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[摘 要]黑色金属矿山井下供电设备在实现供电安全、可靠、经济，还应该具备一定的电气保护功能，本文着重分析了目前矿山供电设备的过流、漏电和接地保护三种电气保护，并对新型的综合电气保护装置进行阐述分析。
[关键词]黑色金属矿山井下 供电设备 电气保护
中图分类号：TD611 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0134-01
随着我国采掘业的发展，许多先进的井下采掘设备被大量使用，这就对矿山井下供电设备提出了严格的要求，供电设备必须实现供电安全、可靠、经济。然而由于矿山井下的特殊工作环境，供电设备运行时具有高度的危险性。因此井下供电设备为保障其正常运行必须具备一定的电气保护功能。
1 矿山井下供电设备的种类
矿山井下供电电源一般引自地表高压配电室或架空线路，电源线采用铠装电缆沿副井或风井敷设至井下中央变电所，由中央变电所再送到采区变电所或移动变电站降压，得到所需等级的低压电，然后经过采掘工作面配电点，向采掘机械等设备供电。这些供电系统中都包括三大类设备：
1.1 电源转换设备
这包括将地面高压电源转化为矿井内直流或交流电源的转化设备，如矿用变压器、矿用低损耗动力变压器、隔爆干式变压器、隔爆型移动变电站等。
1.2 电能分配装置
这包括将矿井内经矿用变压器转换的电能向矿井内生产工作面和矿井巷道合理的分配、断开、接通电能，如隔爆自动馈电开关、高压真空配电装置等
1.3 电能输送介质
这包括将地面高压电能输送到矿井内部的电缆，和矿井内部由矿井内变压器向各工作面输送电能的低压电缆及架空电缆。
2 矿山井下供电设备的工作条件及性能要求
2.1 矿山井下供电设备的工作条件
2.1.1 高湿度
由于矿山开采矿物种类的不同，矿井内部条件千差万别，但是由于大多数矿井都处于地下几十米到几百米，在这种地层中矿井一般空气潮湿，巷道及硐室又经常有滴水、淋水，甚至出现涌水等现象。
2.1.2高粉尘、通风条件差
由于矿井身处地下，矿井工人放炮后产生的粉尘较大，无法自然通风，矿井采用通风管道强制通风，但是受到深度、活动空间和通风机械的限制，通风效果与地面是无法比拟的。
2.1.3 温度高
矿井在地下由于每下降1km温度就上升10℃，这样随着掘进深度的增加，矿井内部温度会逐渐升高，同时由于通风设备的限制，这都会造成矿井内部的高温。
2.1.4 人为干扰多、易受损
在礦井中由于采掘面的不断延伸，矿井内的供电设备需要不断移动，并由于开采面地质不同，采掘面的用电负荷会有较大变化，同时设备的运行也会频繁启动，如遇到坚硬的地层很可能会超载运行，造成供电设备电流的产生大幅变化，另一方面随着工作面的拓展矿井内地层或有变化和开采放炮，井下供电设备可能受到砸压。
2.2 供电设备在矿井井下的影响
2.2.1 绝缘性能的下降
矿井井下的高温、高湿、高粉尘等情况会大大影响，供电设备的绝缘强度，轻者造成供电设备内部短路、漏电等问题缩短设备的使用寿命，重者造成供电设备的报废。
2.2.2 易造成设备烧损
矿井井下由于沼气和粉尘的存在，极易构成可燃气体和粉尘爆炸的条件，当这些物质达到一定浓度时，供电设备动作产生的电弧、电火花及局部高温击穿空气，造成设备电弧烧损。
3 矿山井下供电设备的电气保护
由于矿山井下高粉尘、高温高湿的特殊环境，为保障供电设备在井下安全稳定的运行，根据国家有关规定，井下所选供电设备采用矿用一般型，同时要保证供电设备在高电压、高负荷的供电情况下，具有一定的电气保护从而实现供电性能及可靠性的提高。目前矿山井下供电设备的电气保护主要有过流保护、漏电保护和接地保护三种。
3.1 过流保护
矿井井下采掘现场地质条件复杂，设备众多，采掘设备运行时电流变化幅度大极易造成设备过流和短路，因此过流保护主要是过载保护和短路保护。
3.1.1 过载保护
过载保护是指当井下采掘设备负载突然增加，供电设备断相运行以及供电设备电压降低等造成供电设备电流超过额定电流做出相应的保护动作。如果供电设备长期过载运行，会加速促使供电设备内部绕组绝缘老化、损坏。因此过载保护的动作时间要与过载电流大小相一致，其动作值设定小于短路保护的动作值。动作延时取决于过载程度，延时时长由时间继电器控制，过载时，电流继电器动作，其触点接通时间继电器线圈，经延时后时间继电器触点动作，使执行机构动作，切断主回路电源，同时发出过载信号。过载保护可由电磁式继电器、电子式继电器和热继电器实现。
3.1.2 短路保护
短路保护是供电设备绝缘遭到损坏、所带采掘设备短路时将产生短路时及时动作切断电源设备从而保护供电设备。因为短路故障电流是供电设备额定电流的十几到几十倍，因此使短路保护的动作时间要短，其动作值设定较大，在很短的时间内切断电源。短路保护可由电磁式继电器和电子式继电器实现。
3.2 漏电保护
由于矿山井下供电设备运行在高温高湿环境中，极易造成供电设备绝缘电阻下降，导致人身触电和漏电火花引发危险。因此在井下供电设备必须具备漏电保护装置实现绝缘监视、漏电保护的功能。
供电设备的漏电保护装置要能够经常监视电网的绝缘电阻，以便进行预防性维修。当监测到绝缘电阻降低到危险值或供电网一相接地时，能很快的使自动开关跳闸，切断电源，防止触电或漏电事故。而当人触及电网一相时，漏电保护设备在切断电源的同时还要能够补偿人身的电容电流，从而减少通过人体的电流，降低触电危险性。这可以通过采用非选择的简漏继电器来实现。
3.3 接地保护
在正常情况下，供电设备的金属外壳及架构不带电，但如果供电设备的绝缘损坏，其金属外壳和架构就要带电。当人触及此电气设备时就会发生触电事故，因此要通过接地保护限制通过人身的电流。接地保护的关键是将井下接地系统的接地电阻降低到规定的范围内，就可以使流过人体的电流不超过安全极限电流，达到减少触电危险的目的。
目前接地保护中的接地系统是由主接地极、局部接地极、接地母线、接地导线和接地引线等组成。。
3.4 矿山井下供电设备的综合电气保护
目前随着井下供电设备的集成化的提高，移动式变电站综合自动化系统得到广泛的推广，实现电气控制从热电磁到电子智能保护的转变。新型综合保护装置不仅体积小，而且有标准的插接接口。保护模块性能优越、可靠性高、灵活性强、调试维护方便，维护中采用微电脑开放式软硬件控制系统，实现嵌入分布式结构与多进程并行工作方式，丰富人机对话功能确保煤矿供电设备的安全运转。
4 结束语
随着科技发展，矿山井下供电技术也在不断的改进和发展，同时供电设备的电气保护也逐步小型化、集成化。我们有理由相信同今后的供电设备电气保护并将在高新技术应用和观念上有更新的突破。
参考文献
[1] 刘思沛编.矿山供电[M].北京：机械工业出版社 2004年
[2] 刘长岭编.井下电工[M].北京：中国矿业大学出版社，2002年
[3] 刘兵编. 矿山供电[M].北京：中国矿业大学出版社，2001年
[关键词]黑色金属矿山井下 供电设备 电气保护
中图分类号：TD611 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0134-01
随着我国采掘业的发展，许多先进的井下采掘设备被大量使用，这就对矿山井下供电设备提出了严格的要求，供电设备必须实现供电安全、可靠、经济。然而由于矿山井下的特殊工作环境，供电设备运行时具有高度的危险性。因此井下供电设备为保障其正常运行必须具备一定的电气保护功能。
1 矿山井下供电设备的种类
矿山井下供电电源一般引自地表高压配电室或架空线路，电源线采用铠装电缆沿副井或风井敷设至井下中央变电所，由中央变电所再送到采区变电所或移动变电站降压，得到所需等级的低压电，然后经过采掘工作面配电点，向采掘机械等设备供电。这些供电系统中都包括三大类设备：
1.1 电源转换设备
这包括将地面高压电源转化为矿井内直流或交流电源的转化设备，如矿用变压器、矿用低损耗动力变压器、隔爆干式变压器、隔爆型移动变电站等。
1.2 电能分配装置
这包括将矿井内经矿用变压器转换的电能向矿井内生产工作面和矿井巷道合理的分配、断开、接通电能，如隔爆自动馈电开关、高压真空配电装置等
1.3 电能输送介质
这包括将地面高压电能输送到矿井内部的电缆，和矿井内部由矿井内变压器向各工作面输送电能的低压电缆及架空电缆。
2 矿山井下供电设备的工作条件及性能要求
2.1 矿山井下供电设备的工作条件
2.1.1 高湿度
由于矿山开采矿物种类的不同，矿井内部条件千差万别，但是由于大多数矿井都处于地下几十米到几百米，在这种地层中矿井一般空气潮湿，巷道及硐室又经常有滴水、淋水，甚至出现涌水等现象。
2.1.2高粉尘、通风条件差
由于矿井身处地下，矿井工人放炮后产生的粉尘较大，无法自然通风，矿井采用通风管道强制通风，但是受到深度、活动空间和通风机械的限制，通风效果与地面是无法比拟的。
2.1.3 温度高
矿井在地下由于每下降1km温度就上升10℃，这样随着掘进深度的增加，矿井内部温度会逐渐升高，同时由于通风设备的限制，这都会造成矿井内部的高温。
2.1.4 人为干扰多、易受损
在礦井中由于采掘面的不断延伸，矿井内的供电设备需要不断移动，并由于开采面地质不同，采掘面的用电负荷会有较大变化，同时设备的运行也会频繁启动，如遇到坚硬的地层很可能会超载运行，造成供电设备电流的产生大幅变化，另一方面随着工作面的拓展矿井内地层或有变化和开采放炮，井下供电设备可能受到砸压。
2.2 供电设备在矿井井下的影响
2.2.1 绝缘性能的下降
矿井井下的高温、高湿、高粉尘等情况会大大影响，供电设备的绝缘强度，轻者造成供电设备内部短路、漏电等问题缩短设备的使用寿命，重者造成供电设备的报废。
2.2.2 易造成设备烧损
矿井井下由于沼气和粉尘的存在，极易构成可燃气体和粉尘爆炸的条件，当这些物质达到一定浓度时，供电设备动作产生的电弧、电火花及局部高温击穿空气，造成设备电弧烧损。
3 矿山井下供电设备的电气保护
由于矿山井下高粉尘、高温高湿的特殊环境，为保障供电设备在井下安全稳定的运行，根据国家有关规定，井下所选供电设备采用矿用一般型，同时要保证供电设备在高电压、高负荷的供电情况下，具有一定的电气保护从而实现供电性能及可靠性的提高。目前矿山井下供电设备的电气保护主要有过流保护、漏电保护和接地保护三种。
3.1 过流保护
矿井井下采掘现场地质条件复杂，设备众多，采掘设备运行时电流变化幅度大极易造成设备过流和短路，因此过流保护主要是过载保护和短路保护。
3.1.1 过载保护
过载保护是指当井下采掘设备负载突然增加，供电设备断相运行以及供电设备电压降低等造成供电设备电流超过额定电流做出相应的保护动作。如果供电设备长期过载运行，会加速促使供电设备内部绕组绝缘老化、损坏。因此过载保护的动作时间要与过载电流大小相一致，其动作值设定小于短路保护的动作值。动作延时取决于过载程度，延时时长由时间继电器控制，过载时，电流继电器动作，其触点接通时间继电器线圈，经延时后时间继电器触点动作，使执行机构动作，切断主回路电源，同时发出过载信号。过载保护可由电磁式继电器、电子式继电器和热继电器实现。
3.1.2 短路保护
短路保护是供电设备绝缘遭到损坏、所带采掘设备短路时将产生短路时及时动作切断电源设备从而保护供电设备。因为短路故障电流是供电设备额定电流的十几到几十倍，因此使短路保护的动作时间要短，其动作值设定较大，在很短的时间内切断电源。短路保护可由电磁式继电器和电子式继电器实现。
3.2 漏电保护
由于矿山井下供电设备运行在高温高湿环境中，极易造成供电设备绝缘电阻下降，导致人身触电和漏电火花引发危险。因此在井下供电设备必须具备漏电保护装置实现绝缘监视、漏电保护的功能。
供电设备的漏电保护装置要能够经常监视电网的绝缘电阻，以便进行预防性维修。当监测到绝缘电阻降低到危险值或供电网一相接地时，能很快的使自动开关跳闸，切断电源，防止触电或漏电事故。而当人触及电网一相时，漏电保护设备在切断电源的同时还要能够补偿人身的电容电流，从而减少通过人体的电流，降低触电危险性。这可以通过采用非选择的简漏继电器来实现。
3.3 接地保护
在正常情况下，供电设备的金属外壳及架构不带电，但如果供电设备的绝缘损坏，其金属外壳和架构就要带电。当人触及此电气设备时就会发生触电事故，因此要通过接地保护限制通过人身的电流。接地保护的关键是将井下接地系统的接地电阻降低到规定的范围内，就可以使流过人体的电流不超过安全极限电流，达到减少触电危险的目的。
目前接地保护中的接地系统是由主接地极、局部接地极、接地母线、接地导线和接地引线等组成。。
3.4 矿山井下供电设备的综合电气保护
目前随着井下供电设备的集成化的提高，移动式变电站综合自动化系统得到广泛的推广，实现电气控制从热电磁到电子智能保护的转变。新型综合保护装置不仅体积小，而且有标准的插接接口。保护模块性能优越、可靠性高、灵活性强、调试维护方便，维护中采用微电脑开放式软硬件控制系统，实现嵌入分布式结构与多进程并行工作方式，丰富人机对话功能确保煤矿供电设备的安全运转。
4 结束语
随着科技发展，矿山井下供电技术也在不断的改进和发展，同时供电设备的电气保护也逐步小型化、集成化。我们有理由相信同今后的供电设备电气保护并将在高新技术应用和观念上有更新的突破。
参考文献
[1] 刘思沛编.矿山供电[M].北京：机械工业出版社 2004年
[2] 刘长岭编.井下电工[M].北京：中国矿业大学出版社，2002年
[3] 刘兵编. 矿山供电[M].北京：中国矿业大学出版社，2001年