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摘要：随着近些年煤矿事故的不断发生，煤矿安全方面的问题越来越受到人们的关注。本文从煤矿电气化设计方面入手，从几个常见的电气化设计问题提出解决方法。
关键词：煤矿；电气设计；措施
一、影响主扇风机安全运行原因分析及改进预防措施
1、PLC部分输入模块不能准确接收输入信号
以主扇风机高压开关柜、励磁控制柜均为原法国配套设备为例，其辅助触点由机械执行机构带动并参与系统控制。由于触点氧化或有积垢会造成触点直流电阻大，又因控制线路距离较长而影响直流24V电压信号准确输入PLC输入模块，以至造成主扇风机的停机。以高压线性接触器合闸机构带动的辅助触点HV-1为例，如图1所示。
图 1高压辅助触点PLC输入原理图
图中HV-1触点由线性接触器高压合闸机构控制，00405为PLC模块输入点。PLC输入模块额定电压为直流24V，在主扇风机运行时出现00405输入信号减弱或丢失，主扇风机直接停机。在检修时，断掉高压隔离开关，遥控合闸，发现输入模块00405点输入指示正常，经4s后指示变暗，随即消失，此时测量输入电压为直流3．4V，测量HV-1辅助触点直流电阻为18．7kQ，经检查，高压辅助触点HV-1点有积垢、氧化较为严重，根据PLC输入模块型号C200H-ID212的主要技术参数。结合现场实际测得的工作电流数据(断——通电流最小DC4．2mA，通——断电流最大1．2mA)，分析认为：PLC输入模块在响应时间1．5ms内输入电
压<5．0VDC或输入电流<1．2mA时，PLC输入内部电路都会截止。而此时输入电压仅为3．4V，实测输入电流仅为1．05mA，又因00405直接参与风机控制，这是造成主扇风机的停机的主要原因。
采取措施是：首先利用检修时间对所有参与控制的高压、励磁辅助触点进行处理，针对高压辅助触点接触电阻大、接点氧化、积垢较多的隐患，使用粗布和无水酒精进行软打磨处理的方法，既保护了触点，取得了很好的处理效果，并测量触点直流电阻值，力求达到最小值，这种触点处理方法在现场中得到了广泛的应用。其次改用直流1 10V电源代替直流24V电源，经光电耦合器进行电位隔离，由直流24V电源经光电耦合器的输出端输入PLC输入模块，彻底杜绝了部分PLC输入模块因输入电压太低或输入电流太小直接造成停机现象的再次发生，如图2所示。
图 2
由于光电耦合器技术比较成熟，体积小、寿命长、无触点、有着良好的隔离性和抗干扰能力，能广泛用于电信号耦合、电平匹配、电位隔离等多种模拟数字
电路中，在现场的实际应用效果理想，彻底解决了上述问题的再次发生。结合应用效果，我们针對涉及此类问题的高压、励磁六对参与控制的辅助触点，均采取了此类处理方法，有效提高了系统的稳定性。
2、风门磁铁到位误动作
主扇风机风门磁铁到位开关在主扇安全运行中存在的问题主要是：主扇风机在运行时因风门磁铁到位开关误动作出现无故障停机现象。如梯形图2、图3所示(图3、图4分别为改进前、改进后风门打开限位梯形图)。
图 3
图中I：6．14为风门打开限位开关输入PLC内部模块的常开接点，线圈80．01为风门打开内部输入继电器，风门打开、对方风门关闭两限位开关均参与运行风机的启动和运行，由于限位开关是磁铁式开关，该开关一是接点位置准确度不高，二是风机起动或运行时振动容易引起开关接点颤动误动作。
预防措施：结合设备运行中暴露出的问题，根据主扇风机风门电控设计原理，对PLC运行程序进行了简单的修改，主要是对程序中由风门控制的限位开关控制的内部继电器各加3s延时。
图 4
在修改后的梯形图五中加了一个定时器，在主扇风机正常运行时，线圈80．01始终带电。当风门限位开关瞬间断电时，风门打开输入常开接点l：6．14断开，常闭接点l：6．14闭合，风门打开输入线圈80．01自保回路继续带电，同时定时器开始计时，3s内若常闭接点I：6．14断开(此时风门打开限位开关正常，同时常开接点I：6．14闭合)，切断计时回路，否则3s计时结束，定时器TIMl22常闭接点将切断风门打开回路，线圈80．01断电，主扇风机停止运行。增加3s的延时可避开限位开关因误动作断开的时间，即符合了原设计原理，又考虑到风门在动作时可能带来的各项不安全因素，该措施实施后系统运行稳定。
二、目前保护接地存在的共性问题及措施
1、电缆接地线的连接
高压铠装电缆的外皮和橡套电缆的接地芯线有的没有和电气设备外壳连接或连接不标准、不规范，影响井下接地网的形成。
预防措施：制作高压电缆头和高压电缆线的连接，必须制作接地线，并将接地线有效地和铠装带连接。在高压电缆头和设备连接时，首先要将接地线与设备外壳相连。高压电缆的接地线要使用截面不小于25mm2的铜线，或截面不小于50 mm2的镀锌铁线，或厚度不小于4mm、截面不小于50 mm2的扁钢。所有低压动力电缆必须使用带有接地芯线的四芯电缆。电缆线的连接和安装首先要将接地芯线和电气设备的金属外壳相连。接地芯线连接时的制作要和电源线制作连接一样，而且接地芯线要比3根电源线最长的长一些，在万一拉脱电缆接头时，接地芯线不至于拉脱，一定要保证在任何情况下接地线都能安全接地。
2、主接地极和主接地母线
主接地极没有在主、副水仓各埋设一块，仅在主水仓埋设一块，而且不是用耐腐蚀的钢板制成，面积和原厚度达不到要求。主接地极和主接地母线连接不标准，不是焊接或连接处镀锌或锡，而是松动的连接和捆绑，而且水仓中埋设的主接地没有安装检查检修的吊装装置，使主接地极在水仓中如沉大海，无人过问。主接地母线没有按规定的材料和规格制作，有的采用带电缆外皮的废旧电缆；有的采用铝板铝线；有的采用圆钢；有的远距离埋设主接地极，使主接地母线过长；有的将主接母线埋在地下，不便维修检查。
预防措施：主接地极应用耐腐蚀的钢板制成，其面积不得小于0.75 mm2，厚度不小于5 mm。所谓耐腐蚀就是应镀锌，或者与主接地母线的连接处镀锌或锡。主接地极应在主、副水仓各埋设一块，当主、副水仓在分别清仓时，保证主接地极的正常使用。主接地极在放入主、副水仓时，应在水仓顶部和巷道顶部设置滑轮、钢丝绳，以便安装、检查、检修。
主接地极的接地母线应采用截面不小于50 mm2的铜线，或截面不小于100 mm2的镀锌铁线，或厚度不小于4 mm，截面不小于100 mm2的扁钢。不得用铝线、铝板等其它材料代替。主接地母线与设备和主接地极的连接应焊接，否则要用不小于10mm的镀锌螺栓并加防松装置(弹簧垫、双螺帽)拧紧连接，连接处应镀锌或锡。
三、煤矿电气控制电路常见问题及措施
1、电控系统失控
煤矿电气控制电路的安全运行与管控，是保障煤矿井下作划顺利完成的基础，也是对于井下作业人员的基本人生安全保护。如果在长期的使用过程中，不能及时对煤矿电气控制电路对性系统的检查与检测，极有可能引发煤矿电气控制电路的全线瘫痪，进而导致整个矿区的电控系统失控。煤矿电气控制电路是电控系统进行远程操作的连接载体，如果一旦发生线路故障或问题，电控系统的操作命令也就难以及时传达到电气设备，进而有可能引发全区电控系统的失控，严重危及到生产安全和煤炭开采工作的顺利开展和进行。
预防措施： 在井下低压电网中，漏电故障占电气故障70％左右，因此，漏电故障是影响供电可靠性的主要因素。选择性漏电保护可以缩小漏电故障的停电范围，缩短寻找和消除漏电故障的时间，可以提高供电的可靠性。另外，选择性漏电保护中旁路地分流技术的应用，可以在较大程度上减小因电动机反电势和电网分布电容所形成的故障点电流，提高了电气安全程度。实践证明，选择性漏保护在提高井下低压电网的安全性和可靠行性方面具有重要的地位。因此，深入地研究电网漏电机理，不断完善漏电保护性能，提高漏电保护的技术水平．对保证井下低压电网的安全运行具有重要的意义。
2、腐蚀电缆外表及金属管线
在运输巷道中，除了架线与轨道之外，还铺设有高压电缆和风管、水管，这些管线都是杂散电流的良好通道。在回电点附近，电流从管线中流出。电流的流出点使管线受到腐蚀。井下运输巷道非常潮湿，井下水又多为酸性，由于电解作用而腐蚀金属。电流从正电源流到正极，在电解槽中电从正极板流出，而电子流恰恰相反，从正极板流向直流电源的正端。正极板失掉电子而带正电，与电解液中的硫酸根离子结合而变成硫酸盐，因此，正电的金属脱落于电解液中，运输巷道中的电缆外皮有电流流出，如同电槽中的正极，因此被腐蚀。
预防措施：电缆的选择应根据不同的用途和使用场合，按经济电流密度来选取，并且考虑线路电压损失和短路保护的需要，同时还应注意以下几点：
(1) 煤矿井下高、低压电缆必须采用符合MT818标准的电缆。
(2)移动变电站应选用高压屏蔽监视型电缆。
(3)综采工作面设备应使用千伏级屏蔽电缆。
(4)线路中间线盒应使用防爆接线盒或阻燃型充填材料接线盒。
(5)煤矿10kV及6kV为中性点不接地供电系统，当系统发生单相接地时一般允许运行一段时间（移动设备除外），此时非接地相对地电压将升高到线电压，因此，在选择高压电缆时一般选用6／6kV，或8.7／10kV级高压电缆，现在系统中3．6／6kV及6/10kV级电缆应退出运行，设计中不应采用。
总之，只有在煤矿电气设计时，不断努力发现问题，解决问题，本着对生产人员生命财产负责的态度，不断优化电气设计，才能够不断降低煤矿电气方面的生产事故。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词：煤矿；电气设计；措施
一、影响主扇风机安全运行原因分析及改进预防措施
1、PLC部分输入模块不能准确接收输入信号
以主扇风机高压开关柜、励磁控制柜均为原法国配套设备为例，其辅助触点由机械执行机构带动并参与系统控制。由于触点氧化或有积垢会造成触点直流电阻大，又因控制线路距离较长而影响直流24V电压信号准确输入PLC输入模块，以至造成主扇风机的停机。以高压线性接触器合闸机构带动的辅助触点HV-1为例，如图1所示。
图 1高压辅助触点PLC输入原理图
图中HV-1触点由线性接触器高压合闸机构控制，00405为PLC模块输入点。PLC输入模块额定电压为直流24V，在主扇风机运行时出现00405输入信号减弱或丢失，主扇风机直接停机。在检修时，断掉高压隔离开关，遥控合闸，发现输入模块00405点输入指示正常，经4s后指示变暗，随即消失，此时测量输入电压为直流3．4V，测量HV-1辅助触点直流电阻为18．7kQ，经检查，高压辅助触点HV-1点有积垢、氧化较为严重，根据PLC输入模块型号C200H-ID212的主要技术参数。结合现场实际测得的工作电流数据(断——通电流最小DC4．2mA，通——断电流最大1．2mA)，分析认为：PLC输入模块在响应时间1．5ms内输入电
压<5．0VDC或输入电流<1．2mA时，PLC输入内部电路都会截止。而此时输入电压仅为3．4V，实测输入电流仅为1．05mA，又因00405直接参与风机控制，这是造成主扇风机的停机的主要原因。
采取措施是：首先利用检修时间对所有参与控制的高压、励磁辅助触点进行处理，针对高压辅助触点接触电阻大、接点氧化、积垢较多的隐患，使用粗布和无水酒精进行软打磨处理的方法，既保护了触点，取得了很好的处理效果，并测量触点直流电阻值，力求达到最小值，这种触点处理方法在现场中得到了广泛的应用。其次改用直流1 10V电源代替直流24V电源，经光电耦合器进行电位隔离，由直流24V电源经光电耦合器的输出端输入PLC输入模块，彻底杜绝了部分PLC输入模块因输入电压太低或输入电流太小直接造成停机现象的再次发生，如图2所示。
图 2
由于光电耦合器技术比较成熟，体积小、寿命长、无触点、有着良好的隔离性和抗干扰能力，能广泛用于电信号耦合、电平匹配、电位隔离等多种模拟数字
电路中，在现场的实际应用效果理想，彻底解决了上述问题的再次发生。结合应用效果，我们针對涉及此类问题的高压、励磁六对参与控制的辅助触点，均采取了此类处理方法，有效提高了系统的稳定性。
2、风门磁铁到位误动作
主扇风机风门磁铁到位开关在主扇安全运行中存在的问题主要是：主扇风机在运行时因风门磁铁到位开关误动作出现无故障停机现象。如梯形图2、图3所示(图3、图4分别为改进前、改进后风门打开限位梯形图)。
图 3
图中I：6．14为风门打开限位开关输入PLC内部模块的常开接点，线圈80．01为风门打开内部输入继电器，风门打开、对方风门关闭两限位开关均参与运行风机的启动和运行，由于限位开关是磁铁式开关，该开关一是接点位置准确度不高，二是风机起动或运行时振动容易引起开关接点颤动误动作。
预防措施：结合设备运行中暴露出的问题，根据主扇风机风门电控设计原理，对PLC运行程序进行了简单的修改，主要是对程序中由风门控制的限位开关控制的内部继电器各加3s延时。
图 4
在修改后的梯形图五中加了一个定时器，在主扇风机正常运行时，线圈80．01始终带电。当风门限位开关瞬间断电时，风门打开输入常开接点l：6．14断开，常闭接点l：6．14闭合，风门打开输入线圈80．01自保回路继续带电，同时定时器开始计时，3s内若常闭接点I：6．14断开(此时风门打开限位开关正常，同时常开接点I：6．14闭合)，切断计时回路，否则3s计时结束，定时器TIMl22常闭接点将切断风门打开回路，线圈80．01断电，主扇风机停止运行。增加3s的延时可避开限位开关因误动作断开的时间，即符合了原设计原理，又考虑到风门在动作时可能带来的各项不安全因素，该措施实施后系统运行稳定。
二、目前保护接地存在的共性问题及措施
1、电缆接地线的连接
高压铠装电缆的外皮和橡套电缆的接地芯线有的没有和电气设备外壳连接或连接不标准、不规范，影响井下接地网的形成。
预防措施：制作高压电缆头和高压电缆线的连接，必须制作接地线，并将接地线有效地和铠装带连接。在高压电缆头和设备连接时，首先要将接地线与设备外壳相连。高压电缆的接地线要使用截面不小于25mm2的铜线，或截面不小于50 mm2的镀锌铁线，或厚度不小于4mm、截面不小于50 mm2的扁钢。所有低压动力电缆必须使用带有接地芯线的四芯电缆。电缆线的连接和安装首先要将接地芯线和电气设备的金属外壳相连。接地芯线连接时的制作要和电源线制作连接一样，而且接地芯线要比3根电源线最长的长一些，在万一拉脱电缆接头时，接地芯线不至于拉脱，一定要保证在任何情况下接地线都能安全接地。
2、主接地极和主接地母线
主接地极没有在主、副水仓各埋设一块，仅在主水仓埋设一块，而且不是用耐腐蚀的钢板制成，面积和原厚度达不到要求。主接地极和主接地母线连接不标准，不是焊接或连接处镀锌或锡，而是松动的连接和捆绑，而且水仓中埋设的主接地没有安装检查检修的吊装装置，使主接地极在水仓中如沉大海，无人过问。主接地母线没有按规定的材料和规格制作，有的采用带电缆外皮的废旧电缆；有的采用铝板铝线；有的采用圆钢；有的远距离埋设主接地极，使主接地母线过长；有的将主接母线埋在地下，不便维修检查。
预防措施：主接地极应用耐腐蚀的钢板制成，其面积不得小于0.75 mm2，厚度不小于5 mm。所谓耐腐蚀就是应镀锌，或者与主接地母线的连接处镀锌或锡。主接地极应在主、副水仓各埋设一块，当主、副水仓在分别清仓时，保证主接地极的正常使用。主接地极在放入主、副水仓时，应在水仓顶部和巷道顶部设置滑轮、钢丝绳，以便安装、检查、检修。
主接地极的接地母线应采用截面不小于50 mm2的铜线，或截面不小于100 mm2的镀锌铁线，或厚度不小于4 mm，截面不小于100 mm2的扁钢。不得用铝线、铝板等其它材料代替。主接地母线与设备和主接地极的连接应焊接，否则要用不小于10mm的镀锌螺栓并加防松装置(弹簧垫、双螺帽)拧紧连接，连接处应镀锌或锡。
三、煤矿电气控制电路常见问题及措施
1、电控系统失控
煤矿电气控制电路的安全运行与管控，是保障煤矿井下作划顺利完成的基础，也是对于井下作业人员的基本人生安全保护。如果在长期的使用过程中，不能及时对煤矿电气控制电路对性系统的检查与检测，极有可能引发煤矿电气控制电路的全线瘫痪，进而导致整个矿区的电控系统失控。煤矿电气控制电路是电控系统进行远程操作的连接载体，如果一旦发生线路故障或问题，电控系统的操作命令也就难以及时传达到电气设备，进而有可能引发全区电控系统的失控，严重危及到生产安全和煤炭开采工作的顺利开展和进行。
预防措施： 在井下低压电网中，漏电故障占电气故障70％左右，因此，漏电故障是影响供电可靠性的主要因素。选择性漏电保护可以缩小漏电故障的停电范围，缩短寻找和消除漏电故障的时间，可以提高供电的可靠性。另外，选择性漏电保护中旁路地分流技术的应用，可以在较大程度上减小因电动机反电势和电网分布电容所形成的故障点电流，提高了电气安全程度。实践证明，选择性漏保护在提高井下低压电网的安全性和可靠行性方面具有重要的地位。因此，深入地研究电网漏电机理，不断完善漏电保护性能，提高漏电保护的技术水平．对保证井下低压电网的安全运行具有重要的意义。
2、腐蚀电缆外表及金属管线
在运输巷道中，除了架线与轨道之外，还铺设有高压电缆和风管、水管，这些管线都是杂散电流的良好通道。在回电点附近，电流从管线中流出。电流的流出点使管线受到腐蚀。井下运输巷道非常潮湿，井下水又多为酸性，由于电解作用而腐蚀金属。电流从正电源流到正极，在电解槽中电从正极板流出，而电子流恰恰相反，从正极板流向直流电源的正端。正极板失掉电子而带正电，与电解液中的硫酸根离子结合而变成硫酸盐，因此，正电的金属脱落于电解液中，运输巷道中的电缆外皮有电流流出，如同电槽中的正极，因此被腐蚀。
预防措施：电缆的选择应根据不同的用途和使用场合，按经济电流密度来选取，并且考虑线路电压损失和短路保护的需要，同时还应注意以下几点：
(1) 煤矿井下高、低压电缆必须采用符合MT818标准的电缆。
(2)移动变电站应选用高压屏蔽监视型电缆。
(3)综采工作面设备应使用千伏级屏蔽电缆。
(4)线路中间线盒应使用防爆接线盒或阻燃型充填材料接线盒。
(5)煤矿10kV及6kV为中性点不接地供电系统，当系统发生单相接地时一般允许运行一段时间（移动设备除外），此时非接地相对地电压将升高到线电压，因此，在选择高压电缆时一般选用6／6kV，或8.7／10kV级高压电缆，现在系统中3．6／6kV及6/10kV级电缆应退出运行，设计中不应采用。
总之，只有在煤矿电气设计时，不断努力发现问题，解决问题，本着对生产人员生命财产负责的态度，不断优化电气设计，才能够不断降低煤矿电气方面的生产事故。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看