煤矿井下电缆故障原因分析及预防技术.pdf

东 瞧差 错技 2 0 1 1 年 第5 期 煤矿井下电缆故障原因分析及预防技术 上官锋 义煤 集团 跃进煤矿 ， 河南 义马4 7 2 3 0 0 摘要该文针对煤矿使用中的6 k V聚氯乙烯绝缘电力电缆在运行中出现的问题， 总结分析 了 造成电缆故障的主要原因， 从设计、 防护、 施工、 制作、 运行等方面阐述了预防电缆故障的方法， 确保供电系统的安全可靠， 保证了矿井的安全生产， 提高的矿井的经济效益。 关键词 电缆损伤故障 防护 中图分类号 T D 6 0 8 文献标识码C Pr e v e nt i o n t e c hn o l o g y a nd c a u s e a na l y s i s o f c a b l e f a u l t s i n c o a l mi ne S h a n g G u a nf e n g Y u e j i n c o a l m i n e o f y i m a C o a l G r o u p ， y i m a 4 7 2 3 0 0 ，c n a Abs t r a c t Ac c o r d i n g t o o p e r a t i o n p r o b l e m o f 6KV PVC i n s u l a t e d p o we r c a b l e s i n c o a l mi n e，An aly s i s t h e r e a s o n o f c abl e f a u l t s ，F r o m d e s i g n，p r o t e c t i o n， c o n s t r u c t i o n，a n d o p e r a t i o n o f V a l O U S a s p e c t s e x p a t i a t e d p r e v e n t i o n me t h o d o f c a b l e f a u l t s，T o e n s u r e t h e s a f e t y a n d r e l i a b i l i t y o f t h e p o we r s u p p l y s y s t e m， En s u r e t h e p r o d u c t i o n s a f e t y o f t h e mi n e，I mp r o v e t h e e c o n o mi c b e n e f i t s o f t h e mi n e ． Ke y wo r d s c abl e d a ma g e f a u l t p r o t e c t i o n 目前我国矿井井下常用电力电缆主要包括纸绝缘 绕包型、 交联聚乙烯绝缘挤包型及橡胶绝缘挤包型等 几种。6 k V电缆是聚氯乙烯绝缘电力电缆， 该 电缆绝 缘由聚氯乙烯组成 ， 化学稳定性好 ， 具有耐酸、 耐碱等 特点， 重量轻， 弯曲性能好 ， 敷设维护简单方便， 供电安 全、 可靠 ， 能适宜煤矿井下特殊环境。但 由于井下电缆 运行环境相对比较恶劣， 易致使电缆发生故障， 使矿井 的动力供应系统中断， 影响矿井的安全正常生产。 1 电缆故障原因分析 1 ． 1 过负荷对电缆的损坏 矿井生产设备长期满负荷或过负荷会使井下电缆 出现绝缘老化以致发展为故障。电缆过负荷运行和接 头接触不良是井下电缆线路中比较常见的故障， 前者 属于管理上的问题、 后者多因施工质量、 材料不合格或 连接工艺达不到技术要求造成的。根据 煤矿井下电 缆安装、 运行、 维修管理工作细则 的规定 ， 每根高压电 缆的截面应按电缆的经济电流密度、 允许负荷电流、 电 力网络的允许电压损失等进行选择。有时矿井为追求 产量而多开设备 ， 导致电缆过负荷 ， 尤其在电缆中间接 头和终端头处 ， 其芯线与连接管、 接线端子采用压缩连 接， 其接触电阻远远大于电缆同等长度的直流电阻， 同 时电缆中间接头和终端头的散热条件比电缆本体困难 得多， 在高温、 压力和电压作用下极易导致绝缘损坏。 收稿 日期 2 0 1 1 0 81 0 作者简介 上官锋 1 9 8 6 一 ， 男， 河南义马人， 助理工程师， 2 0 0 9年 毕业于河南理工大学采矿工程专业， 现工作于义马集团跃进煤矿从 事煤炭技术管理工作。 如果电缆排列过于拥挤， 将使电缆的散热条件变 差 ， 运行环境变坏， 在电缆负荷较大的情况下 ， 导致电 缆的发热量远远大于环境 的散热量， 使电缆不能达到 热平衡 ， 出现电缆线芯温度超过额定值的恶性循环 ， 极 易导致火灾发生， 影响矿井安全生产。为此， 电缆不允 许重叠 ， 尽量避免不必要的交叉 ； 电缆的平行敷设应保 证规程中规定的最小距离 ， 并将所有电缆 固定安装在 电缆支架 上。 1 ． 2机械损伤 电缆机械损伤引起的电缆故障主要 由人为外力损 坏和因运行环境剧变使电缆承受过大应力而造成的故 障。在敷设电缆 中， 往往 因硬拉或不注意弯曲半径限 度而造成绝缘损坏 ， 这些可以在敷设过程 中加以注意 解决 煤矿井下多为水平巷道， 在运输过程 中， 矿车落 道就很可能挤伤、 撞伤电缆 ， 也易造成电缆损坏； 平时 为了维护巷道 ， 需将电缆频繁起落， 造成 电缆受力裂 纹， 形成绝缘损坏。 1 ． 3受潮和腐蚀 电缆腐蚀主要分为电解腐蚀和化学腐蚀两种， 电 缆一旦遭受腐蚀或水分侵入后绝缘强度将大幅度降 低 ， 严重时会导致电缆被击穿。原本 电力电缆的导体 和绝缘物与大气完全隔离 ， 电缆是在处于密封状态下 工作的。但由于井下环境潮湿 ， 井下的水多呈酸性 ， 这 就等于在电缆外皮存在电解液。井下巷道分布着杂散 电流， 杂散电流通过电解液就会发生电解现象， 腐蚀是 相当严重的。电缆的铠装外皮及铅包受到腐蚀后， 降 低了机械强度， 极易发生损坏。所以电缆应尽量远离 杂散电流集中的区域 ， 加强电缆与杂散电流的绝缘 ， 以 2 0 1 1 年 第5 期 童撼晨 科技 5 5 避免被电解腐蚀。电缆化学腐蚀及受潮引起电缆故 障， 主要有电缆金属护套因为腐蚀或机械损伤穿孔、 接 头安装密封不 良、 入水受潮。 2电缆 故 障预 防 2 ． 1 电缆工程设计 电缆工程设计要点是 电缆额定电压、 载流量、 电 缆路径走向、 电缆敷设方式。电缆应严格按照设计技 术条件及有关标准选定 ， 选型时尽量采用金属铠装、 外 护套阻燃的电力电缆 ； 选择电缆生产厂家时， 应对其生 产工艺、 管理水平有一定的了解 ， 以保证提供优质电缆 产品； 电缆路径应尽可能避开易受机械损伤的地方 ， 远 离振动剧烈的地方， 避免电缆的内护套因受振而疲劳， 避免经过易燃易爆地点。 2 ． 2提高电缆施工质量 1 在接头施工过程中要严格防止潮气侵入 电缆 线芯内部 ， 锯断的电缆头须及时密封 ， 以防水分侵入。 接头施工前应采取措施消除电缆内因放置电缆而产生 的机械应力 。 2 使用喷灯加热热缩管材时， 火焰中没有充分 燃烧的烟尘微粒就会附在管材表面造成绝缘层间接触 不良， 绝缘水平下降， 泄漏电流增大， 因此要求每收缩 一 个管材均要擦净表面。 使用喷灯加热时火焰温度应 注意控制在 1 2 0 1 4 0 o c， 火焰应在管材周围径向移动， 确保径向收缩均匀后再缓慢延伸， 遵照工艺 中推荐的 起始收缩部位和方向， 便于排除空气。 3 热缩管材包敷密封金属部位例如接线管时， 金属部位应预热至 6 0 7 0 q C， 这样才能获得 良好的密 封效果。 电缆接头故障大部分都是因密封失效、 水分侵入、 绝缘受潮所致， 要求接头密封结构必须长期可靠。热 缩附件的密封结构采用热缩溶胶进行粘接密封时， 要 处理好粘接界面的清洁， 任何油污、 污物都会影响到密 封效果 ， 为保证密封效果 良好 ， 可将电缆外护套与热缩 管搭接部分进行打毛处理。 2 ． 3保证 电缆接头制作质量 根据电缆结构、 材料和使用条件， 不同导体连接也 有多种形式， 压缩连接应用最为广泛， 接头制作应严格 按照说明书操作以保证施工质量。 2 ． 4 加强管理与维护 电缆线路在正常运行时， 容易忽视技术管理的重 要性， 其原因是技术管理工作看似可有可无 ， 难以经济 效益的数字量来衡量。必须指出的是 ， 电缆线路的使 用年限一般不少于 4 0 a ， 甚至更长， 如果无完好的技术 管理， 以后的运行人员无法了解电缆线路的全貌和技 术数据， 就难以保证供电系统的安全运行。因此 ， 必须 建立以下几种档案 1 电缆线路装置记录 主要记录 电缆型号、 线路长度、 电压、 负荷、 使用年限等； 2 电缆 线路图 主要记录电缆的确切走向， 包括长度、 余度、 电 缆接头的精确位置等； 3 维护记录 主要记录线路巡 上接第 5 3页 氧造成的腐蚀及 C O 腐蚀和垢下腐蚀 缺乏认识和解决的方法， 致使热水锅炉和采暖系统的 腐蚀得不到根本有效的控制。兴隆庄煤矿通过投加 Y Z一1 0 1 防腐除垢剂两年来的实践证明， Y Z一1 0 1防 腐除垢剂的投加可以不用再除氧， 就能达到根本性防 腐。它有三层防腐功能 1 在运行 中除垢、 除锈。除 掉锅炉和水系统中的垢和锈后， 就等于除掉了电化学 腐蚀的阴极 ， 从而阻止了电化学腐蚀 ； 2 它有几种育 膜剂 ， 能迅速渗透过水垢和铁锈 ， 在铁的表面育上一层 黑亮的保育膜， 从而隔绝氧腐蚀、 C O 腐蚀和垢下腐 蚀 ； 3 它属于碱性药剂， 能迅速提高水系统的 P H值 ， 使 P H值 ≥1 0 ， 从而使铁处在钝化区中， 使腐蚀降到最 低。这种药剂的使用和监测也很方便 ， 投加时先把固 体药剂溶解后随着补给水进入系统就可以了， 并随时 准备一本 P H广泛性试纸作为监测手段 ， 以确保循环 水P H值≥1 0 ， 达到国家供暖热水锅炉水质标准要求。 3 提高供热质量节能效果明显 兴隆庄煤矿共有热水采暖面积 7 5万 I I l 2 ， 其 中集 中供热锅炉房 2座， 热交换站 2座， 共安装有 6台汽水 换热器 ， 2台4 t 锅炉， 2台2 t 锅炉。2 0 0 6年以前， 由于 系统失水过于严重 ， 补水频繁 ， 使二次循环水系统温度 始终保持在低水平运行 ， 很难满足用户 的供热温度。 同时汽水换热器、 锅炉结垢严重， 热效率低下， 只能依 靠增加汽水换热器、 锅炉的运行台数来维持用户的供 热要求。低寒期运行 1 ／ 2的汽水换热器、 锅炉， 高寒期 要将所有备用汽水换热器、 锅炉全部运行才能满足用 户最基本的供热要求 ， 这样就造成 了水、 电、 煤的极大 浪费。并且一旦发生事故就会直接影响供热质量。通 过两年来坚持使用 Y Z一1 0 1 防腐阻垢剂 ， 现在只需要 在低寒期运行 1 ／ 3的汽水换热器、 锅炉， 高寒期运行 2 ／ 3的汽水换热器、 锅炉就能满足用户的供热温度。原 因就在于使用了 Y Z一1 0 1药剂以后， 控制了人为失水 的程度， 清除 了供暖系统内的垢渣 ， 提高了汽水换热 器、 锅炉的热效率， 使整个系统转入了良性循环。不但 确保了供暖系统安全运行， 保证了用户的供热质量， 而 且取得了非常好 的经济效益。据初步统计 ， 供暖系统 每年能节约燃煤约 2 4 0 t ， 节水 1 ． 8万 t ， 节 电 3 8 ． 6万 k Wh ， 折合人 民币约 2 7 ． 3 4万元， 节约汽水换热器、 锅 炉维修和清洗费用 1 3万余元。 5 6 东媳羞 科技 2 0 1 1 年 第5 期 矿 用防爆 变频器 的应 用及 三 电平变频器 的发展 司伟 ， 刘 霞， 高存峰 山东先河悦新杌电股份有限公司， 山东淄博2 5 5 1 2 0 摘要判断变频器性能的优劣， 一要看对电网的谐波污染和输入功率因数， 二要看其输出交流电压的谐波对电机的影响。良好的抗干扰措 施以及选用三电平变频嚣能够大大改善上述两点， 带来较好的使用效果。 关键词 矿用隔爆变频器谐波污染 电磁干扰 三电平变频器 中图分类号 T M 5 7 1 ． 2 文 献标识码A M i n e e x p l o s i o n p r o o f i n v e r t e r a p p l i c a t i o n a nd t he de v e l o pme n t o f t hr e e l e v e l f r e q ue n c y c o n v e r t e r Ab s t r a c t J u d g e t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t age s，a f r e q u e n c y c o n v e r t e r p e rfo r ma nc e o f t h e d t o s e e h a r mo n i c p o l l u t i o n a n d i n p u t powe rf a c t o r ，2 wa n t s e e it s o u t p u t o f mo t o r a c v o l t a g e h a r mo n i c e ff e c t ．Go o d a n t i d i s t u r b a n c e me a s u r e s and c h o o s e t h r e el e v e l i n v e r t e r c a n g r e a tl y i mp r o v e t h e a b o v e t wo p o i n t s ，b rin g b e e r u s e e ffe c t ． Ke y wo r d s Mi n i n g fl a mep r o o f i n v e r t e r Ha r mo n i c p o l l u t i o n E l e c t r o ma g n e t i c i n t e rf e r e n c e thr e el e v e l i n v e rt e r 伴随着我国煤炭生产 自动化程度的不断提高， 矿 用变频器在煤矿井下采、 掘、 运等机械设备和井上通、 压、 排、 提等四大件的调速应用中发挥了良好的调速性 能和节能降耗的作用。 1 在煤矿实际使用中显现的弊端 由于矿用变频器采用了大功率 的晶闸管和 门极对 称型的 I G B T管， 因此 经过交、 直、 交变换后 ， 输出波形 不是完全的正弦波， 有高次谐波污染和电磁辐射干扰 由模拟电路组成的 电子设备。 1 ． 1 电源 高次谐 波 由于 目前的变频器几乎都采用P WM控制方式 ， 这 样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高 次谐波电流， 并造成电压波形畸变 ， 对电源系统产生严 重影响， 通常采用以下处理措施 采用专用变压器对变 频器供电， 与其它供电系统分离； 在变频器输入侧加装 滤波电抗器或多种整流桥回路 ， 降低高次谐波分量， 对 于有进相电容器的场合因高次谐波电流将电容电流增 加造成发热严重， 必须在电容前串接电抗器， 以减小谐 收稿 日期 2 0 1 1 0 51 1 作者简介 司伟 1 9 8 2一 ， 男， 山东科技大学计算机科学与技术专 业本科毕业， 助理工程师， 现任职于山东先河悦新股份有限公司从事 隔爆变频器研发工作。 波分量， 对电抗器的电感应合理分析计算， 避免形成 L C振荡。 1 ． 2 电动机温度过高及运行范围 对于现有电机进行变频调速改造时， 由于 自冷电 机在低速运行时冷却能力下降造成电机过热。此外 ， 因为变频器输出波形中所含有的高次谐波势必增加电 机的铁损和铜损， 因此在确认电机的负载状态和运行 范围之后， 采取以下的相应措施 对电机进行强冷通风 或提高电机规格等级 ； 更换变频专用电机； 限定运行范 围 ， 避开低速 区。 1 ． 3 高频开关形成尖峰电压对电机绝缘不利 在变频器的输出电压中， 含有高频尖峰浪涌电压。 这些高次谐波冲击电压将会降低电动机绕组的绝缘强 度 ， 尤其以P WM控制型变频器更为明显。 目前在煤矿实际使用中， 当电机在低速运转时， 由 于输出波形的高次谐波含量过高， 导致电机经常被烧 毁， 尤其是在电机低速运行时， 自身的散热能力下降， 烧毁电机的情况尤为严重。 2 矿用隔爆变频器抗干扰对策 2 ． 1 加设 E MC装置 加设 E MC装置即采用隔离、 滤波、 屏蔽、 接地等一 系列措施 统称 E MC 。 视、 预防性试验、 故障处理等。 3结论 矿井电缆故障的预防是一项庞大的系统工程， 关 系到矿井的正常安全生产与经济效益的提升 ， 应从规 划、 设计、 电缆技术性能、 施工、 防护、 维护、 测试、 管理 等各方面开展工作 ， 确保电缆的安全 ， 以保证矿井供电 的安全、 可靠。