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提高煤矿供电安全可靠性综合措施研究 论文关键词煤炭井下开采 低压供电系统 用电安全 系统可靠性 论文摘 要在分析了煤矿井下低压供电系统现状后，对提高煤矿供电安全可靠性的技术措施进行了详细分析谈论。 众所周知，我国煤炭资源开采大多是在井下进行，其特殊的开采空间、煤层结构使得煤矿井下环境十分恶劣。采掘面周围含有大量的瓦斯、煤尘等易燃、易爆物质，如果用电不当，很容易由于用电设备出现漏电等发生电火花引起井下发生瓦斯、煤尘爆炸等严重事故。本文将结合我的工作经验，就工程中常用的提高煤矿矿井供电系统安全可靠性的具体对策和措施进行归纳总结，以便为其它相关工程提供一点借鉴意义。 一、系统可靠性 系统是指为了完成某一特定功能，由若干个彼此有联系而且又能相互协调工作 的单元所组成的综合体。 1、可修复系统和不可修复系统分析比较 顾名思义，可修复系统是指通过维修而恢复功能的系统。而不可修复系统是指系统或组成单元一旦发生故障，不再修复，处于报废状态的系统。不再修复的原因多种多样在技术上不能修复、在经济方面不值得修复或者对于一次性设备系统没必要修复。 可修复系统和不可修复系统，前者是发生故障后，经过维修可以恢复到正常状态的系统。对于这种系统，主要是维修的速度和由发生故障恢复到正常状态所需要的时间。后者是发生故障后不能修复或者难以修复的系统。对于这样的系统，就需要在初始阶段进行可靠性设计，使之不发生故障或者难以发生故障。对于可修复系统要求它可靠地、不停机地连续工作，偶尔发生故障也要求停机时间尽可能缩短。而对于汽车、拖拉机、机床等非连续工作的产品，则只要求经常处在可用状态。飞机等按照时刻表运行的产品则要求有较严格的时间性。电力、煤气、通讯等设备由于公用性较强，因此要求这样的系统安全性要好，维修速度要高。因而我们在讨论可修复系统时应该研究可靠性、可维修性以及有效性等三个方面的内容。 对于不可维修系统来说，我们总是希望系统具有较高的可靠性，或者说系统不易发生故障。对于可维修系统来说，不仅如此，而且还希望产品本身一旦发生故障时，在规定的维修条件下，如何便于发现故障、排除故障，这称为维修性设计问题。 由于故障发生的原因、部位、程度不同，系统所处环境不同，以及维修工具及修理人员水平不同，因而修复时间是一个随机变量。因此，研究可修复系统的可靠性，不仅包含系统的狭义可靠性，而且还应包括维修因素在内的广义可靠性。 研究可修复系统的主要数学工具是随机过程，最常用的数学方法是马尔科夫过程方法。马尔科夫过程是如果状态间的转移是随机性的，这个过程被称为随机过程，而对于那种其转移概率与过去有限次前的状态完全无关的过程，则叫做马尔科夫过程。显然马尔科夫过程是研究“无后效性”结构随机过程的一个很有用的数学模型。 此外，可修复系统和不可修复系统在一些概念的定义上也是有所不同的。如 可靠度的观测值 a．对于不可修复的产品，是指直到规定的时间区间终了为止，能完成规定功能的产品数与在该时间区间开始时刻投入工作的产品数之比。 b．对于可修复产品是指一个或多个产品的无故障工作时间达到或超过规定时间的次数与观察时间内无故障工作的总次数之比。 平均寿命（平均无故障工作时间）的观测值 a．对于不可修复的产品，当所有试验样品都观察到寿命终了的实际值时，是指它们的算术中均值；当不是所有试验样品都观测到寿命终了的截尾试验时是指受试样品的累积试验时间与失效数之比。 b．对可修复的产品，是指一个或多个产品在它的使用寿命期内的某个观察期间累积工作时间与故障次数之比。 累积失效概率的观测值 对于不可修复和可修复的产品都等于一减可靠度的观测值。 平均失效率的观测值 a．对于不可修复的产品是指在一个规定时期内失效数与累积工作时间之比。 b．对于可修复的产品是指它的使用寿命期内的某个观察期间一个或多个产品的故障发生次数与累积工作时间之比。 这两种系统的区别必须区分，以便在可靠性预测、可靠性分配中更加具有针对性、更加准确。（可靠性预测指按照已知零部件或各单元的数据，计算系统的可靠性指标。对系统的几种结构模型的计算、比较以得到满意的系统设计方案和可靠性指标。可靠性分配指按照已经给定的系统可靠性指标，对组成系统的单元进行分配，并在多种设计方案中比较、选优。） 二、 煤矿井下供电系统现状分析 煤矿井下供电系统中采用防爆型及增安型电器设备，在很大程度上提高了低压供电系统的安全水平，但是由于大多煤矿井下供电系统存在负荷分配不均、谐波污染严重、设备型号不匹配等问题，给井下安全用电埋下了许多安全隐患。我国煤矿井下低压供电系统采用中性点不接地方式 ,其优点是大大降低了电网接地电流和电容电流 ,提高了人身触电安全性和供电设备的安全性。供电方式与国外大体一致 ,主要采用中央变电所设有主变压器 ,总馈电开关向各分支开关馈电方式。但煤矿井下防爆电气安全水平不高 ,主要表现为产品设计不近完善 ,造成故障率及可靠性差 ,直接影响采掘工作面安全生产。尤其是电气故障引起的故障 电火引燃的瓦斯煤尘爆炸事故时有发生 ,由此造成的伤亡人数呈逐年上升趋势 ,给煤炭工业的社会声誉和社会稳定造成了极大的负面影响。低压供电系统防爆电器是煤矿生产必需的供电设备和控制设备 ,其性能好坏不仅直接影响煤矿井下高低压供电系统的正常供电 ,而且 ,直接影响采掘工作面生产设备的正常运转。因此 ,如何解决矿井供电系统电气防火防爆安全 ,已引起人们的重视。防爆电器传统的的安全措施是采用防爆外壳、 本质安全电路及各种保护装置 ,多年来的运行实践表明 ,这些安全措施对防止电火引燃引爆矿井瓦斯 ,保障人身安全起到了重要作用。然而 ,产品设计存在着不完善性 ,防爆外壳的结构具有一定的局限性 ,存在着极大安全隐患 ,这些措施不能控制故障电火引起的瓦斯煤尘爆炸事故的发生。 2.1主变压器容量不足 井下负荷容量远远大于供电系统原设计容量，从而造成主变压器长期运行在低效运行工况条件下，不仅降低了供电系统供电可靠性和供电质量水平，同时系统长期运行在过负荷条件下，很容易导致变压器出现过热、绝缘老化、供电电缆出现发热燃烧引起瓦斯爆炸事故，不仅给煤炭开采企业带来巨大经济损失，同时还会影响企业的社会信誉。 2.2供电电能质量水平较低 随着电力电子技术、通信技术、自动控制技术等在煤矿井下机电设备中应用的不断完善，大量自动化水平较高的大功率机电设备已成为煤矿井下主要操作设备，在很大程度上提高了煤矿井下开采综合自动水平，但同时大量变频整流设备（如变频调速控制系统、软启动智能控制系统等）在井下供电系统中的广泛使用，其正常工作时所产生的谐波分量，会通过低压供电线路直接反馈入煤矿矿井低压供电系统中，使井下配电网有功和无功间不能保持原有的平衡，供电电压出现畸变等低质量电能，不仅影响井下开采设备的高效运行，同时还可能造成井下各类继电保护和在线监测系统出现“误动”或“拒动”情况，大大降低井下供电系统运行安全可靠性。 2.3人为误操作 煤矿矿井不仅操作范围较小，同时还是一个多工种同时作业环境，这就给井下煤炭生产安全用电提出了更高的要求。 2.4防爆电器自身防爆性能不符合规范要求 为了提高井下供电系统的安全可靠性，保证井下作业员工的人身财产安全，国家已经在相关文件或规范中明令淘汰或禁止使用一批在操作过程中会产生较大能量电弧的分支线路空气开关。在实际生产过程中发现，有些煤矿由于改造资金缺乏或相关企业法人不重视等因素的影响，这些明令禁止的开关设备依然在煤矿矿井中作为主要的电源控制开关，直接影响到煤矿矿井低压供电系统可靠性，严重威胁着井下从事煤炭生产人员和设备的安全[2]。 2.5煤矿矿井供电系统在线安全监测系统自动化水平较低 由于受当时建设技术水平和投资资金的制约，很多煤矿矿井低压供电系统均没有配置供电系统安全实时监测监控系统，致使井下供电系统的综合运行工况数据信息不能实时反馈回地面，导致地面相关电力调度管理人员无法技术掌握井下供电系统运行情况，对可能发生的安全隐患和故障无法及时作出有针对性的操作和补救决策，引起事故进一步扩大，造成巨大的人身财产损失。 三、提高煤矿矿井供电系统安全可靠性措施研究 3.1构筑合理的井下供电结构 合理可靠的供配电结构是煤矿井下开采安全可靠、节能经济用电的重要基础保证。任何分支回路都是独立运行的，不能在在分支线路上“T”接其它负荷，并及时调整进行开采供电结构，动态优化内部配电线路结构，减少供配电过渡环节和冗余线路，提高供电系统运行安全经济可靠性[2]。 3.2选用先进动态无功补偿及消谐装置 通过设备无功和有功容量间的自调节，不仅可以提高矿井低压供电系统的安全可靠性和供电综合质量水平，为井下各电气设备提供功率因数和供电质量均优越的电能资源，同时还可以有效抑制井下低压供电系统中各机电设备运行时产生的高次谐波分量，降低谐波对供配电网的冲击，保证各煤矿开采机电设备高效稳定运行，提高其综合使用寿命。 3.3构筑完善井下低压供电系统继电保护系统 在低压供电系统继电保护设计和技术改造时，应充分结合分级闭锁和选择性断电控制技术，保证井下各机电设备高效稳定、节能经济运行，为矿井低压供电系统安全可靠供电提供重要支持。在低压供电系统中按照分级闭锁和选择性断电原则，构筑完善的继电保护系统，可以有效杜绝井下工人的人为误操作事故发生，从而有效提高矿井供电系统防火防爆综合安全性能。 3.4配置先进供电安全实时在线监测系统 对于供电系统中存在的高隐患非安全型或高耗能型设备应予淘汰并重新规划选型。要下大力气加大资金投入，以提高低压供电系统的安全可靠性能，保证井下煤炭开采工作高效经济进行。 四、感想 煤矿井下供电系统运行在一个复杂环境中，提高其运行安全可靠性是一项系统、长期持久的工作，必须结合煤矿井下煤矿开采的实际情况，将人力、物力、环境等多方面因素有机结合起来，整体协调配合进行充分考虑设计，制定完善井下安全供电措施方案，有效提高煤矿井下低压供电系统供电可靠性，保障井下煤矿开采安全稳定、节能经济的高效进行。 参考文献 1.陈国呈.变频调速及软开关电力变换技术[M].北京北京机械工业出版社，2004. 2. 程五一等. 系统可靠性理论. 北京 中国建筑工业出版社,2010