某些原因，矿山单相接地保护中，主要利用附加直流电源检漏继电器的方式进行保护，没有全面推广使用漏电断路器保护器，只要电源总开关处设置直流检测继电器，没有选择性，在事故跳闸时影响面很大，给工人带来精神伤害和国家财产的巨大损失，因此，在设计中采用一些措施和保证，在井下配电系统设计中，应大力推广使用漏电断路器、漏电保护器。我国目前矿山所采用的配电系统多为中性点不接地(即 TT)系统，在中性点不接地的供电系统中，人身触电电流值 IH 的大小，取决于电网的电压值，电网对地的电容值和绝缘电阻值。由于矿山井下工作环境恶劣，矿井巷道狭窄，地面潮湿，矿山设备随作业面的变化需经常移动，对地电位有变化，矿山供电系统中还混合使用交流电和直流电，更使这个问题复杂。因此，解决好矿山设备的接地保护也更具有一定的现实意义。

【参考文献】

［1］韩涛.浅析林西矿井下低压馈电开关的漏电保护[J].硅谷,2010,(15).

［2］赵强,徐磊.矿井漏电保护方案的分析与探讨[J].工矿自动化,2006,(03).

［3］张传书,武浩.新型智能馈电开关的研制[J].中州煤炭,2005,(04).

［4］张友权,孔保平.矿用一般型低压配电柜检漏系统的改进[J].煤炭科学技术,1997,(01).

［5］刘梅华,汪东,杨艳秋.基于PIC16F877A矿井低压电网选择性漏电保护的原理及其应用[J].重庆工学院学报(自然科学版),2007,(02).

［6］许嘉良.DW80系列馈电开关使用维修中的一些问题[J].煤矿机电,1985,(02).

［7］冯杰.新型KBZ-400/1140(660)馈电开关在谢李公司一井的使用[J].煤矿安全,2005,(12).

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中图分类号：TP11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0250-01

一、当前国内提升机的现状

矿井提升机是矿山最重要的设备，肩负着矿石、物料、人员等的运输责任。传统的矿井提升机控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，这类提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行启动和调速。这种控制系统存在可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点。因此对矿井提升机控制系统进行研究具有现实意义，也是国内相关行业专家学者的一个研究课题。在国外科学技术突飞猛进发展的时候，由于的影响，我国没有掌握世界上的技术发展动向，国内有些很有作为的技术人员花许多精力在研究金属水冷电阻之类的技术上，以至国内这段时间在提升机电控技术方面没有多少进展，我国提升机电控系统很长时间都处于落后的状况。改革开放以来，由于某些工程的急需，我国曾以很昂贵的价格从国外引进一些提升机电控设备，这些引进的提升机电控设备，有的是晶闸管数字直流调速系统，有的是交一交变频的现代交流调速系统。但使用这些国外先进技术的矿井提升机电控系统毕竞是少数，直到目前为止，我国正在服务的矿井提升机电控系统大多数还是转子回路串金属电阻的交流调速系统，只有少数是电动机一发电机或晶闸管直流调速系统。即使后者就其控制技术而言，也依然是陈旧的，和国外相比，我们存在很大的差距。

近年来交流变频调速技术迅速发展起来，调速方式的不断进步使得运用于提升机系统的交流调速技术不仅仅局限于传统的转子串电阻方式，变频调速技术也越来越多地在提升机控制系统中广泛应用，充分发挥出交流调速的优势。

二、提升机在矿井中的应用及原理

矿井提升机是矿井井下和地面的工作机械，是一种大型绞车。用钢丝绳带动容器（罐笼或箕斗）在井筒中升降，完成输送物料和人员的任务。矿井提升机是由原始的提水工具逐步发展演变而来。现代的矿井提升机提升量大，速度高，已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。

矿井提升机主要由电动机、减速器、卷筒（或摩擦轮）、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操纵系统等组成，采用交流或直流电机驱动。按提升钢丝绳的工作原理分缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机。缠绕式矿井提升机有单卷筒和双卷筒两种，钢丝绳在卷筒上的缠绕方式与一般绞车类似。单筒大多只有一根钢丝绳，连接一个容器。双筒的每个卷筒各配一根钢丝绳，连接两个容器，运转时一个容器上升，另一个容器下降。缠绕式矿井提升机大多用于年产量在120万吨以下、井深小于400米的矿井中。摩擦式矿井提升机的提升绳搭挂在摩擦轮上，利用与摩擦轮衬垫的摩擦力使容器上升。提升绳的两端各连接一个容器，或一端连接容器，另一端连接平衡重。摩擦式矿井提升机根据布置方式分为塔式摩擦式矿井提升机（机房设在井筒顶部塔架上）和落地摩擦式矿井提升机（机房直接设在地面上）两种。按提升绳的数量又分为单绳摩擦式矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机。后者的优点是：可采用较细的钢丝绳和直径较小的摩擦轮，从而机组尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年产120万吨以上、井深小于2100米的竖井大多采用这种提升机。

三、当前矿井提升机电控系统的分类

传统的矿井提升机的电控系统主要有以下几种方案：转子回路串电阻 的交流调速系统、直流发电机与直流电动机组成的 G-M 直流调速系统和 晶闸管整流装置供电的 V-M 直流调速系统等。 矿井提升机电控系统分为矿井提升机直流电控系统和矿井提升机交流 电控系统。交流提升机电控系统的类型很多，目前国产用于单绳交流提升机的电控系统主要有 TKD-A 系列、TKDG 系列、JTKD-PC 系列，用于多绳交 流提升机的电控系统主要有：JKMK/J-A 系列、JKMK/J-NT 系列、JKMK/J-PC 系列等。单绳提升机电控系统又分为继电器控制和 PLC 控制。 提升机交流电控系统主要由高压开关柜 〔空气或真空〕 高压换向柜 、 〔空 气或真空〕 、转子电磁控制站、制动电源、操纵台、液压站、油与制动 液泵站、启动电阻运行故障诊断与报警装置等电气设备组成。主要完成矿 井提升机的启动、制动、变速及各种保护。

四、PLC 控制提升机交流电控系统组成、功能、原理

1、PLC 控制提升机交流电控系统的构造

PLC 控制提升机交流电控系统由可编程序控制器、输入输出转换继电 器、KT-DLZD 可调闸动力制动电路模块、TSZX-01 型提升机综合显示控制仪 电路、YTX-1 语言报警通信电路、CL-1 电流检测模块、电气保护电路、加 速接触器柜组成。

2、PLC 控制提升机交流电控系统的原理

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中图分类号：TU74文献标识码： A

一、前言

在生产过程中安全的保证是最为重要的，在煤矿井下相关工作进行中，杂散电流是影响其安全施工的重要因素，相关部门必须加强对其的重视，为安全施工的实现提供条件，本文就煤矿井下杂散电流有效的控制方法进行讨论。

二、对煤矿井下杂散电流的相关讨论

矿井杂散电流是指在规定的电路或意图电路之外流动的电流。矿井杂散电流主要产生在采区，它对矿井安全生产及设备的正常使用会产生很大的危害，不仅能导致雷管发生早爆现象，还能引起瓦斯爆炸，腐蚀电缆外皮和风、水管路，甚至导致井下漏检装置发生误动作，影响井下通信系统。据统计，在我国煤矿机电事故中，杂散电流引发的火灾和瓦斯爆炸事故占25％～35％。因此，研究相应的检测方法对矿井杂散电流的防治具有重要的现实意义。目前，国内外在杂散电流检测方面使用较多的是基于极化电位检测的标准半电池电位法，这种检测方法的准确度和稳定性受参比电极的寿命和稳定性等因素的影响，而且检测对象也以城市埋地管道和铁轨为主。近年来，基于磁光效应的杂散电流检测法是杂散电流检测研究的一个新方向，但是光纤缠绕式的检测方式会受到井下各种环境因素的制约，对井下因电缆漏电和电磁感应产生的杂散电流并不适用。基于磁阻效应的杂散电流检测法是一种非接触式的检测方法，我国在地面及管道杂散电流检测和防腐方面已有初步应用但在井下应用较少。

三、杂散电流的危害

1、出现瓦斯煤尘的爆炸。

因为瓦斯等气体会出现在煤矿井下，与此同时，也存在着煤尘，如果矿井的通风性比较差，从而使得煤尘和瓦斯等积聚，这就会导致爆炸事故的出现。这样，混合气体当中会引进电火花，从而出现瓦斯煤尘的爆炸。

2、馈电开关和漏电保护设施的误动作

在矿井作业的时候，倘若电机车离采区比较远，通过绝缘电阻的杂散电流就会到达低压电网，且经过零序电抗线圈和三相抗电器流到继电器，最后流到接地网，且通过电点回流向负母线回流。这样，在当电流通过继电器的过程中，会在瞬间加大继电器线圈的电流，进而出现馈电开关和漏电保护设施的误动作。

3、金属的腐蚀

因为在大地流入杂散电流之后，电缆外皮与金属管道的电阻值比较小，所以在电缆与金属管道的外皮当中会流入电流，倘若在回电点的位置流出电流，然后通过电缆外皮与金属管道到达大地，再到达轨道，此时，阴极区(电流流入)在电缆与管道的一侧形成，而阳极区(电流流出)在电缆与管道的另外一侧形成，这样，电解槽就在轨道与管道大地形成，从而导致金属的腐蚀。

四、加强对煤矿井下杂散电流控制的有效方法

1、加强检测系统的建立

（一）基于磁阻效应的散乱电流检测系统

（1）测量方法根据《井下牵引网络杂散电流防治技术规范》(以下简称规范)规定的井下各地点的杂散电流允许值，又按牵引网络电压降和轨道接缝电阻的设计要求，对澄合矿务局下属的某煤矿测试点进行连续多次测量(井下火药库、煤仓、巷道、采取工作面、掘进面)，并进行杂散电流评估。

根据图1的简化电路，按式(1)计算出杂散电流值。决定杂散电流IS的因素是:整流变输出总的电流IT;机车到整流变的钢轨电阻RN;钢轨对地绝缘电阻RS;机车电阻RL。由式(1)可知，只要减小IT和RN，或增大RS，便可减小杂散电流IS。

测试方法如图2所示，使用SL8086型矿用杂散电流测定仪测量，仪器的X1端子接钢轨或金属护网，X2端子接总接地网，记录其最大值。

架空线路电压降可用精度为0．5%+3的数字万用表进行测量，红表笔接架线，黑表笔接钢轨。钢轨接缝电阻要用两块规格一致、精度为0．5%的电磁系毫伏表同时测量1m钢轨(包括接缝和不包括接缝)的电压，测量方法见图3。测试前要用锉刀打磨钢轨露出金属光泽测量，否则会因阻抗增大而影响测量结果。

根据规程，轨道接缝电阻值按式(2)计式中，V1为1m钢轨(包含接缝)电阻上的电压降，mV;V2为1m钢轨(不包含接缝)电阻上的电压降，mV;R为1m钢轨的电阻值。

加强检测系统的建立2.1基于磁阻效应的杂散电流检测系统的系统原理磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象［7］。磁阻传感器是根据磁性材料的磁阻效应制成的，可以分为半导体磁阻式传感器和薄膜磁阻式传感器。

磁阻传感器内部有一个惠斯通电桥，当磁阻传感器置于外部磁场中时，根据磁阻效应的原理，4个桥臂的电阻值会发生变化，磁性金属电阻的变化就会转变成差分电压信号输出，值为式中：

VCC为电源电压；R1，R2，R3，R4为电桥电阻在外部磁场作用下的值。

在测量范围内，电桥的差分输出与外部的磁场强度成线性关系，即（式中：K1，K2为常数；B为外部磁场强度。

通过磁阻传感器检测杂散电流在检测点处产生的磁场强度B，然后用公式推算出相应位置的杂散电流I，当导线、电缆或管道为无限长时，I的推算公式为式中：

r为杂散电流发出点到磁阻传感器之间的直线距离；μ0为真空磁导率。

（2）系统设计

系统结构基于磁阻效应的矿井杂散电流检测系统硬件电路包括磁信号检测电路、传感器电路、单片机模块、RS485通信模块、电源模块等，如图所示。磁信号检测电路将电流磁场信号转换成差分电压信号，传感器电路对其进行差分放大和滤波，处理后的信号进入单片机C805F020实现模数转换及实时存储功能，RS485通信模块将数字信号传输给监控中心，实现磁场和电流的实时显示。

磁信号检测电路磁信号检测电路选用HMC1001/2磁阻传感器。HMC1001为单轴型，HMC1002为双轴型，它们相互搭配可以同时检测3个方向的磁场，HMC100/2检测的磁场范围为±2*10-100，单轴分辨率为27*10-10t。

HMC1002是由2个垂直的HMC1001搭建而成，每个HMC1001内置一个置位／复位电流带和偏置电流带。置位／复位电流带的作用是使传感器输出电压反相偏转。当给传感器施加置位脉冲后，输出按照正斜率线作出响应；当施加复位脉冲后，输出按照负斜率线作出响应，这样可以保证传感器得到最佳的灵敏度，单轴传感器的输出曲线如图3所示，其中交点O为调零零点。偏置电流带产生的偏置电流用以抵消每轴的干扰磁场，偏置电流带每产生50mA的电流，可提供10-4T的磁场，以此来计算检测现场每轴需要添加的偏置电流，偏置电流带阻值在3．5Ω左右。

软件设计系统软件用C语言和汇编语言编写，程序主要有两部分：一部分包括传感器信号采集、滤波、分析计算和显示等程序；另一部分包括系统时钟、频率、A／D模块、晶振电路、定时器参数设置程序和其他中断的入口子程序等。

（二）基于嵌入式TCP/IP协议单片机技术的检测系统

（1）在目前的煤矿监测系统设计中，系统通信方式基本上是以光纤的工业以太网有线网络为主体并结合现场总线技术。该网络具有传输方式稳定、传输速率高等优点。但是在煤矿特殊区域中，如废弃的矿井、开采面以及狭小巷道等工作面，对这种有线的传输方式提出了很大挑战。这些区域存在着大量的不确定非安全因素等，发生事故时容易对有线网络造成致命的破坏，不利于井下环境的实时监测。ZigBee网络具有自组织、低功耗、结构简单、成本低等特点，采用无线传感网络实现煤矿监测系统设计，可以很好地解决井下近距离通信问题，保证数据传输的持续性、系统的可靠性。杂散电流监控系统分为两大部分，一部分为现有杂散电流监控系统，第二部分为扩展杂散电流监控系统。本文将对扩展杂散电流监控系统进行设计。扩展杂散电流监控系统由两部分组成，第一部分为ZigBee无线传感网络，实现杂散电流检测、转换与数据传输;第二部分为由ARM11构成的嵌入式网关，实现ZigBee与TCP/IP或CAN等多种协议间数据转换。ZigBee网络包含以下3种设备:①协调器(PANcoordinator)，负责建立和维护网络，承担无线网络与网关的连接;②路由器执行路由功能，也称全功能设备(fullfunctiondevice，FFD);③终端节点作用为执行基本功能，也称精减功能设备(reducedfunctiondevice，RFD)。

（2）ZigBee网络节点硬件设计①杂散电流检测信号处理电路由于杂散电流含有直流杂散电流与交流杂散电流，因此，采用探针法与近参比法相结合的方法测取杂散电流波形，并通过电压信号的形式反映出来。在杂散电流检测信号处理电路中，低通滤波电路与LM324AD电压跟随电路组合成一阶低通有源滤波电路，在信号放大前滤波，防止噪声进入放大器。低功耗高精度单电源供电放大器OPA335对交流电流进行偏置放大，得到对应波形的直流信号。低通一阶滤波电路与OPA335电压跟随电路组成一阶低通有源滤波电路，滤除放大器产生的噪声，并将信号送至CC2530进行A/D转换。

②网络数据处理单元硬件设计ZigBee网络数据处理单元主要是依靠FFD与RFD设备中所包含的微处理器进行数据运算及处理。

因此，所有ZigBee网络的数据处理依靠FFD与RFD节点中的CC2530核心板完成。

③节点电源ZigBee节点采用干电池供电方式。为保证A/D转换基准参考电压恒定在4．5V，采用REF5045对干电池电源进行转换，为CC2530A/D转换提供基准参考电压。CC2530具有电源管理功能，可以实现对电源供电进行监测和管理，当供电不足时，向网关发送电量不足信息，提醒更换电池。CC2530芯片拥有4种供电模式，可在低至0．4μA供应电流下响应外部中断。

（3）嵌入式网关软件设计a、协调器节点(FFD)与ARM核心板通过URAT进行通信。协调器节点的功能为:①负责建立并维护整个ZigBee网络;②将ZigBee网络中的数据通过URAT传送至ARM网关。

b、ARM核心板作为网关节点核心，主要实现以下功能:①与ZigBee网络中的协调器节点通过UART与ZigBee网络进行实时通信;②建立TCP/IP总线服务，将ZigBee网络检测数据发送至上位机或者将上位机命令送至ZigBee网络;③对杂散电流超标区域进行预警。

（4）ZigBee网络节点软件设计RFD设备主要负责杂散电流信号的检测并转发至ZigBee网络。RFD启动，完成初始化，加入附近的ZigBee网络并建立连接，完成对检测到的杂散电流的A/D转换，将转换后的数据通过无线发送至最近的父节点。检查并接收来自父节点的消息，根据父节点指令作出相应动作或周期性地进入休眠状态。

2、加强对屏蔽电缆的使用

屏蔽电缆的应用目前形势下，我国矿井生产所应用的橡胶电缆往往会出现三相导线对地电容不相同的情况，而应用屏蔽电缆能够使得电容的电流经过屏蔽层向电网当中回流，这不再外泄零序电流，从源头上阻止了杂散电流。

3、改变两个电阻值

(一)减少轨道接头电阻值"加强轨道接头的维护，保持良好的电气连接，确保接头电阻符合《煤矿安全规程》(2013年版)第354条明文的规定:焊接长轨，是减少轨道接头电阻极为有效的措施。

(二)增大轨道与大地间的接触电阻。

保持轨道清洁、干燥是增大接触电阻的主要措施"对沿线管路和金属铠装电缆铺设支点施加绝缘，也是增加杂散电流过渡电阻、减少杂散电流的重要措施。

4、加强谐波电流的预防

（一)在补偿电容器上进行电抗器滤波的有效串联。这种方法主要是对电容器电抗器的过载能力进行充分的利用，有效实现电容器回路的增大来达到对谐波进行分流的目的。

（二)对滤波器进行有效的调谐。这种方法是将电容电路以及电抗器进行一定的串联，并把这个电路直接串联在电网上，让供电系统电网中的等效电阻产生一定的变化。当供电系统的电网中的某个谐波和这个滤波支路的阻抗相同时，这条支路对于谐波的阻抗有着最小值，这时谐波当中的大部分电流被短路，实现了显著防治的效果。

（三)对供电系统电网中等效阻抗的位置进行一定的移动。

通过电抗器和电容器的串联形成滤波器，按照一定的要求来对调谐电网中各个支路的频率进行有效的调节，有效实现对供电系统电网中等效阻抗最小值在频率轴上位置的移动。

5、使加载轨道负荷电流减少

（一）敷设回流线的策略可以将废旧钢丝绳顺着巷道敷设，以此充当回流线将杂散的电流收集起来，从而屏蔽金属管线及电缆，且能够有效地减少牵引网络回路的电阻值，改善架线电机车的技术水平。

（二）双线供电接正负极的策略在运输系统双线供电的过程中，可以将一架线接负极，而另外的一架线接正极，在它的正负极间接轨道，如果重车道上的负荷相同的过程中，电流是不经过轨道的，这就不会出现杂散电流。

五、结束语

本文就煤矿井下的散乱电流的有效控制方法进行了探讨，希望其探讨结果能够为同行的研究提供一定的参考。

参考文献

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［2］刘健，保记，赵树仁，等．一种快速自愈的分布智能馈线自动化系统［J］．电力系统自动化，2010，34(10):62－66．

［3］刘健，赵树仁，保记，等．分布式智能型馈线自动化系统快速自愈技术及可靠性保障措施［J］．电力系统自动化，2011，35(17):67－71．

［4］董旭柱，黄邵远，陈柔伊等．智能配电网自愈控制技术［J．电力系统自动化，2012，36(18):17－21．

［5］胡福年．基于DSP的馈线自动化远方终端研究［J］．继电器，2006，34(11):78－82．

篇8

中图分类号:TD928.8文献标识码:B 文章编号:1009-9166(2010)017(C)-0203-01

引言:随着矿井电网的出现,漏电保护技术就相伴而生。早在20世纪30年代,英国就在磁力启动器中装设了漏电保护装置,从此建立了矿井低压电网漏电保护原理,但这种漏电保护装置只适应于变压器中性点直接接地的供电系统。1949年苏联开始研制中性点不接地供电系统使用的漏电保护装置(PYB型防爆漏电继电器)。同时,西德、波兰、日本等国也先后开发出适合于本国矿井供电系统的漏电保护装置。20世纪50年代初,我国引进了苏联的漏电保护装置,并在矿井中推广应用。

我国目前矿山所采用的配电系统多为中性点不接地(即TT)系统,在中性点不接地的供电系统中,人身触电电流值IH的大小,取决于电网的电压值,电网对地的电容值和绝缘电阻值。由于矿山井下工作环境恶劣,矿井巷道狭窄,地面潮湿,矿山设备随作业面的变化需经常移动,对地电位有变化,矿山供电系统中还混合使用交流电和直流电,更使这个问题复杂,因此,解决好矿山设备的接地保护也更具有一定的现实意义。

一、保护接地的必要性

在煤矿井下总接地电网是高、低压电气设备共用的高压电网的单相接地电流远大于低压电网,因此,井下总接地网电阻主要取决于高压电网的单相接地电流。但在中性点不接地系统中,此电流又与高压电网对地电容有关,电网愈大(包括电缆、架空线路),电容就愈大。若此电容大至使单相接地电流超过20A,则将超过人身允许的最大接触电压40V,将威胁到人身安全。为此,应根据单相电流的大小,适当降低总接地网的电阻值;或采用其它措施以减小电网对地的电容电流。目前常用中性点经消弧圈接地方式来补偿电网对地的电容电流。

二、接地保护的电阻计算

1、单根垂直接地体的接地电阻。单根垂直接地体的接地电阻的理论计算公式:

式中,R为接地体接地电阻,Ω;L为接地体长度,m;ρ为土壤电阻率,Ω;d为接地体的外径或等效外径,m。

常用的简化公式有:

R≈0.3ρ,(2)

R≈ρ/L,(3)

式中的符号含义同前。

在实际工程中,接地体的材料有角钢、圆钢和钢管三种,(2)式、(3)分别简化为:

(1)角钢接地体。取L=2.5,规格40mm×40mm×4mm,即宽b=40mm,等效为0.84b=0.0336m,代入式(1)计算可得:

R=0.36ρ,或R=0.91ρ/L。

(2)圆钢接地体。取L=2.5m,d=0.025m,

代入式(1)计算可得:

R=0.38ρ,或R=0.95ρ/L。

(3)管体接地。取L=2.5,d=0.6m,代入(1)式可得:

R=0.32ρ或R=0.81ρ/L。

为切实保证接地装置接地电阻的要求,接地电阻计算值宁可适当偏大而不宜偏小。如果接地电阻计算偏小,则设计出来的接地装置可能达不到限定的接地电阻值要求。建议单根垂直接地体的电阻简化计算公式采用式(2)。

2、单根水平接地体的电阻计算。单根水平接地体接地电阻的理论计算公式为:

式中,h为水平接地体埋地深度,其他符号的含义同前。

在工程中,常用的简化计算公式也有两个:

R≈0.03ρ,(5)

R≈2ρ/L.(6)

3、主接地极的接地电阻计算

主接地极的接地电阻可按下式计算:

R=0.25ρ/A,(7)

式中,A为钢板的面积,m2;其他符号的含义同前。

三、井下低压系统中接地保护应注意的问题

中性点不接地系统的单相接地电流,主要是电网对地电容的电流。由于井下单台变压器容量有限,低压电网的供电范围不大,电容电流较小(不足1A)。配合井下保护接地电阻不大于2Ω,接触电压远低于安全值。而这个“安全值”往往使人们产生麻痹大意,单相接地故障实际未得到排除,也就是说,接地保护装置的设置,仅仅是解决了(电流小时)人身安全问题,随着时间的推移,它会逐步扩大发展成更大事故。由于井下这一特殊环境,单相接地故障时有发生。近年来漏电保护器发展迅速,井下漏电保护的最佳方式是:末端漏电保护+分干线或干线漏电保护+总漏电保护,组成多级漏电保护体系,并能有选择地切断故障线路,在彻底根绝井下单相接地故障存在的同时,也可保证无故障线路用电不会受到影响。过去由于某些原因,矿山单相接地保护中,主要利用附加直流电源检漏继电器的方式进行保护,没有全面推广使用漏电断路器保护器,只要电源总开关处设置直流检测继电器,没有选择性,在事故跳闸时影响面很大,给工人带来精神伤害和国家财产的巨大损失,因此,在设计中采用一些措施和保证,在井下配电系统设计中,应大力推广使用漏电断路器、漏电保护器。

四、结论

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1 矿井提升机控制系统的发展现状

根据提升机对电控系统的要求，提升机的电气可分为直流传动和交流传动两大类。直接传动即对直流电动机的速度控制。直流电动机由于具有良好的调速特性、宽广的调速范围和易于实现四象限运行等优点，很适合在需要调速和频繁正反转的矿井提升机中作拖到应用。随着电力技术的发展，特别是晶闸管的出现，对要求较高、容量较大或多水平开采的矿井，其提升机几乎都采用了晶闸管交流装置供电的直流电传动系统（V-M系统）。但是直流电动机需要设置机械换向器和电刷，不仅需要经常维护，影响运行可靠性、而且电刷容易产生火花，限制了使用场所，特别是由于存在换向问题，难以制造出大容量、高转速、高电压的直流电动机来，使得目前3 000r/min左右的高速直流电动机，最大容量只能达到400kW～500kW；低速直流电动机只能做到两三千千瓦，已经越来越难适应现代矿井提升机向着高速大容量化发展的需要。

交流传动即对交流电动机的速度控制。交流电机，尤其是笼型异步电动机，由于结构简单、制造方便、造价低廉、坚固耐用、无需维修、运行可靠，更可用于恶劣的环境之中，特别是能做成高速大容量，更适应在高速大容量的矿井提升机中作拖动应用。就我国目前的情况来看，国产的交流传动矿井提升机大部分仍采用较老的控制方式，减速制动多采用能耗制动方式。由于电力电子技术、大规模集成电路和计算机控制技术的发展，特别是交流传动的矢量控制和直接转矩控制理论的出现和成熟应用，形成了一系列可以喝直流调速系统相媲美的交流调速系统，国外已将交-交变频调速系统和具有四象限性能的交-直-交变频调速系统应用于复杂的、要求较高的、多水平、大容量的矿井提升机中。

2 矿井提升机电控系统的发展方向

矿井提升机电控系统经过多年的发展，展现出如下的发展方向。

2.1 平滑调速且调速精度高

由于矿井提升机负载变化大，调速范围广，为满足提升工艺要求而严格按照规定的速度图运行，因此要求电气传动系统应能平滑调速。对于调速精度，提升机一般要求静差率较小（通常S〈3%），使系统在不同负载下的速度给定值于速度实际的偏差控制在一定范围内。这一方面是为了避免启动过程中出现提升容器下坠现象，另一方面是在保证安全和准确停车的条件下将爬行段距离设计得尽可能短，进而获得较高的提升能力。

2.2 提升容器进一步改进

主井箕斗采用具有外动力的侧卸式，装载采用定量，同时在箕斗采用轻型材料制成，其自重与原来相比有所减轻。由于采用外动力卸载，箕斗无需卸载曲轨，这样便可通过缩短提升循环时间来达到高产高效；副井罐笼为满足综采、综掘大型设备的提升要求，不少矿井采用了非标准、非对称布置，如采用一个大罐笼、两个小罐笼的型式。

2.3 完善的故障监视装置

矿井对提升机电控系统可靠性要求较高，因为一旦提升机发生故障，就会影响矿井的正常生产，而且还可能危及矿工的生命安全。对电控系统可靠性的要求主要表现在如下两个方面：电控系统的产品质量要好，产生的故障要少；一旦出现故障能及时按照故障的性质进行保护，并且能对故障进行显示，使之迅速排除故障。对于安全回路的故障检测、故障处理等，应采取“双线冗余”的保护措施，以提高安全保护性能的可靠性。

2.4 全数字化控制

由于引入微机控制系统，随着微机运算速度的进一步提高，存储器的容量化、高级专用集成电路的应用以及软、硬件的优化组合，以一种全新的方式解决了数字控制的小型化问题，使得数字化控制已经成为电机控制方式的主流方向。矿井提升机实现了全数字化调速系统后，能够在很宽的范围内高精度测速，所以扩大了调速范围，提高了速度控制精度。另一方面，一些模拟电路难以实现的控制规律和控制方法，如各种最优控制、自适应控制、复合控制等，都变得十分容易，从而使系统的控制性能得到提高。

2.5 满足四象限运行

矿井提升机是周期性的工作，在加速、等速、减速、爬行、停车及反向等不同阶段，每一提升周期都可能出现正力、负力以及正力与负力之间的变化，既有正转，又有反转，既有电动，又有制动等工况，因此要求电气传动系统必须是能在四象限中稳定运行的可逆调速系统。

2.6 综合自动化控制

随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，目前国内外生产的提升机，其控制、监视及保护措施已由原来的继电器或半导体逻辑单元的技术水平发展到多PLC（可编程序控制器）、智能仪表的数字控制以及上位工控机监控的网络控制技术水平。网络形式有工业以太网、现场总线等。

3 结论

总之，矿井提升系统是矿山生产中极其重要的环节，它的正常运行与否直接影响着矿井的安全生产。矿井提升机电控系统必将沿着数字化控制方向发展，数字化控制系统具有完善的通信功能，使传动级与上一级自动化系统实现可靠接入，从而构成具有很高自动化程度的、完善的控制系统，其适用性更加广泛。必将能为矿井提供更安全、高效、强大的技术服务，使矿井提升电机控制朝着智能化控制的方向发展，为矿井建设提供更强大的物质基础。

参考文献

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中图分类号：TM1 文献标识码：A 文章编号

王庄煤矿是一个有着四十多年的老矿，井下大巷运输使用的机车电源为直流550伏，架线为正电压，轨道为零电位。牵引范围最长6000米。运输大巷与各采区上下山轨道连接，每个连接处有三个绝缘点，以减小直流杂散电流。在煤矿井下，杂散电流带来的危害主要有以下几点：1、提前引爆电雷管，造成人员伤亡；2、腐蚀金属管道、铠装电缆外皮等；3、引起高低压开关保护误动作。笔者通过对煤矿杂散电流的管理，发现许多对杂散电流的错误认识，在此提出，以供同行批评指导。

一、杂散电流的测量仪器

杂散电流是随机事件而且是连续变化的量，因此要使用一种专用的杂散电流测定仪应具有测量、记忆、计算、显示和报警的功能。其量程可为0-1000mA。

二、 煤矿井下各生产地点间的杂散电流

――采区内各条巷道中的轨道对总接地网间，仪器的X1端子接钢轨，X2端子接总接地网，记录其最大值。

――采煤工作面内的金属网假顶对总接地网间，仪器的X1端子接金属网，X2端子接溜槽，记录其最大值。

――采区内轨道上下山的轨道与运输大巷连接处的第二道绝缘夹板相连接的轨道对总接地网间；仪器的X1端子接第二道绝缘夹板上面的轨道，X2端子接总接地网，记录其最大值。

――掘进工作面与掘进巷道内任何地点的轨道对总接地网间，仪器的X1端子接轨道，X2端子接总接地网，记录其最大值。

――采区煤仓对轨道间，仪器的X1端子接轨道，X2端子接采区煤仓。

――井下爆炸材料库铁门对轨道间，仪器的X1端子接轨道，X2端子接火药库的铁门，记录其最大值。

三、杂散电流的测试方法

过去，试验人员在测试杂散电流时，让电机车在离测试点最近地点，抱闸启动，以得到最大启动电流。测试第一绝缘轨与回电轨、第二绝缘轨与第一绝缘轨之间的电流。标准是以杂散电流在300毫安以下，不能使雷管引爆为合格。这样测试的方法，只能测出绝缘轨的杂散电流，但在实际中，却并不可用。因为有些电流通过附近管路、电缆外皮而流走。而放炮作业基本在掘进巷道，雷管的两根电线，不可能搭在两个不同电位的钢轨上。多常见，由于爆破工违章作业，在放炮前，未将两根电线扭在一起，或放炮线中间有破口，致使一根线搭在大地或水管金属网上，另一根恰好搭在钢轨上。此时，若杂散电流超过300毫安，极有可能引起电雷管提前引爆，造成人员伤亡。因此，正确的测试方法应是，在测试点就近，电机车抱闸启动，测试第一道绝缘轨与大地、第二道绝缘轨与地之间的电流。同时，还应测量该点的轨地电压。

根据《煤矿井下牵引网络杂散电流防治技术暂行规定》1997版规定：测试采区内轨道上下山与运输大巷连接外的第二道绝缘轨夹板相连接的轨道处总接地网的杂散电流，记录其最大值，最大值不宜超过60毫安，为合格。

四、杂散电流的测试周期

根据2009年《潞安矿业（集团）公司井下电气安全管理规定》中第九章电气试验第46条规定： 使用架线电机车的矿井，用杂散电流测试仪测试，周期为一年。而根据《煤矿井下牵引网络杂散电流防治技术暂行规定》1997版规定：井下各生产地点的杂散电流值，应用便携式杂散电流测试仪每周测试一次。2013年，集团下发新的《山西潞安矿业（集团）有限责任公司煤矿井下静电及杂散电流防治管理办法（试行）》的通知，对杂散电流检测周期提出了新要求，由于测试范围增大，测试周期缩短，人员及仪器还未配齐，我矿还未开展进行这样的测试。

五、杂散电流的测试范围

以前，我矿仅对上山材料车场与运输大巷连接处测试，未对其它地点进行测试。根据2013年集团新下发的《山西潞安矿业（集团）有限责任公司煤矿井下静电及杂散电流防治管理办法（试行）》的通知要求，我们加大了对全矿各个地点的杂散电流检测。这样，就避免了许多容易产生杂散电流的地方漏检，而引发的危险事故。

六、其他注意事项

为了有效防止井下杂散电流对井下的危害，结合我矿的实际情况，对杂散电流采取如下措施：

1、提高电网的绝缘水平，减少零序电流的产生。

2、加强对电缆的维护和管理，严禁用铁丝悬挂电缆，尤其是掘进工作面要保持电缆的完好和按规定悬挂。

3、降低轨道纵向电阻和接缝电阻。

4、缩短牵引变电所供电距离。

5、降低杂散电流值，减少杂散电流的来源，主要办法可在铁轨接头处焊接铜导线以减少电阻，增大轨地过渡电阻。

6、防止杂散电流侵入电爆网，要保证电爆网络的质量，爆破母线不得有接头，保护好导线的绝缘层，雷管脚线或与雷管脚线连接的导线两端在接入起爆电源前，均应扭结短路。