談煤礦供電系統避雷性能改進

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摘要：針對煤礦供電系統運行過程中出現的避雷性能較差問題，有必要采取相關避雷措施，提高供電系統的運行可靠性及運行安全。以某煤礦供電系統為研究對象，對供電系統存在問題及供電運行方式進行分析，通過架設避雷線及避雷器等改進措施，開展了提高供電系統避雷性能的改進研究，并對其運行情況進行了統計分析。結果表明，改進后的供電系統具有更高的可靠性及運行安全性，停電率大大降低，全面解決了無供電系統避雷性能較差問題。該研究對提高煤礦供電系統的運行可靠性能及企業經濟效益具有重要作用，也為后期開展相關方面的研究提供了重要參考。

關鍵詞：煤礦；供電系統；避雷性能

引言

隨著煤礦資源的大量開采，煤礦的作業安全直接關系到作業人員及井下作業的安全性。煤礦供電系統運行的好壞，將會對井下設備的運行效率及企業的經濟收入產生重要影響。供電系統一旦發生故障，將會使井下設備處于無法正常運行或停機運行狀態，最終會造成井下通風情況出現不順暢、瓦斯不斷聚集等嚴重問題，嚴重威脅井下作業安全[1-4]。將更加先進的技術應用到供電系統中，已成為當下提升供電系統綜合性能的關鍵措施。因此，以四通煤礦供電系統為研究對象，針對其運行過程中出現的避雷性能較差問題，在對煤礦現場進行勘探的基礎上，采取了架設避雷線及避雷器等避雷措施，開展了提高供電系統避雷性能的研究分析，并對其進行了為期半年的應用統計。結果表明，改進后的供電系統具有更高的綜合性能及更長的使用壽命，能更好地滿足四通煤礦供電系統的使用需求，對提高煤礦供電系統的運行安全及企業的經濟效益具有顯著作用。

1供電系統運行時存在問題

煤礦供電系統在運行過程中，經常會因使用設備短路、漏電等故障現象而發生不同種類的運行故障，導致了供電系統中電氣設備發生不同程度的損壞現象，繼電保護器也發生了多次跳閘現象，其主要故障類型包括以下幾種[5-8]。（1）該煤礦的供電系統在使用過程中，由于井上架空線路的電壓及電流突然增加，導致主變壓器處的高、低壓繼電器側開開關發生了多次跳閘現象，間接引發變壓器出現損壞現象，導致煤礦出現不同時間的停電現象，給煤礦的開采造成了重要影響。（2）供電系統運行過程中會出現消弧現象，導致電壓保護柜中的熔斷器頻繁發生熔斷現象，并伴隨系統單相接地現象。（3）一般在用電設備前端會配備相應的整流器、變頻器等電氣設備，而系統中用電設備的同時啟停，均會產生較大程度的電量沖擊，當沖擊電量超過整流器及變頻器的承載能力時，則會發生電氣設備的損壞現象。（4）供電系統在使用過程中，由于用電設備的超負荷作業，加上多種用電設備同時工作，導致對供電系統的用電量持續增大，并在供電系統中伴隨大量熱量產生，隨著系統的長時間運行，將使系統中的電氣設備發生線路老化、熔斷等故障現象。綜上分析，煤礦供電系統運行過程中故障現象的發生，將會對企業的煤礦開采量產生重要影響，造成重大的經濟損失。因此，提升供電系統的綜合性能是當下保證煤礦生產效率的重點改進方向。

2供電系統運行方式分析

目前，井上供電系統的輸入端一般為110kV的高壓電源，通過變電站后，將其轉換為10kV電壓，而10kV母線采用一供一備的雙回線供電方式進行運行。變電所的供電方式一般包括兩種：一種為將用電設備直接與地面進行接觸，操作較為簡單；另一種則是將供電系統的出線與饋線進行連接，再與高壓設備進行供電，在此饋線上需配備10kV的變壓器及變電所設備，以此來保證供電系統的運行安全性。在供電系統運行中，當母線通電過程發生失電故障時，執行人工閘熱備回路方式進行開關控制，此時母線采用開關分列方式進行運行。在110kV變電所變壓過程中，主要將負荷轉移到一根母線上，斷開另一根母線。供電系統采用的此種運行方式已成為當下主要的運行方式。另外，煤礦企業會根據不同類型設備的使用情況進行供電運行方式的細微調整，以此來保證供電系統的運行安全及運行可靠性。

3供電系統防雷改造

3.1煤礦現場勘探情況

四通煤礦供電系統在運行過程中，出現了供電系統中斷的運行故障。因此，對該煤礦進行了現場勘探。據考察可知，架空線上的避雷器及絕緣子出現了不同程度的損壞現象，如圖1所示。由此，對供電系統中變電所的值班記錄及高壓開關測控裝置中的數據記錄進行查看，整套系統在1個月時間內發生了接近10次的跳閘現象，占全面跳閘事故的45%。其中，系統的電流1段用電保護動作約12次，對供電系統起到了較好的保護作用。同時，該煤礦中的架空線采用了三角形方式進行布局，整體具有較高的耐雷水平，而架空線路的布局相對較為平坦，容易遭受外界雷擊作用。雖在現有的供電系統中配備了避雷器及絕緣子，但由于系統發生了多次跳閘事故，導致所配備的電氣設備出現了不同程度的損壞現象，大大降低了供電系統的避雷性能，提高供電系統的防雷措施已成為當下提高供電系統綜合性能的重點內容。

3.2架設避雷線措施

結合四通門口供電系統運行特點及使用中存在的問題，對其進行架設避雷線的防雷措施。其措施主要是將避雷線與大地接觸，當雷電到來時，通過避雷線將雷電傳輸至大地中進行抵消中和。鑒于避雷線采用的是與地面直接接觸，這樣可將塔桿上的電流也迅速傳遞至地面進行抵消，由此，大大提高了供電系統的防雷效果。同時，通過對塔桿頂部的高度、降低架空線高度兩種措施，并將設計的避雷線在全電線上進行安裝，可有效提高供電系統的防雷性能。另外，在避雷線安裝時，需保證其與橫擔端部邊及橫擔中部邊兩者之間的夾角控制在20°~35°范圍內，并保證架空線的最小間距控制在1m范圍內，以此保證避雷線具有最佳的避雷效果。

3.3加裝避雷器措施

結合上述分析，現有的避雷器在一定程度上已無法滿足當下煤礦供電系統的避雷防護要求。因此，需在現有避雷器設計基礎上加裝更多型號的避雷器。根據安裝現場可知，避雷器主要安裝在絕緣子旁邊，當線路中承受著較大電流時，部分電流將會沿著塔桿傳遞至地面，另一部電流則會傳遞至避雷器，最終傳遞至大地，而當電流超過避雷器的極限閥值時，避雷器因瞬間承受較大沖擊電流而將會被擊穿。避雷器的使用，將會使流經絕緣子的電流大大降低，從而實現對絕緣子的有效保護。目前，避雷器的安裝方式相對較多，主要包括單相、雙相及多相等安裝方式，但不同的安裝方式將會造成不同的安裝成本。因此，針對四通煤礦的供電系統特點，對加裝的避雷器采用了單相方式進行安裝，可降低避雷器的成本。避雷器的安裝，大大提高了供電系統的耐雷水平，可有效降低雷電的電流幅值。因此，在該供電系統中，選用了YH5WS型避雷器，其額定電壓為17kV，雷電擊穿電流下殘值為50，高度可達255mm，能較好地滿足現有煤礦供電系統的避雷需求，提高整個煤礦的作業安全性。

3.4降低桿塔接地電阻措施

當系統遭受雷擊時，雷電流將會擊穿避雷器傳輸至接地裝置，此時若接地電阻過大，將會產生較高的反擊電壓，對系統的運行安全構成重要影響。針對此情況，可采用降低塔桿接地處的電阻值，主要包括在接地裝置上增加降阻劑、增加接地模塊、更換土壤等措施，并對系統的防雷接地情況進行及時測試。因此，系統采用了怡佳防雷公司的TJ-03型降阻劑，該降阻劑具有使用壽命長、無污染、成本低等特點。同時，在接地電阻上增加了TJ-MK-F型接地模塊，該模塊主要由性能穩定、導電性強的電解物、非金屬礦物、極芯等組成，而極芯則與接地電阻進行連接，增加了接地電阻的散熱面積，實現對接地電阻的減小作用。另外，桿塔的接地極采用Φ12mm鍍鋅圓鋼，其間隙設置為220mm，預埋深度增加至1.2m，也可降低桿塔的接地電阻。由此，實現對供電系統避雷性能的提升。

4改進后效果分析

為進一步驗證上述開展的四通煤礦供電系統避雷性能提升設計，對其運行效果進行分析，統計了系統運行半年的使用情況。結果表明，改進后的供電系統在電氣及機械等方面的故障發生率得到了明顯降低，避雷器基本未出現擊穿現象，絕緣子的使用壽命明顯提高。在整個運行過程中，供電系統僅發生了一次停電事故，其原因僅為電氣系統中其他電氣元件發生老化現象導致，與原有供電系統相比，最終使設備正常運行的時間增加了近500h，正常運行時間提高了20%左右，保證了煤礦的正常生產作業。據統計，按照此運行規律，可使四通煤礦1年的產值提升3500萬左右，并使電氣設備的維修費用減少250萬左右。另外，采用該供電系統后，大大降低了設備的運行故障率，對提高煤礦的管理水平及作業人員的安全性具有顯著作用。

5結束語

四通煤礦現有供電系統在使用過程中經常出現短路、斷電等故障問題，其中，因雷擊導致的供電系統無法正常運行故障概率最為明顯，嚴重影響井下用電設備的工作效率及作業安全。隨著現有技術的不斷發展，將更加先進的技術應用到現有供電系統中，已成為當下煤礦企業研究的重點內容。因此，分析了現有供電系統使用中存在的問題，通過采取架設避雷線及避雷器等改進措施，開展了供電系統防雷改造研究，并對其實際運行效果進行了統計分析。結果表明，改進后的供電系統具有更低的故障發生率，大大縮短了井下停電時間，提高了井下設備的運行效率和企業的經濟效益。

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作者：何金龍 單位：晉能集團