矿用电缆范文

导语：如何才能写好一篇矿用电缆，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词 电缆；故障；原因；处理

中图分类号TD623 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）49-0147-02

井下常用电缆分为三类，即铠装电缆、塑料电缆和矿用橡套软电缆。铠装电缆和塑料电缆主要用于井下干线式供电或向固定、半固定设备供电，矿用橡套软电缆主要用于向移动设备供电。

1 常见故障的原因及预防措施

在井下供电中，常见的电缆故障有相间短路、单相接地和断相等故障。

1.1 电缆相间短路故障

相间短路故障是电缆常见故障之一，其原因主要有以下几方面：

1）制作铠装电缆接头时，工艺不符合要求，三叉门处的绝缘受到损伤，接线盒内的绝缘填充物老化、开裂、受潮；低压橡套电缆受到严重撞击，接线盒内的接线有毛刺，遭遇淋水、接线头虚接产生高温或电火花而发生短路故障。

预防措施：严格接线工艺，提高连接处密封与绝缘，防止水气侵入。加强巡视，避免任何外力冲击损伤。

2）电线的铠装带裂开，铅包有裂纹；低压橡套电缆出现降低相间绝缘性能的破口。此时，如潮气侵入，会发生短路故障。

预防措施：加强维护，避免机械伤害，敷设和搬移动过程中，弯曲半径不应小于最低允许弯曲半径值。

3）铜-铝、铝-铝连接头，压接工艺不当，质量不合适，造成接触不良、阻值增大和温度过高而出现短路故障。

4）库存电缆时间长，两端铅封不严，绝对受潮，不做试验直接投入运行，导致出现短路故障。

预防措施：切除受潮部分，先做耐压试验，试验合格后方可接入运行。

1.2 单相接地故障

《煤矿安全规程》规定：严禁井下配电变压器中性点直接接地；严禁由地面中性点立接接地的变压器或发电机直接向井下供电。因此，井下供电系统是一个中性点不接地的供电系统。单相接地故障也叫单相漏电接地故障，是井下常见故障。

单项接地故障事故原因主要有：机械损伤破坏绝缘，电缆接线工艺粗糙，有毛刺，接头脱落碰及外夫，热补或冷补质量不合格，线路上出现“鸡爪子”、“羊尾巴”等。

预防措施：加强维护管理，消除隐患；严格按《煤矿安全规程》要求证行敷设、吊挂、连接。

1.3 电缆断相故障

电缆主芯线断开称为断相，也杨；做断线。其主要原因有：被采掘运输机械刮断，接线端子处虚接而被烧断，爆破崩断电缆。预防措施：加强维护、管理。

2 故障性质的判断及处理

2.1 电缆故障性质的确定

电缆线路出现故障，应首先判明故障的性质。电缆故障除了因缆芯之间或缆芯对外皮间的绝缘破坏形成短路、接地和因缆芯的连续性受到破坏形成断线和不完全断线两种情况外，有时也发生兼有两种情况的混合式故障。通常以第一类故障居多，其小短路接地又有高阻和低阻之分。判断故障的性质可以从保护跳闸的情况分析，可以用测量的方法，也可以从故障线路的状态进行观察和分析。

1）相间短路故障的判定

若发生相间短路，则会出现短路保护装置熔件被烧断或过电流继电器动作，使开关跳间；可以用兆欧表(摇表)测量各芯线之间的绝缘；也可以手感由于短路电流造成电缆的发热，查找是否有短路崩破电缆护套的爆破点。短路的出现往往伴随着绝缘烧焦气味，据此可判定是否是短路故障。

2）单相接地故障的判定

发生单相接地故障，首先表现为漏电继电器动作馈电开关跳间或接地监视装量、漏电闭锁装置动作，并显示相应的指示信号，也可使用兆欧表测量各芯线对地的绝缘电阻值或用其他测量方法判定是否单相接地。

3）断相（断线）故障的判定

断相有断单相、断的相和断三相三种。发生单相断线故障时，若用电设备是电动机，它将造成单相运转，转矩明显减小，运转声音不同于正常运转之声，此时过负荷保护装置和断相保护装置动作。发生两相和三相断线故障时，电动机自然会停止运转。馈电开关或起动控制设备在断相保护装置的作用下，能够自动跳闸。也可以用兆欧表测量。若用万用表测量时先对电缆放电，然后测量各芯线的通断，不通时即为断相。

2.2 电缆故障的处理

在进行电缆故障的探测和处理过程中，应注意的问题有以下几点：

1）电缆故障发生后，吕先要根据故障现象和状态，初步判明故障类型，并及时向个管部门或矿调度室汇报。组织有关人员进行处理。若遇非选择性漏电继电器动作，其收视的供电线路为多条敷设式线路，尚不能确定为哪条线路漏电，汇报时应将这儿条线路一并汇报清楚；

2）当电缆故障引起火灾时，应立即切断电缆的电源，并挂标志牌，同时不失时机地进行灭火救灾。若火势蔓延较快不能立即扑火时、应马上通知附近人员撤离危险区，并向队、区（科）、矿汇报，共向来取灭火措施或按矿救灾计划进行灭火；

3）若遇掘进工作面局部通风机线路出现故障，比立即向矿调度、机电主管部门汇报，并及时通知该工作面人员撤出；

4）当采用地面测试的方法（直流电桥法、临时接线测量、低压脉冲法、音频感应法等）探测时，应有总工程师批示的安全措施。其内容主要包括在进风向的巷通风流中进行探测；瓦斯浓度必须在1.0%以下时，方可进行；对并下采掘作由及附近巷道，处用普通型便携式电气测量仪表探测时，必须由瓦斯检食员检查该地点的瓦斯含量，只有其瓦斯浓度在1.0%以下时，方可使用。当确定了故障性质和故障点后予以处理时，必须将故障电缆和其他电缆隔离开。

参考文献

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【关键词】 煤矿 高压电缆 接线盒 温度监测

煤炭是我国能源生产和消耗的主体，在一次能源和二次能源中占有重要的地位，在未来的一段时间内煤炭在能源结构中的主导地位不能动摇。随着煤矿开采强度的增加和深度的增加，煤矿电网的的规模和容量急剧增加，矿用高压电缆接线接线盒的数量越来越多。矿用高压电缆经常发生故障，严重影响了煤矿井下的安全生产工作的顺利开展，据不完全统计，井下电缆事故70%是由于电缆接线盒内连接引起的。目前，我国煤矿井下高压电缆接线盒维护普遍采用工作人员定期巡查，人为检验接线盒的状态好坏，这种方法浪费了大量劳动力，检验过程复杂、可靠性低，严重制约着煤矿井下安全生产的稳定性和生产效率。

一、矿用高压电缆接线盒

矿用高压电缆接线盒是煤矿井下应用较多的设备其主要由防爆外壳、接线端子和基座组成，防爆外壳为钢板结构，上盖采用螺栓压紧结构，两侧为电源线进出线端口，接线端子位于壳体内的基座上，连接时采用压板将电缆接头压接，接线端子固定在机座上，基座为高压瓷瓶结构，基座上设有辅助接线端子。矿用高压电缆接线盒适用于爆炸性气体（甲烷）和煤尘混合物的矿井中，用于连接交流50Hz，电压3.3kV、6kV和10kV电网中的电缆。矿用高压电缆接线盒用于周围空气温度-20℃―+40℃、空气相对湿度不大于95%（+25℃）、无强烈颠簸和冲击震动、无滴水和雨雪侵入的工作场合。

二、矿用高压电缆接线盒温度监测系统设计

煤矿井下巷道结构复杂，大部分为树形或者鱼刺形结构，井下电网结构十分复杂，高压电缆接线盒具有分布面广、相距较远、集中性差等特点。结合以上特点，以数字信号处理器（DSP）为核心设计矿用高压电缆接线盒温度监测系统，系统主要由DSP最小系统、温度检测单元、超温报警单元、显示单元和通信单元组成，其中DSP最小系统采集温度监测单元反馈的数据，并进行计算、处理；温度检测单元用于接线盒内部温度测量，超温报警单元以声音和光的方式提示超温故障，显示单元用于显示系统的工作状态和接线盒内部温度情况，通信单元用于实现监测系统与计算机之间的通讯，下边对DSP最小系统、温度检测单元和超温报警单元进行详细设计。

2.1 DSP最小系统设计

数字信号处理器（DSP）TMS320F2812最高数据处理频率可达到150MHz，具有12位16通道模/数转换器，单路转换时间最快可达60ns，具有浮点型数据计算函数库，能够在定点处理器上实现浮点计算，同时在处理器中集成了具有串行通信和eCAN通讯标准通信接口，方便了与上位机和一些测量设备的数据传送，在伺服电机控制、电气设备状态监测、汽车通讯和航空航天等领域具有广泛的应用。

2.1.1 电源电路设计

TMS320F2812工作需要内核1.8V和I/O端口3.3V两种供电电压，选用正向低压降稳压器AMS-1117为DSP内、外核供电。AMS-1117具有可调输出和固定输出两种模式，固定输出电压档分为1.5V、1.8V、2.5V、2.8V、3.0V和3.3V等，输出精度可达1%，系统选用输出电压为3.3V和1.8V的AMS1117-3.3及AMS1117-1.8为DSP芯片供电。双稳压芯片供电电路如图1所示，AMS1117-3.3稳压芯片输入5V的直流电压输出3.3V的直流电压作为TMS320F2812的处理器供电电源，同时3.3V供电电压上电后，通过稳压芯片AMS1117-1.8的稳压后输出1.8V的内核供电电压，为DSP的内核供电，实现了双电压供电方式。

2.1.2系统时钟和复位电路设计

时钟的质量和精度直接关系到检测系统的测量精度和可靠性。本文选用30MHz有源晶振为DSP提供外部时钟信号，经过DSP的PLLCR设置锁相环的工作模式和倍频系数，输入5倍于时钟信号的乘法因子得到150MHz的内部时钟信号。为了使DSP能够在上电后自动加载FLASH中的程序，需要设计可靠的复位电路，如图2所示。电阻R、极性电容Cr和复位开关共同组成系统复位电路。当电源上电后，利用电容Cr的充电，＼RS复位端维持低电平状态，DSP上电自动复位操作成功，复位后DSP程序从000h开始运行。

2.2 温度检测电设计

监测系统主要对矿用高压电缆接线盒的内部接线端子进行温度测量，选用温度传感器AD590作为温度测量元件，测量时将温度传感器粘贴在电缆接线盒内部接线端子上，传感器输出信号经过LM358运算放大器和HCNR201光电耦合后发送给DSP芯片，温度检测单元电路如图2所示。AD590是美国AD公司研制的一种电流式集成温度传感器，这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源，输出1?A/K正比于绝对温度的电流信号，具有较强的线性度和抗干扰能力。

2.3 超温报警单元设计

监测系统超温报警单元由蜂鸣器和发光二极管组成，DSP的数字信号输出端口输出端和电阻、报警指示灯相连接，矿用高压电缆接线盒温度过高时DSP输出高电平，报警指示灯（发光二极管）闪烁，同时与蜂鸣器相连接的DSP端口输出高电平，三极管导通，蜂鸣器发出报警警报，提醒工作人员进行超温事故处理，同时设有复位电路，用于关掉报警信号。

三、结束语

本文矿用高压电缆接线盒温度测试问题进行研究，设计了基于DSP的温度实时监测系统，重点设计了DSP最小系统、温度监测单元和超温报警单元。监测系统具有结构简单、稳定性能高和实时性好等优点，为煤矿井下高压接线盒状态监测与评估技术的发展奠定基础。

参 考 文 献

[1] 国家安全监管总局 国家煤矿安监局.关于进一步加强煤矿安全监管监察工作的通知.〔2012〕130号；

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然而，大量火灾事故的调查资料显示，普通电缆在火灾中往往充当了“帮凶”的角色。理由如下：一是电缆在过载、短路或局部过热等故障状态及外热作用下，自身就可引发火灾；二是电缆在建筑物内往往大量成束敷设，一旦发生火灾，就会助长灾情的扩张和蔓延；三是消防设备的配线电缆一旦发生火灾，消防设备就会全面瘫痪，形同虚设，起不到灭火救灾的作用；四是电缆火灾会产生大量的烟雾和有毒气体，影响人员逃生，造成人员窒息、中毒，甚至死亡。

目前，市场上已推出阻燃、耐火、无卤、低烟等有机绝缘电缆新产品和矿物绝缘电缆，用以提高电缆的运行安全性，在此，简单介绍一下各种电缆的性能及价格比较。

1矿物绝缘电缆的结构

矿物绝缘电缆是用矿物作为绝缘材料的电缆，通常由以下部分组成：

铜导体，熔点1083℃。

高纯度氧化镁矿物粉紧密压实为绝缘层，熔点2800℃。

无缝连续的铜管为护套，熔点1083℃。

矿物绝缘电缆的附件，全部由无机物组成，填充材料由最先进的耐火耐高温材料组成，在1000℃高温也能正常使用。

由此可见，矿物绝缘电缆完全由无机材料组成，不含有机材料。

2矿物绝缘电缆的主要特性

2.1防火、防爆、防水、防腐

2.1.1由于电缆的组成材料都是无机物，从根本上决定了电缆不可能燃烧或助燃。另外，由于电缆的机械强度高，在火灾时能够承受消防水或空中坠物的冲击而正常运行，因此是真正的防火电缆，为消防线路、重要线路提供了可靠保证。

2.1.2由于电缆是完全实心结构，可经受巨大的外界冲击力，并可阻止蒸汽、气体和火焰进入与电缆连接的电气设备，因此在化工和易燃易爆环境中可杜绝由电缆引起的连锁性爆炸。

2.1.3由于电缆具有全封闭金属护套，可阻止任何水、油或潮气的渗透。

2.1.4由于电缆的铜护套本身具有较高的耐腐蚀性能，在多数情况下它不需要采取任何附加的保护措施，特别适合化学腐蚀环境和埋地敷设的需要。而在某些对铜护套有腐蚀作用的特殊场合下敷设时，应外加有机材料护套。

2.1.5无烟无毒

电缆完全由无机材料组成，从源头上消除了产生烟雾和毒气的可能，增加了火灾时人们逃生的希望，特别适合地下建筑和人员聚集场所使用。

2.1.6耐高温

电缆可在250℃高温下连续正常工作，在接近铜的熔点1083℃下短时工作，而氧化镁绝缘材料此时不会发生任何性质的变化。该特性适合在冶金及其它高温环境中使用。

3矿物绝缘电缆的经济性

3.1载流量大

3.1.1氧化镁绝缘材料的导热系数远大于有机绝缘材料，散热好。因此对于相同截面的电缆而言，矿物绝缘电缆能比有机绝缘电缆输送更大的电流。

3.1.2由于电缆的耐高温性能，发热温度对电缆质量影响甚小，因此可以耐受相当大的过载。

3.1.3由于国家新高规及新建规的规范对消防线路的规定：阻燃、耐火等有机绝缘电缆明敷设时必须穿带有防护措施的金属管或封闭桥架，而矿物绝缘电缆可以直接明敷设，因此可以比有机绝缘电缆考虑更少的降容系数，自然降低了截面要求。

3.1.4使用寿命长

有机绝缘电缆的绝缘层和护套层所采用的有机材料在长期带载运行情况下会老化，在过载运行情况下会加速老化，减少使用寿命，因此需要定期检修和更换。而矿物绝缘电缆由无机材料组成，其固有特性不存在老化问题，无需维护和更换，保证了该电缆具有稳定性和长寿命，在正常使用情况下，可使用百年以上。

3.1.5降低工程造价

3.1.6电缆的无缝连续铜护套可起到接地导线的作用，提供极好的低接地电阻，因此可比其他电缆节约一根接地导线。

3.1.7阻燃、耐火等有机绝缘电缆明敷设时必须穿带有防护措施的金属管或电缆桥架，而矿物绝缘电缆可以直接明敷设，相比之下省却了金属管或电缆桥架，因此一方面节省工程材料，另一方面减少了线路敷设所占用的空间。

4、矿物绝缘和其他电缆的比较

4.1阻燃电缆：在普通塑料中添加阻燃剂，阻止火焰燃烧，即一旦撤离火种，塑料不继续向前燃烧，阻燃性能标准是烧40-20min钟后，炭化高度低于2.5米。

4.1.1阻燃电缆产品目前还没有国家标准，国家对该产品的考核仅仅是考核电缆的阻燃特性，目前阻燃电缆的特性标准执行的是国际标准EC332-1、2以及国家标准GB12666.5-90。

4.1.2阻燃电缆能阻止火灾蔓延和控制火灾损失。但它不是不延燃电缆，没有改善电缆抗失效能力。

4.2耐火电缆：在规定的温度和时间的火焰燃烧下，仍能保持线路完整性的电缆。

4.2.1耐火电缆目前还没有国家标准，国家对该产品的考核仅仅是考核电缆的耐火特性，目前我国最高的耐火标准是GB12666.6-90，即在950℃温度下燃烧，电缆保持通电90min。。

4.2.2耐火电缆和普通电缆相比，它彻底改善了电缆抗失效能力，但它不一定阻燃。所以可能会自身引发火灾。

4.3低烟无卤耐火电缆:材料不含卤素，燃烧时产生的烟尘较少，并且具有阻止或延缓火焰蔓延、可保持线路完整性的电缆。

4.3.1低烟无卤耐火电缆目前也是执行的特性标准,没有国家标准,我国和国际电工委员会评价该电缆的标准有:烟雾特性：GB12666.7-90、IEC1034，卤素含量的测定：IEC754，耐火特性：GB12666.6

4.3.2、低烟无卤耐火电缆燃烧时产生的烟雾和毒气很少，也可以在90min钟内保持线路的完整性。但低烟无卤电缆还是会产生烟雾和卤素，特别是成束敷设时，会生产很多的卤素和烟雾，所以它不是真正意义上的安全电缆,并不代表绝对安全。

4.4矿物绝缘电缆

4.4.1、矿物绝缘电缆的产品标准是GB13033-91,它的特性除通过GB12666.6检测950℃保持90min外,还符合国际上耐火电缆特性最高的标准BS6387,即在950℃下可以保持3小时,同时可以经受火灾中碰淋水和重物坠落冲击.

4.4.2、由于矿物绝缘电缆是由无机材料组成,所以他不会自身不引发火灾。

4.4.3、矿物绝缘电缆可以明敷设

5、价格比较

•耐火交联电缆NH-YJV(B)--------------------1.0

•矿物绝缘电缆------------------------------------1.06

•无卤低烟阻燃耐火电线电缆------------------1.10

•母线槽---------------------------------------------1.30

说明:如果耐火交联电缆是100元,矿物绝缘电缆售价是106元,无卤低烟阻燃耐火电缆是110元

6矿物绝缘电缆的适用性

6.1必然性

由于国家新高规及新建规的规范对消防线路的规定（以下简称《规程》）已明确规定了矿物绝缘电缆的概念、特性及应用场所，要求“在外部火势作用下，需保持线路完整性、维持通电的场所，其线路应采用耐火电线电缆或矿物绝缘电缆”。

6.1.1用于重要的木结构公共建筑的电源主干线路应采用矿物绝缘电缆。

6.1.2用于特级、一级场所中的特别重要负荷的电源主干线路宜采用矿物绝缘电缆。

6.1.3由变配电所（或总配电室）引至消防设备的电源主干线路应采用阻燃耐火电缆或矿物绝缘电缆，但在特级、一级场所宜采用矿物绝缘电缆。

6.1.4消防配电线路的电缆采用支架或沿墙明敷设时，应采用矿物绝缘电缆。

6.2可行性

6.2.1历经考验，矿物绝缘电缆已是成熟的电缆。由于它的先进性和市场需求，该电缆1990年被列为国家级重点新产品，1991年被原机电部列为第二十六批替代进口产品。

6.2.2国家标准图集99D101-6《矿物绝缘电缆敷设》中，图文并茂，详尽地表述了电缆的各种敷设方式、敷设要求和施工注意事项，介绍了电缆终端和中间联接器等附件的选用。图集的实行保证了矿物绝缘电缆在实际安装施工中的正确性和普及性。

6.3经济性

在建筑物中为达到线路同样安全的保护等级,对于不同的电缆采取不同的保护方式.例如,为保证重要线路达到60min的有效供电时间,一般有三种方式

6.3.1新的高层建筑防火设计规范和新的建筑防火设计规范的已相继出台,规范中规定矿物绝缘电缆可以直接明敷,无需保护.

6.3.2耐火类电缆在穿管或封闭的桥架中敷设,外涂防火涂料

6.3.3阻燃电缆穿管在非燃体内敷设,且保护层厚度不小于3cm.

因此，比较各种电缆使用的经济性必须从总体的综合造价（含电缆本体价、安装附件价、线糟、安装人工费）进行分析，据资料分析，大型建设项目矿物绝缘电缆与耐火电缆的综合造价比较,使用矿物绝缘电缆的造价是使用耐火电缆的97.59%。

6.4美观性：矿物绝缘电缆明敷设后的美观性一直受到大家的关注.从理论上来说,由于矿物绝缘电缆柔软性很好,电缆敷设能做到横平竖直,但实际上由于各个工厂的产品退火工艺不一样,以及施工人员的安装技术方法不一样,所以真正能做到电缆明敷设后横平竖直的,也只有一些专业化工厂及专业安装队伍能做到,因此为解决矿物绝缘电缆美观性,常采用以下几种:

6.4.1可以在电缆外护套上增加一层塑料护套.如在停车场、地下车库等采用的都是带护套的矿物绝缘电缆,美观性很好.

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电动铲运车是矿山工作的重要设备，其工作的动力是异步电动机，供电设备为拖拽三相电缆，电动铲运车是能够实现双向行驶的，电缆一端缠绕马达驱动卷筒，另外一端固定，在后退时，液压油会进入到滤油器中，液压泵压力就会影响单向阀到液压马达，将电缆缠绕于卷筒上。在铲运机前进的过程中，液压马达具有液压泵功能，可以看出，矿用电动铲运机的运行是十分复杂的，为了提升设备运行的稳定性，必须要做好设计工作。

1.开展矿用电动铲运机设计的意义

设计工作直接影响着矿用电动铲运机的运行成效，若电动铲运机可以像无轨电车一样，那么不仅能够减少其电缆的损耗，也可以有效增加运输距离，更重要的是，通过对电动铲运机的设计过程进行不断的进行完善和优化，还能够让卷缆机构变得越来越简单，提升电动铲运车的运行效果。如果可以采取科学有效的方式增加电杆长度，就可以保障电动铲运机不仅能够在架空电线下进行运行，也可以偏离导线来装运材料，这样，即使卷道延伸长度较小，只要延长电源线也可以满足工作需求，由此可见，做好矿用电动铲运机的设计工作，在会节约成本的同时，也能够直接影响生产效率。

2.矿用电动铲运机设计要求

2.1优化集电杆滑块功率

以滑线式矿用电动铲运车为例，此类铲运车的运行与无轨电车类似，是统一由架空导线进行供电的，电杆滑块能够将电能输送都铲运机之中，此时，电动铲运机即可正常的开展工作，在电动铲运机运行的过程中，电杆滑块会进行同步滑动，为了保障系统运行的稳定性，必须要为滑块提供足够的电能。

无轨电车是保障矿用电动铲运车正常运行的前提条件，无轨电车是采用双线直流方式进行供电，在传统模式下，供电方式为直流无极调速方式，在科技水平的发展之下，逐渐转化为交流变频调速方式。就目前来看，其额定供电电压是600V，最大传递功率为130kW，最为常见的矿用电动铲运机为380V鼠笼式异步电动机，对于此类电动机，使用9700型电车滑块即可满足需求。

2.2双向行驶集电装置的设计

电动铲运机运行的范围较大，考虑到这一需求，集电杆就需要满足柔性需求，并将其缠绕在卷筒上，目前，柔性集电杆可以使用GBl2972.5移动电缆，在采用三相交流电之后，电流是由电源正极来进行提供，如果使用的是440V电流，就会转化为三相380V电流，此时，电源直流电流计算方法如下：

在上式之中， 为系统运行的额定电流， 为直流电源正极电流，T是系统的交流电周期。

为了保障铲运车可以满足掉头行驶需求，涵盖到更大的工作面，必须要合理设计电缆长度，电缆长度以大于车身长度的三倍为宜，电缆卷筒应该与车身纵轴线相对称。为了给后续的安装工作奠定好坚实的基础，需要科学的使用液压马达与减速器，液压马达的回路相对简单，只有系统压力就能够满足系统运行需求。此外，还要注意到，无论是处于逆向行驶还是前进的状态，都必须要保证卷筒的卷缆力，保障电缆运行的安全性。

2.3集电滑块结构设计方式

为了提升滑块结构的抗拉性，需要在空导之间设置好导轨，滚轮共计6个，滚轮支承需要使用密封性轴承，电缆则需要使用弹性卡头进行固定处理，球面轴承则使用螺栓进行紧固，摆动角控制在30。即可，同时，为了防止矿用电动机的运行过程中卷筒拉力影响电缆，需要在卡头中设计圆弧形倒角。为了保障架空导线可以与集电滑块更好的接触，需要在两者之间留出一定的压力，并设置好双扭弹簧。

2.4矿用电动铲运机掉头运行设计方式

矿用电动铲运机是需要双向运行的，此外，在工作的过程中也常常需要调头，这样才能够适应卸料、铲运以及装车的具体要求。同时，为了提升安装的成效，需要将导轨与导线设置在同一平面中，还可以将专用调头盲道应用在矿用电动铲运机之中。目前，专用的调头巷道有两种类型，即Y形与T形，前者在巷道中呈现出一种120。折线形，折线与盲道之间的巷道夹角也为120。，考虑到这一因素，对于Y形调头巷道，仅仅只要安装架空导线即可满足需求，在铲运机调头的过程中，滑块会停留在巷道之中，在柔性电杆的影响下，铲运车会进入到调头盲道，再转向就可以满足调头需求。T型调头盲道是一种典型的直线型巷道，盲道与行驶巷道之间是一种垂直关系，在T型调头盲道之中，矿用电动铲运机需要在调头巷道中完成调头，这就需要顺利的完成两个直角专向，其转向角度相对较小，可以看出，矿用电动铲运机在Y型调头巷道中更容易完成转向，因此，在设计的过程中，需要科学的考虑到调头巷道的问题。

3.结语

总而言之，矿用电动铲运机是矿山工作的重要设备，该种设备是采用直流供电的方式，软集电杆能够提升电动铲运机的行驶安全性，也可以有效扩展铲运机的运行范围，在设计的过程中，需要设置调头巷道，保障矿用电动铲运机可以正常的调头行驶，提升铲运机的综合性能。除此之外，矿用电动铲运机对于路面质量、巷道顶面、导线铺设技术、导轨铺设技术的要求相对较高，这就给设计工作带来一些难度。电动铲运机会受到导轨与架空导线因素的影响，由于导轨与导线在巷道的顶部位置，这也增加了维修工作与维护工作的难度，考虑到种种因素，在对矿用电动铲运机进行设计的过程中，需要综合考虑到各个方面的因素，优化设计结果。

参考文献

Ell郑金，微型电动铲运机的设计[J]，矿山机械，2007年09期

[2]常留学.电动铲运机动力传动系统合理匹配研究[D].兰州理工大学2012

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关键词：爆炸性环境；矿用电机；保护装置

中图分类号：TM73 文献标识码：A

1.背景技术

现有矿用电机保护技术是依靠可编程控制器、电流传感器、温度传感器、漏电流传感器以及模拟量变送器等装置构成的硬件电路，通过电流传感器、温度传感器输出模拟量信号，将模拟量信号送至模拟量变送器，再由变送器变为可被可编程控制器识别的标准信号，然后传给可编程控制器进行控制输出触点，从而控制电机停止。

现有的技术有几个不利的因素：

①增加了可编程控制器的控制点数造成经济成本的增加。

②由于煤矿掘进机的电控箱体积受整机的限制，只能做得很小，所以增加的可编程控制器的模块（因体积是固定的）会造成电控箱内空间的压缩不利于其他电器元件的安装。

③由于模拟量变送器和传感器之间的距离有要求，距离大了会造成信号的干扰产生失真现象，从而对可编程控制器的安装位置也会造成限制。

2.结构

该电机保护装置外壳采用整体注塑形式，在满足《GB 3836.4-2010爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》标准的冲击要求的情况下，整体质量相比钢板焊接形式大大降低。提供4个同规格的电缆引入装置，电缆引入装置采用航空插头形式，可以快速完成电缆插拔工作。有一个报警故障显示窗，采用钢化玻璃防护。外壳整体的防护等级可达到IP65。内部为一块电路板集成，固定在底板并采用浇封形式，抗震和散热性能良好。可以固定到矿用电机上且不需要加装减震装置。

3.系统原理

该电机保护装置集成了电流传感器、信号变送器、漏电流检测等元器件的功能，可以独立完成电流、电压、线圈的对地电阻、线圈的绕组温度信号的采集。由PIC16系列单片机、放大和滤波电路、光电耦合电路、MAX7219系列数码管显示电路等电子电路组成，系统原理框图如图1所示。

该电机保护装置通过接线将电机的电流信号、温度信号、电压信号、对地阻值采集到电机保护装置中，滤波、放大、数模转换电路将采集到的信号处理成PIC单片机可以接受的标准二进制信号，而当采集到的信号出现如下情况时，PIC单片机会输出一个数字量的信号，通过光电耦合电路隔离后控制中间继电器的线圈，进而切断电机的供电电源：当电机的实际电流达到电机额定电流的1.5倍、3倍、6倍、8倍时，分别执行延时20min、4min、5s、0.4s后；当电机的温度开关动作或者预埋PT100电阻值达到158Ω（即：电机温度150°）时；当电机的实际电压超出85%～115%额定电压时；当电机启动线圈绕组对地电阻值小于22kΩ时。电机因上述故障被切断电源后，在电机保护装置数码显示窗可以看到显示的故障代码，通过故障代码可以得知电机发生的故障，并且该故障可具有锁定功能，必须通过控制按钮复位后才能进行下次电机启动操作。

4.应用原理

该电机保护装置的应用原理如图2所示。将该电机保护装置固定在电机上或电机附近具有固定空间的位置，将用于采集电流、电压、温度和对地电阻的电缆分别接到电机的相应位置上，保护装置的输出端接到中间继电器线圈上，电源端接到本安电源上。

在每次启动电机之前，保护装置都会先检测电机绕组的对地电阻值，对地电阻值大于22kΩ时，保护装置将运行电机启动，否则将禁止电机启动并锁定故障。在电机启动后，保护装置将断开对地电阻检测电缆，并对电机运行过程中的电流、电压和温度信号进行检测，如无故障则每隔2小时保存一次所检测到的数据，如出现故障则切断电机电源并锁定故障。

该电机保护装置必须放在电机上或电机附近，是因为采集信号的电缆离采集源越远采集到的信号越容易失真，这在控制过程中是不允许的。

结语

与已有技术相比，该装置的优点在于结构简单，效果显著，成本低廉，工作稳定、可靠。应用在保护矿用电机上可有效的节约成本、提高系统的稳定性、使电气安装更具有灵活性。

参考文献

[1]江和. PIC16系列单片机C程序设计与PROTEUS仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[2]谢峰然. PIC单片机原理及程序设计[M].北京：清华大学出版社，2013.

[3]丁镇生.电子电路设计与应用手册[M].北京：电子工业出版社，2013.

篇6

关键词:矿用电力机车;电源;电磁干扰;抑制措施;

前言

由于锂离子蓄电池技术的成熟，能量密度和使用安全性的提高，在很多行业都得到广泛应用，随着铅酸电池在煤矿的停止使用，在矿业领域以锂离子蓄电池为动力的机车也成为矿用机车发展的唯一方向。随着2012年5月相关标准的颁布，部分产品在煤矿的实际应用中发现矿用电动车和车载设备都存在比较严重电磁干扰。而锂离子蓄电池本身在使用过程中存在爆炸、自燃等风险需要电池管理系统对锂离子蓄电池进行实时管控，因此提高矿用车载锂离子蓄电池电源和与之关联的动力装置的整体抗电磁干扰能力，对煤矿井下安全生产具有极为重要的意义［1－2］。本文针对在煤矿井下电磁环境复杂条件下，为矿用动力机车电动力系统可靠运行，采取相应的改进措施。

1矿用动力机车电动力系统组成

矿用机车动力系统主要包括:锂离子蓄电池组、集成发动机启动器、发动机、矿用电池管理系统(BMS)，直流开关电源(DC－DC)，如图1所示。电力机车用开关电源本身就是一个大的电磁干扰源，同时煤矿井下环境相对封闭，也充满了各种高压电气设备和变频器设备，各种辐射的叠加，造成了较为复杂的电磁环境。通过对矿用电力机车的一种———无轨胶轮车各部件单独工作状态的测试分析发现，开关电源和驱动电机为环境的主要干扰源，而电池管理系统主要负责整个系统的动力和对电池的安全管理，是最需要进行电磁保护的模块［3－4］。

2井下电磁干扰分析

2.1开关电源的干扰机理

矿用电力无轨胶轮车开关电源的主要干扰方式为:高频电流回路中容易产生极大的di/(dt)，形成浪涌电流，诱发磁场辐射源对空间形成磁场辐射;各级电压变化的节点，特别在车辆启停和突然加速阶段会产生极高的du/(dt)，整个电路中以传导的方式对电池管理系统造成干扰并对周围环境进行辐射干扰［5］。

2.2发动机控制器

发动机控制器采用的是脉冲宽度调制方式对矿用电力无轨胶轮车发动机进行控制，同开关电源启动一样会产生很大的高频脉冲信号，其具有很大的du/(dt)。当逻辑电路给驱动电机提供一个高电平的控制信号时，半导体材料开关的集电极和发射极电压近似为0，即当逻辑电路给驱动电压提供一个低电平的控制信号时，半导体材料开关的集电极和发射极电压近似为Ud，当发动机控制器不断动作，必然会伴随一个瞬时的上升和下降时间，集电极和发射极之间就会形成一个近似梯形的脉冲电压，如图2所示，梯形波电压幅值越大即集电极和发射极之间幅频特性的幅值越大，当控制器件产生较大的du/(dt)时，通过电缆中的寄生电容产生共模干扰电流，ic(t)=Cdudt该共模干扰产生电磁干扰在频率一般分布在几千赫兹到约三十兆赫兹之间。

2.3发动机

目前矿用电力无轨胶轮车的主要动力为ISG电机，该种电机的电流幅值和频率随着路况、车速以及输出功率频繁变化，其电机转速与三向电流频率之间的关系为:(1)P为ISG电机对数，通常电机对数为4;矿用电力无轨胶轮车启动阶段电机转速约为700～900r/min，在机车不同工况行驶阶段电机转速约为900～3500r/min，其中任一相电流A的表达式为:f(t)=f(t+kT)(2)傅里叶级数展开为:式中第一项为直流分量，第二项以后为基波分量和其他高次谐波。随着工况及车载电源的不同，矿用电动机车电源输入端的电流通常在60A～200A之间变化，频率范围在45～200Hz之间，同时根据式(3)谐波电流的幅值随谐波次数叠加而快速减小，因此6次以后的谐波对周围电磁辐射可基本忽略，所以矿用电动机车发动机及相应的动力电缆上产生的主要是低频电磁干扰［6］。

3电磁干扰解决方案

各种可能产生电磁场的设备对周围形成的干扰都需要具备三个要素:干扰源、干扰传播路径和易扰的敏感设备，这三个要素任何一个要素得到抑制，整个电磁兼容效果都会得到改善。由于煤矿井下生产特殊环境的限制，在相对狭小封闭的空间内有大量的高压电气和变频器设备并且在现有技术水平下不会有太大改变，所以只能接受外部干扰源的客观存在，而解决干扰的方式就是通过结构、材料、电气电路等的改进削弱干扰的传播途径和加强对敏感设备的保护，同时抑制自身内部的干扰源的产生。(1)优化传播途径中的干扰，首先改进屏蔽体结构，在装配面涂导电胶并编制金属丝线增加对干扰源的屏蔽能力;通过设计多个穿腔端子的方式使普通信号和相对高频信号通过不同的穿腔端子实现各隔爆腔之间的通讯，并配置屏蔽电缆增加接地点，使信号间相互隔离，该种方法可以较好的解决矿用电动机车发动机所产生的低频干扰。(2)增强易扰敏感设备的抗干扰能力，在各个易扰敏感模块的电源端并入适量的电容，旁路开关电源和电机启动带来的高频干扰，必要时加入电源滤波模块隔离输出的干扰信号。

4结论

经过对已取得煤矿安标的矿用电力无轨胶轮车整体电控系统电磁兼容性重新设计，矿用电力无轨胶轮车电控系统的工作稳定性，电源管理系统的抗干扰能力和发动机等动力模块的干扰抑制能力得到有效的提高。针对在矿用井下环境矿用电力无轨胶轮车的试验和数据分析，为丰富提高矿用电力机车的电磁兼容性优化设计，进一步完善行业检验方法的起草、检验有效性阀值的选取提供理论依据、行业标准的制定提供理论依据。

参考文献

［1］李博．矿用车载型锂离子电源管理系统设计［J］．金属矿山，2012.455(5):134－138．

［2］李博．煤矿井下备用电源网络化电池管理系统研究［J］．自动化与仪器仪表，2012(6):42－45．

［3］石晶，李运杰，程浩．动力电池组均衡充电的研究［J］．辽宁工业大学学报(自然版)，2013(4):96－99．

［4］陈特放，刘骞等．电力机车用110V大功率高频开关电源电磁兼容性［J］．中国铁道科学，2005.26(3):100－105．

［5］李和明，张丽霞，颜湘武，等．动力蓄电池组测试系统中双向直流滤波器设计［J］．中国电机工程学报，2009，29(9):1－7．

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【关键词】 通风机 在线监测 安全生产

1 引言

矿用通风机在煤矿安全生产中起着举足轻重的作用，其工作性能状况直接关系到矿井下工作人员的人身安全和煤矿企业的生产经济效益。通风机作为“矿井肺脏”主要作用是冲淡、排除井下有毒气体和粉尘，提供足够的新鲜空气，保证不发生瓦斯毒、窒息死亡，维持井下作业人员的正常呼吸。此外，矿用通风机还可保持井下空气的清洁度，防止瓦斯和煤尘的爆炸改善井下作业人员的工作环境。矿用通风机系统运行一旦出现意外状况，将会对井下工作人员的人身安全和正常的煤矿生产造成巨大的威胁。为保障通风机的安全运行，结合最新的传感器技术、软件技术和控制理论，为通风机量身打造了一套专门的在线自动化监控系统——KJF600矿用通风机在线自动化监控系统。

2 系统设计要求

（1）系统组成。系统主要由主机、UPS电源、避雷器、信息传输接口、矿用隔爆兼本安不间断电源、煤矿用负压传感器、风门开关传感器、煤矿甲烷传感器、煤矿用风速传感器、煤矿用设备开停传感器 、电缆、打印机和其他必要设备组成。（2）硬件。中心站采用现在主流技术的通用产品，满足可靠性、可维护性、开放性和可扩展性等要求。（3）主机。地面中心站主机采用工控机。根据煤矿通风机的供电电压，利用现场综合启动柜中的电压互感器引出被测电压信号，连接到安装在KJF-600通风机在线监测装置内部的电压变送器上。（4）振动监测。将振动传感器底座用电焊机焊接在风机外壁上，按照振动传感器的敏感方向安装在底座上，传感器输出的电信号输入KJF-600通风机在线监测装置。（5）温度参数监测。根据煤矿不同通风机已经在轴承和电机绕组上预埋测温元件。选择不同的温度变送器型号和数量。但是要求用户必须要有预埋测温元件；测量范围确定：为了适应主、备用风机温度监测需要，测温范围确定在-50℃～150℃；温度采集模块。根据预埋测温元件的不同，选择温度采集模块，要求高精度、低漂移带有激励电压源驱动电桥的4～20mA变送器，变送器具有非线性补偿，提高测量精度。变送器的输入、输出均用二线连接。温度变送器箱可以接入8组温度传感器，输出8路4～20mA电流信号至温度监测柜。（6）风排甲烷浓度监测。通过连续监测主通风机排出风流中的甲烷浓度可以推算出矿井瓦斯涌出量（在无瓦斯抽放系统矿井）。瓦斯浓度测定采用取样监测方法，在通风机出风口扩散器上安装取样管，用橡胶引压管将通风机出风筒中的瓦斯引到甲烷传感器中的催化元件探头上。（7）风机运行状态监测。运行状态监测包括主通风机设备开停、对旋风机两台电动机旋转方向监测、反风状态监测、风硐风门状态监测等。通风机开停监测：开停传感器选用GKT-L煤矿用设备开停状态传感器2台，分别非电接触卡在主、备用通风机的高压电缆上，通过监测电缆电流，确定设备开停；（8）传输介质。MHYV传输电缆导线截面积为1.5mm2，电缆参数：分布电阻：12.8Ω/km，分布电容：0.06μF/km，分布电感：0.8mH/km，电缆应有安标证并在有效期内。（9）接地措施。系统应有单独接地，不允许与其它系统共地。地面中心站设备的外壳和通讯电缆的屏蔽层应接到安全保护地，接地电阻不应大于4Ω。系统通讯电缆干线的屏蔽层仅允许在地面中心站机房或井口一处可靠接屏蔽地上，决不允许多点接地。（10）软件。使用Windows 2003操作系统，数据库：SQL Server2005，监控软件：KJ628矿井水文监测系统，可靠性高、开放性好、易操作、易维护、安全、成熟。软件有详细的汉字说明和汉字操作指南。

3 基本功能

（1）数据采集、显示。系统具有对矿井总负压；通风机风量；通风机供电电压；通风机电流；通风机供电电压；通风机功率；主、备通风机电机绕组温度、轴承温度；矿井风排瓦斯浓度；通风机开、停状态等数据的采集、显示及报警功能。（2）存储和查询系统具有以地点和名称为索引的存储和查询功能。存储记录：即时将模拟量等存储在磁盘等存储介质上；查询：根据输入的被查询量和查询时间，将查询期间内被查询量显示或打印。（3）显示及打印。系统中心站能显示和打印：各被测量的瞬时值和历史记录显示；分站巡检及传输系统故障状态显示；实时时钟显示；数据报表显示及打印；模拟量历史曲线显示；设备布置图显示。（4）人机对话。系统能用菜单式人机对话方式完成各种功能的操作。（5）设置。在各种显示模式下都有主菜单显示，主菜单包括：系统管理、基础信息、实时在线、数据查询、数据曲线、数据管理、系统帮助等主要功能按钮。（6）快捷方式。在主界面模式下，均可直接进入系统设置、有线监控、站点管理、退出系统等方式。（7）自诊断。系统应具备自诊断功能，当系统中分站等设备发生故障时，分站颜色发生变化报警并记录故障时刻和故障设备，以供查询及打印。（8）数据备份。系统具有数据手动备份功能，采用人工进行进行数据备份。（9）模拟量曲线显示。将模拟量监测值随时间变化的状况用带坐标和实时值的曲线直观地显示出来。在主界面左边表明监测仪或传感器所属矿井、所测站点名称与类别，点击界面左边的站点，则右边自动出现相应的站点曲线图：点击站点时，坐标的纵轴为水位值或流量值，横轴为时间；为便于读值，设置工具条，点击工具栏中各种工具，则可以对图进行放大、缩小、左移、右移、上移，下移、复原的相应操作。

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【关键词】电缆；故障处理；电气设备

电缆是工矿企业重要的电气材料，由于电缆使用于各种机电设备的应用环境和场合，一些工厂、煤矿的作业环境不利，加之一些客观的和人为的原因电缆故障时有发生，这就需要及时进行科学有效的处理。

1、电缆的一般故障与处理方法

1.1电缆短路故障

电缆相间短路电缆放炮，是煤矿井下电缆网络可能出现的故障之一。统计表明，恺装电缆故障较多，橡套电缆较少。恺装电缆发生电缆短路故障主要有以下原因：

（1）制作电缆头，由于三叉处绝缘受伤或绝缘处理不当，工艺不质量不合格，一般在电缆头的三叉出现放炮短路事故。

为避免此类事故出现，制作电缆头，一定要遵守电缆头制作的工艺要求，尤其要处理好三叉口的绝缘，不可让潮气进入，破坏绝缘强度。

（2）电缆恺装钢带裂口、铅包裂纹，此处进潮气，由于绝缘破坏而导致放炮短路事故。主要原因是在搬运或敷设时，电缆弯曲的半径过小。为避免此种事故的出现，在搬运和敷设时，要尤其注意电缆的弯曲半径不可过小。

（3）因冒顶、矿车掉道等碰撞、挤压，使电缆放炮短路，若电缆敷设吊挂适当，就能防止此类事故的出现。

（4）较长时间库存或不使用的电缆，电缆的两个端头未进行铅封，在制作电缆头时又未把已受潮的部分截掉或截掉的长度不够，导致放炮短路。避免的措施是把库存电缆长期不使用时，对两头实施铅封；制作电缆头，要截去一段电缆，长度为一至二米即可。橡套电缆，出现短路故障的原因是机械损伤，如：镐刨、放炮崩、冒顶、撞、挤等可能导致相间短路使用时间过长，绝缘老化就是原因之一。若电缆吊挂按规定要求做，及时检修电缆，防止事故出现。

（5）对恺装电缆和橡套电缆导致电缆放炮的原因，还有由于电缆制造质量低劣、绝缘不够或绝缘损坏造成。

1.2漏电故障

矿用电缆一相漏电接地，是井下低压电缆网的故障之一。因电缆在潮湿环境中使用，或低压动力电缆长时间浸泡在水中，可能出现绝缘电阻下降到危险值而漏电接地。电缆受机械损伤也会导致一相绝缘破坏，电缆与设备的连接头毛刺与外壳相碰，线头脱落接外壳，电缆热补质量差等导致一相漏电接地。

1.3电缆断线故障

电缆整根被打断故障的原因是电缆被小绞车的钢丝绳等刮住，或被刮板输送机的链板等刮住硬拉断。导致这些故障的原因多是违章作业、维护不当、选择截面时机械强度不够等。

1.4电缆着火

这种事故的原因是出现相同短路故障后，熔断器、过电流继电器等保护失灵，较大的短路电流出现的高温点燃了橡套电缆的胶皮，导致火灾、防范措施：是要进行电缆维护；加强过电流保护的管理；使用阻燃型电缆。

1.5橡套电缆龟裂

此类故障在煤矿井下低压橡套电缆中也较常见，主要原因是因长期过负荷运行，导致绝缘老化，芯线绝缘与芯线粘连，可能出现相间短路事故。故障的原因除了电缆的型号和截面选择不当、工程施工工艺质量不好、电缆质量有问题之外，一些故障都和电缆的管理、运行和维护有关。要对电缆的选用、敷设、吊挂等都应按《规程》相关规定进行。

2、电缆与电气设备的连接应注意的问题

2.1低压橡套电缆与电气设备连接

（1）密封圈材质用硬度为45~55的橡胶制造，要根据规定进行老化处理。

（2）密封圈内径与电缆外差不应大于1mm，密封圈外径与装密封圈的孔径。配合的直径要符合相关规定要求。

密封圈的宽度不可大于电缆外径的0.7倍，而一定不小于10mm。密封圈无破损、不可割开使用。电缆与密封圈间不可包扎其他物体，确保密封良好。

（3）进线嘴连接紧固。接线后的紧固程度，大嘴以抽拉电缆不串动为合格，小嘴以一只手的五指使劲压紧螺母旋进不超过半圈。压盘式线嘴压紧电缆后的压扁量要小于电缆直径的10%。

（4）电缆护套穿入进线嘴长度应为5mm~15mm。如电缆粗，穿不进去，应把穿入部分锉细，护套与密封圈结合部位不可锉细。

（5）电缆护套根据要求剥除后，线芯要截成一定长度，做好线头后才可连接到接线柱上。接线要整齐、无毛刺，卡爪不压绝缘胶皮或其他绝缘物，也不可压住或接触屏蔽层。地线长度应适当，松开接线嘴拉动电缆时，三相火线拉紧或松脱，地线不掉。

（6）在橡套电缆与各种插销连接时，一定使插座连接在靠电源的一侧。屏蔽电缆与电气设备连接时，一定要剥除主芯线的屏蔽层，其剥除长度不可小于标准规定。

2.2高压恺装电缆与电气设备连接

高压恺装电缆与电气设备连接时，设备引入（出）线的终端头用线鼻子或过渡接头接线，连接坚固可靠，要根据规定制作电缆头高压隔爆开关接线盒引入恺装电缆后，使用绝缘胶灌至电缆叉以上。

2.3电缆之间的连接

（1）不同型号电缆间不可直接连接，如纸绝缘电缆同橡套电缆或塑料电缆之间，要满足要求的接线盒、连接器或母线盒才能连接。

（2）相同型号电缆间，要按不同型号电缆之间的连接方法进行连接，也可直接连接，但一定遵守以下规定：①纸绝缘电缆要使用符合要求的电缆接线盒连接，高压纸绝缘电缆接线盒要灌注绝缘充填物。②橡套电缆的连接，包括绝缘、护套已损坏的橡套电缆的修补，要用硫化热补或同热补有同等效能的冷补或应急冷包。③塑料电缆连接，连接处的机械强度及电气、防潮密封、老化等性能，要满足该型矿用电缆的技术标准要求。④电缆芯线的连接要采用压接或银铜焊接，不可绑扎。连接后的接头电阻应小于同长度线芯电阻的1.1倍，抗拉强度要大于原线芯的80％。⑤两根电缆的恺装、铅包、屏蔽层和接地芯线均要有良好的电连接。⑥不同截面的橡套电缆不可直接连接，照明线上的分支接头除外。

（3）屏蔽电缆间的连接时，一定要剥除主线芯的屏蔽层，其剥除长度为d 级绝缘材料的最小爬电距离的1.5~2倍。

2.4电缆接头

（1）“鸡爪子”。橡套电缆的连接不可用硫化热补或同等效能的冷补者；通信、照明、信号、控制以及高低压橡套电缆的连接不采用接线盒的接头；恺装电缆的连接不可采用接线盒和不灌注绝缘充填物或充填不严的接头。

（2）“羊尾巴”。电缆的末端不接装防爆电气设备或防爆元件者为“羊尾巴”。电气设备接线嘴2m内不合格接头或明线破口者均属“羊尾巴”。

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关键词:煤矿井下供电系统;继电保护;低压供电系统;防爆电器安全

中图分类号:TD611文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)04-0195-02

一、煤矿井下供电系统介绍

煤矿井下供电系统的优劣直接影响到电网的安全性、可靠性、合理性和经济性。尤其随着煤矿井下采掘机械化程度的提高,生产工作面不断向前延伸、扩大, 给煤矿井下安全供电带来了许多不利的影响。目前我国煤矿井下常见的供电电压按《煤矿井下供电设计技术规定》,高压有10kV和6kV,一般采用6kV,有10kV矿用变配电设备时,若经济、技术合理,可采用10kV供电;低压有1140V、660V和380V,就高产高效综采工作面而言,若工作面供电电源引自采区变电所6000分段母线上,则工作面就存在6000V,3300V,1140V和660V等4个电压等级。

随着煤矿井下生产工作面的不断向前延伸、扩大,高压供电电缆及设备不断深入末端,低压系统一直向前延伸,星罗棋布的电网由变压器、高低压开关和磁力起动器相连,这些供电设备和电缆安全与否,直接关系着矿井的生产安全。由于煤矿井下环境条件的特殊性,在采掘过程中容易产生有爆炸危险的瓦斯(甲烷)和煤尘,并且由于电气设备经常处于温度湿度较高的状态下,设备内部产生凝露现象比较普遍,霉菌现象也时有发生。据有关资料统计,在煤矿瓦斯、煤尘爆炸事故中,电火花引起的事故约占50%;在煤矿发生的触电事故中,煤矿井下触电死亡人数约占64%。可见对煤矿井下进行可靠、安全、经济合理的供电,有助于提高产品质量,经济效益及保证安全生产。为了确保安全和正常的生产,合理优化煤矿井下供电系统是十分重要的。

二、煤矿井下高压供电系统

煤矿井下高压供电线路已深入到各个采、掘负荷中心。其供电是否安全可靠,不仅影响产量,而且影响工程进度,因此煤矿井下高压供电可靠运行在矿井供电中有很重要的地位。煤矿井下高压供电可靠运行不仅与系统本身设计有关,还与组成系统每一组件的安全可靠性有关,因为构成煤矿井下高压供电系统中各种设备只要一个出现故障,整个系统就会终止运行。因此不仅要关心系统本身的设计还要在设备易出故障的薄弱环节出现故障前进行预防、检修、更换。一般煤矿井下高压供电系统常出现的问题有以下几种:

(一)高压线路故障

由于煤矿井下环境的原因比较复杂,煤矿井下高压供电系统中电缆线成为安全可靠性的薄弱的环节。首先,高压铠装电缆外层钢带或钢丝铠装层由于潮湿很容易锈蚀;其次,如果运输大巷到采掘负荷中心对空间小,高压电缆在巷道内运输时就很容易刮破、挤坏,高压屏蔽电缆也容易被扎,从而造成高压停电事故;再次,高压电缆长时间处于过载状态,也很容易出现事故;最后,单相接地会使另两相对地电压升高,严重影响煤矿井下高压供电系统的可靠性。

为了避免事故的发生,提高高压线路的可靠性,在固定场所铺设电缆时,应选择聚氯乙烯绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘铠装电缆、交联聚乙烯电缆、交联聚乙烯护套钢丝铠装电缆或其它新型高绝缘电缆。并且在选用电缆时必须保证载流量满足现有设备要求,并留有一定的富余系数。

(二)高压防爆开关故障

虽然煤矿井下矿用一般型高压防爆开关等都具有高压漏电和绝缘监视保护功能,但由于变压器高、低压侧腔体的盖没有有效的连锁保护装置,使得高压开关与分立的变压器、低压馈电开关之间的保护不能形成有效的配合,致使高压开关失去了应有的保护功能,因此会出现漏电、过流和短路等问题;另外,高压负荷开关触头接触不良,产生弧光或放电,与高压负荷开关带载停送移动变电站,也会导致高压断电事故。

为加强煤矿井下高压防爆开关的安全可靠性,我们在选择高压开关时,其断流容量不得小于变电所母线上的实际短路容量。对分立的供电变压器,其高、低压侧腔体盖都应设置连锁开关,其接点串接在高压开关的监视回路中,当变压器高、低压侧腔体盖开关前及高压橡套电缆的监视线断开时,高压开关便能迅速跳闸。严格按照《煤矿安全规程》规定的标准,周期对高压防爆开关有关部件进行耐压试验,避免击穿“放炮”,引起短路故障。还要对高压防爆开关进行维护、保养和检修,对负荷变化了的高压开关的保护装置要及时重新进行计算和整定,并且定期检修。

(三)继电保护问题

目前,煤矿井下高压供电系统中均为6kV/10kV系统。较多采用的是直流操作的定时限过电流保护和瞬时电流速断保护,供电系统一般为单侧电源辐射状电网,其阶段式电流保护原则为:从电源端至负荷端动作电流应从大至小逐级递减,动作时间亦应从长到短逐级递减;本级电流保护的动作电流必须大于下一级线路首端的最大短路电流。现行的整定原则为:地面6kV处设两段式保护,A段速断按保护本条线路电缆的50%进行整定,B段过流按躲过最大负荷电流进行整定,动作时限为0.95;中央变和采区变出线处A段按上一级速断保护的0.9倍整定,B段按最大负荷电流整定;中央变进线处只设速断保护,按上一级速断保护的0.9倍进行整定;采区变进线处设两段式保护,A段按上级速断的0.9倍进行整定,B段按上级B段定值进行整定。

结合煤矿井下供电的特殊性可以看出,煤矿井下供电系统线路保护中存在的主要问题有:

1.煤矿井下供电系统是一个单侧电源辐射状电网,由于采区变电所距电源较远,中间经过的开关级数较多,需要较长的时限和较大的定值配合,而电力部门对电源保护的时限和定值已经限定,无法更改,造成给定整定值过小,保护时限过短,保护无法配合。

2.煤矿采区变电所的整定原则是确定最远端的负荷性质和大小,据计算结果整定供此处负荷的开关定值,然后逐级向采区变电所计算,根据所负荷中功率最大者确定过流保护定值,以最远端的短路电流整定速断保护。依向上逐级配合,速断保护和过载保护的定值和时限从采区变电所向下逐级降低由于目前速断保护整定值过小,一旦出现短路故障,必然是所有速断保护同时作,使得继电保护没有选择性,出现越级跳闸,扩大了停电故障影响范围。

3.瞬时速断的整定原则是先确定地面6kV处定值,依次向下按0.9倍整定。这种原则有明显的缺陷:由于整定值过小,并且逐级减小,一旦出现短路故障,必然是所有速断保护同时动作,使得保护的选择性差,出现越级跳闸,从而扩大停电故障的影响范围。

为了避免上述安全隐患,首先可在6kV至中央变下井线路中装设电抗器,短路电流值从电源至负荷方向将在井上、煤矿井下有明显的差距,从而有利于速断保护动作电流的区分。其次可通过改进线路保护每段的整定原则和各级之间时限的配合两个方面对煤矿供电系统继电保护进行优化,以最大限度满足煤矿井下供电特殊情况的要求。

三、煤矿井下低压供电系统

随着煤矿井下供电电压等级的不断提高,煤矿井下低压供电系统的范围也在不断扩大。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。但由于煤矿井下防爆电气安全水平不高,电气故障引起的电火引燃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。因此,提高煤矿井下低压供电系统的安全可靠性,对提高煤矿井下供电的可靠性,具有十分重要的意义。一般煤矿井下低压供电系统常出现的问题有以下几种:

(一)局扇供电问题

煤矿井下低压供电系统中,有些掘进工作面达不到《煤矿安全规程》规定的煤矿井下的局部扇风机供电必须满足“三专”和“双风机双电源”的要求。一种情况是没有采用专用电缆线路供电,一旦其中一台风机供电线路出现故障,马上影响到另一台风机的供电,扩大了故障的影响范围,给人身及矿井带来了严重的安全隐患。还有一种情况就是生产用电与局扇用电为一趟线路,没有分开,一旦生产供电线路出现故障,会直接影响到局扇的正常运转,甚至影响整个矿井的井下供电系统。

为了避免上述安全隐患,局部通风机专用变压器与备用电源必须分布在不同的母线上,备用电源的容量和开关整定必须满足所带局部通风机及其它负荷同时运行的需要,确保局部通风机正常运行;专用线路应采用装有选择性漏电保护装置的供电线路;通风专用变压器的低压分支开关必须安装低压选漏,并按《煤矿安全规程》规定周期进行试验,以减小漏电线路的影响。

(二)防爆电器安全问题

矿用隔爆型低压防爆电器是煤矿井下必备的电器设备,采用防爆外壳、本质安全电路及各种保护装置,这些安全措施对防止电火花引爆矿井瓦斯,保障人身安全起到了重要作用。但是由于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,使上述这些措施不能防止故障电火引起的瓦斯煤尘爆炸事故的发生。

为了避免上述问题的发生,对防爆电器开盖进行检查、维修以及更换负荷时,应遵守《煤矿安全规程》第445条规定的“煤矿井下不得带电检修、搬迁电气设备”,即不允许带电打开电器设备隔爆外壳。这就要求工作人员提高安全意识,克服防爆电器这一设计缺陷。

上面只谈了些煤矿井下供电系统存在的一些主要问题。另外,制定完善健全的规章制度并认真执行,对于提高煤矿井下供电安全也具有十分重要的作用。总之,只有加大煤矿井下供电系统管理的力度,把煤矿井下供电系统中存在的问题及时、合理的解决,才能保证矿井具有质量高、更安全、更可靠的井下供电系统。

参考文献

[1]白继儒.煤矿井下供电可靠性探讨[J].中州煤炭,2005,(3).

[2]杨发长.浅析煤矿井下低压供电系统[J].科技情报开发与经济,2007,(24).

[3]李晓光,张树江,王子君.我国煤矿井下低压供电系统可靠性分析与对策[J].煤矿安全,2007,(8).

[4]仇士弼,许博.煤矿井下供电的探讨[J].煤矿设计,1997,(7).

篇10

关键词：变频器 电磁兼容 煤矿 抗干扰

中图分类号：TN7 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0107-02

0 引言

近年来随着微机控制技术和大功率电子元件的发展，交流电动机变频调速技术以其高效率、高性能、易维护等特点得以迅速发展，交流变频调速的各行业中应用越来越广泛。在各种调速方式中，交流变频调速技术已被国内外公认为是最理想、最有发展前途的一种调速方式了。我国煤矿井下特殊的工作环境和安全生产上的特殊要求，制约了变频器在煤矿井下的推广，随着我国煤炭生产自动化程度的不断提高，变频器以其能实现大功率电机软件启动、多机联动时功率平衡、节能等特点在煤矿井下，采、掘、运等设备采用变频器越来越多。作为电力电子设备，其内部由电子器件、计算机芯片都组成，其输入侧和输出侧的电压、电流含有高次谐波，运行即要防止外界干扰，又要防止它干扰外界，即所谓的电磁兼容性“EMC”。电磁兼容是变频器在煤矿应用和推广关键这一，也是矿用变频调速传动系统设计、应用必须面对的问题。

1 变频器及EMC

电磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度。

一般来说，电气设备必须同时具有对高频和低频干扰的抑制能力。其中高频干扰主要包括静电放电、脉冲干扰和发射性频率的电磁场等；而低频干扰主要指电源电压波动、欠压和频率不稳定等。通常变频器能够运行在一个可能存在着较高电磁干扰的工业环境中，它既是噪声发射源，可能又是噪声接受器。

1.1 变频器所受的外部干扰

1.1.1 同网络非线性负载对变频器的干扰

同一移动变频站供电网络内存在容量较大采煤机、软启动等的晶闸管换流设备时，这些负荷工作时都可对电网中的电压、电流产生畸变，使电网电压出现凸凹，影响变频器整流模块正常工作。

1.1.2 变频器受到来自井下电网的干扰

井下电网对变频器干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电、浪涌及尖峰电压脉冲等。

1.1.3 补偿电容器的投入和切出对变频器的干扰

当煤矿井下变电所的供电线路采用集中电容补偿的方法来提高功率因数时，在补偿电容投入和切出的暂态过程中，供电线路电压有可能出现很高的峰值。其过高的反向电压有可能击穿变频器的整流二极管。

1.2 变频器对外部的干扰

矿用变频器为电压源型，它的主电路如图1所示。主电路由整流、平波、逆变三部分构成，其中整流和逆变工作时都会产生干扰。

变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，变频器工作时产生的谐波电流输入给电源电网，可导致输入电流畸变，对供电电网造成谐波污染。其输入电流中的5次和7次谐波的谐波分量达到20%和12%。

变频器产生干扰及其形成主要有：

（1）变频器的输入电流和输出电流中，都具有较强的高次谐波成分，它们将对其他控制设备形成干扰，影响其他设备的正常工作。

电压型变频器的输入侧整流和滤波两部分构成，当电源的线电压大于支持电容两端的电压时，整流桥中充电电流呈不连续的冲击波形式出现在电源电压的振幅值附近。它具有很高的奇次谐波成份，特别是5次和7次谐波。

（2）输出电压与电流的，变频器的逆变器大多采用PWM技术，当变频器根据给定的频率运行时，IGBT工作在高速切换的开关模式，其输出的电压离散的，并且带有与开关频率相应的高次谐波群，产生大量耦合性噪声。

（3）变频器到电机的供电电缆及电机内部存在寄生电容Cp，IGBT模块高速切换时，变频器的PWM输出电压波形的开关翼部通过寄生电容产生一个高频脉冲电流Is，这时变频器成为一个谐波干扰源。由于谐波电流Is的产生源是变频器，因此它一定要流频器。图2中Ze为大地阻抗，Zn为动力电缆与地之间的阻抗。谐波电流流过此二阻抗所造成的电压降，将影响到同一电网上的其他设备造成干扰。

2 干扰信号的传播方式

变频器工作时输入和输出电流中，都能产生功率较大的高次谐波成份，对系统内其它设备产生干扰，影响其它设备正常运行，主要分谐波干扰、电磁辐射干扰、感应耦合。主要表现为：对周围的电子、电气设备产生电磁辐射；对其驱动的电动机产生电磁噪声；通过供电线路对电网内其它设备产生干扰；对变频器相邻的其它线路产生感应耦合干扰。

3 变频器的抗干扰措施

3.1 安装输入电抗器

输入电抗器串联在电源与变频器输入侧之间，可有效降低5-11次等谐波含量，减少其可能干扰其他设备的正常运行之外，还可降低大量的无功功率，提高线路的功率因数。在变频器输入侧安装电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。输入电抗器的主要作用如下：（1）降低变频器产生的谐波，同时增加电源阻抗。（2）抑制浪涌电压和浪涌电流，保护变频器。（3）消弱电源电压不平衡对变频器的影响。

3.2 安装滤波器

在变频器的输入输出侧电路中，除上述较低次的谐波成份外，还有许多频率较高的谐波电流，输入滤波器可以抑制干扰信号从变频器通过电源线把干扰引导到移动变频站，而使临近或同一电网电气设备不受干扰，能够正常工作，输入滤波器主要由电感和电容构成，如图3所示。

变频器输出端电源滤波器采用电感滤波，可以有效地削弱输出电流中的高次谐波成分，其原理图如图4所示。

3.3 变频器模块及电缆的合理布局

布局是变频器设计防干扰中重要环节，合理的布局可以抑制干扰，布局原则是：功率模块与控制模块分开，并且要有相应的屏蔽材料进行屏蔽处理，变频器与动力电缆应尽可能地远离，信号电缆和动力电缆分开走线，尽量操持距离。

（1）隔离，采用电光隔离把电路的干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系，在变频调速系统中，变频器控制板及PLC等控制单元要通过隔离变频器单独供电，避免因为传导干扰而引起故障，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器，电抗器及IGBT采用物理隔离。

（2）使用屏蔽电机电缆，变频器到电机之间的动力电缆使用MCP矿用屏蔽电缆，电缆屏蔽层连接变频器外壳和电机外壳，使变频器高次谐波干扰电流经过屏蔽层构成的通道回到变频器，从而降低对其它设备的干扰。

（3）良好的接地及合理的布线。正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰，确保变频器箱体中的所有设备接地良好，使用短和粗的接地线连接到公共接地点或接地母排上，设备的电源线和信号线应量远离变频器的输入、输出线；电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行。

4 结语

本文通过变频器在煤矿井下使用过程中出现的电磁干扰问题进行分析，并结合井下工作条件提出了切实可行的解决问题的方法和对策，随着新控制理论及技术在变频器上的应用，变频应用中产生的部分电磁兼容问题有望通过变频器新的控制算法来解决，但目前来讲，重视矿用变频器电磁兼容性已成为变频在煤矿推广及设计开发过程中必须面对的关键问题。

参考文献

[1]杨克俊.电磁兼容原理与设计技术[J].北京：人民邮电出版社，2004.