煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)雷電安全防護(hù)策略

摘要：根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)雷電危害的主要形式以及煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)雷電安全防護(hù)的重要性進(jìn)行了總結(jié)，并從直擊雷的防護(hù)措施、電源系統(tǒng)本身的雷電防護(hù)措施、監(jiān)控系統(tǒng)的防雷措施、靜電防護(hù)對(duì)策四方面，論述了煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)的雷電安全防護(hù)策略。

關(guān)鍵詞：煤礦；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；雷電安全防護(hù)；監(jiān)控系統(tǒng)

引言

雷電是大氣層中的一種自然放電現(xiàn)象，具有沖擊電流大、電壓高等特點(diǎn)。雷電具有很大的破壞性，其中包括電效應(yīng)破壞和機(jī)械效應(yīng)破壞，尤其是雷電所具有的電磁輻射，對(duì)弱電設(shè)備的影響十分嚴(yán)重。煤礦礦區(qū)多處于山區(qū)之中，很容易出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，而目前煤礦雷電防護(hù)裝置的安裝情況并不樂(lè)觀。因此，為了避免煤礦正常生產(chǎn)受到影響，需要對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)雷電安全防護(hù)進(jìn)行深入研究。

1雷電危害的主要形式

雷電可對(duì)煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)產(chǎn)生以下幾種形式的破壞：a)受雷電的影響，煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)的信號(hào)會(huì)在進(jìn)入控制室的過(guò)程中受到影響，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓情況；b)帶有大量電荷的雷云在天空中移動(dòng)，在一定情況下會(huì)以電場(chǎng)耦合的形式對(duì)地面井下的導(dǎo)體產(chǎn)生影響；c)雷電在形成過(guò)程中，還會(huì)以電磁場(chǎng)輻射耦合等方式對(duì)礦井井下系統(tǒng)產(chǎn)生破壞；d)礦井管道主要以金屬管道為主，為雷電波的進(jìn)入提供了條件，從而對(duì)設(shè)備和工作人員造成傷害；e)在避雷針受到雷電襲擊時(shí)，電流和電壓會(huì)被引入到大地之中，甚至還會(huì)在接地體的附近產(chǎn)生放射性的電位分布，從而在其他電子設(shè)備的作用下形成電位反擊[1]。

2煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)雷電安全防護(hù)的重要性

a)開(kāi)展煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)雷電安全防護(hù)工作可以為煤礦安全生產(chǎn)工作提供保障。煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)涉及到煤礦生產(chǎn)中的方方面面，如排水通風(fēng)、監(jiān)控系統(tǒng)等，這些裝置在工作過(guò)程中都需要借助于自動(dòng)化控制系統(tǒng)才能發(fā)揮功能。而雷電防護(hù)體系的建立，可以為設(shè)備的完善提供基礎(chǔ)條件，并保證礦井安全體系的有效性得到提升；b)煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)的雷電安全防護(hù)可以保證煤礦工作生產(chǎn)的正常有效開(kāi)展。一般來(lái)說(shuō)，煤礦生產(chǎn)必須具備較強(qiáng)的連續(xù)性，而煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)的建立，也是為了對(duì)煤礦生產(chǎn)的連續(xù)性進(jìn)行充分保障；c)煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)在雷電安全防護(hù)的作用下，自身的風(fēng)險(xiǎn)率將會(huì)極大地降低�？偟膩�(lái)說(shuō)，弱電體系本身承載能力有限，當(dāng)出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象之后，可能會(huì)由于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中傳輸信號(hào)無(wú)法承受較大的電壓和電流而導(dǎo)致熔斷和穿透現(xiàn)象的出現(xiàn)，并造成設(shè)備的大范圍損壞。雷電安全防護(hù)策略的實(shí)施，不僅合理地避免了上述問(wèn)題的出現(xiàn)，還能為整個(gè)系統(tǒng)提供保護(hù)性支撐，促使自動(dòng)化控制系統(tǒng)在煤礦開(kāi)采過(guò)程中發(fā)揮更大的作用[2]。

3煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的雷電安全防護(hù)策略

3.1直擊雷的防護(hù)策略

在直擊雷的防護(hù)過(guò)程中，需要加裝單支或者多支獨(dú)立的接閃桿，以此來(lái)確保接閃工作的順利完成。在制訂雷電防護(hù)策略時(shí)，除了借助設(shè)備中獨(dú)立的接閃器之外，還要在合適的部位加裝單支接閃線。除此之外，為了提升對(duì)直擊雷的防護(hù)效果，還可以將符合結(jié)構(gòu)要求的設(shè)備安裝到整個(gè)系統(tǒng)之中，如GB50057—2010接閃器等。接閃器在使用過(guò)程中存在一定的缺陷，即只能對(duì)三維空間區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，在二維平面的保護(hù)上幾乎無(wú)法發(fā)揮保護(hù)作用。另外，在接閃器接地系統(tǒng)安裝過(guò)程中，需要具備較高的可靠性，在接地電阻的選擇上一般不會(huì)超過(guò)10Ω，在獨(dú)立防雷設(shè)施、鉆孔以及管道等結(jié)構(gòu)的設(shè)置過(guò)程中，它們之間的間距需大于5m，與行人通道之間的距離要大于3m。

3.2電源系統(tǒng)的防雷策略

在煤礦發(fā)展過(guò)程中，對(duì)電源線路的設(shè)置主要分成地面和井下兩部分，因此，在雷電安全防護(hù)的研究方面，也需要從這兩方面進(jìn)行考慮。下面以A自動(dòng)化控制系統(tǒng)為例，對(duì)實(shí)際安全防護(hù)操作進(jìn)行深入解析。3.2.1煤礦地面電源設(shè)備雷電防護(hù)策略煤礦電源系統(tǒng)的接地形式主要以TN-S為主，并設(shè)置四級(jí)防護(hù)。在電源一級(jí)防護(hù)過(guò)程中，波形選擇主要以8μs/20μs為主，導(dǎo)線容量在100kA左右，波形為10μs/350μs，并配有A、B兩級(jí)電源保護(hù)器，以此來(lái)確保雷擊電壓不會(huì)超過(guò)6kV；在電源二級(jí)防護(hù)之中，主要是針對(duì)TN系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)，最合適的波形為8μs/20μs，通流容量也應(yīng)該保持在60kA左右，并保證雷擊過(guò)程中線路殘留的雷擊電壓不會(huì)超過(guò)4kV；在電源三級(jí)防護(hù)過(guò)程中，在波形的選擇上與以上兩級(jí)相同，但在通流容量上，需要保證大于20kA，并確保雷擊電壓不會(huì)超過(guò)2.5kV。3.2.2井下電源設(shè)備雷電防護(hù)策略井下供電系統(tǒng)中的電源線路具有較高的特殊性，在對(duì)雷電防護(hù)策略進(jìn)行選擇時(shí)需要注意：在煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，SPD啟動(dòng)電壓與漏電壓等的選擇十分關(guān)鍵，例如在660V供電電源系統(tǒng)防雷上不能選取常規(guī)的避雷器，否則會(huì)導(dǎo)致避雷器長(zhǎng)期處于導(dǎo)通狀態(tài)，最終引起異常供電現(xiàn)象的出現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，SPD保護(hù)必須是多級(jí)的，促使專(zhuān)業(yè)的避雷器可以安裝到各種變電所之中，還可以將專(zhuān)用避雷器安裝在礦井變電所的配電端和出線端。圖1是煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)井下電源設(shè)備雷電防護(hù)示意圖。由于SPD的作用，自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的各級(jí)數(shù)據(jù)就能通過(guò)放電電流計(jì)算得到，從而滿足雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)SPD可靠性的有效提升。除了上述策略之外，在供電線路防雷過(guò)程中，需要對(duì)避雷器進(jìn)行防潮、防水等處理，增強(qiáng)整條線路的防雷效果。在使用避雷器時(shí)，需要保證啟動(dòng)電壓不低于1.15U0，通流容量也要大于20kA，接地面積要大于25mm2。

3.3監(jiān)控系統(tǒng)的雷電防護(hù)策略

在傳輸信號(hào)線路選取過(guò)程中，需要對(duì)屏蔽線進(jìn)行合理控制，與此同時(shí)，還要保證屏蔽層在煤礦入口位置的選擇更加合理，為接地電阻的確認(rèn)提供基礎(chǔ)。而在井下分站線路的確定上，應(yīng)該將避雷器信號(hào)SPD1安裝在分站總線的前端。對(duì)于井下監(jiān)控和連接口的主線路，還需要將主控端接口形式信號(hào)設(shè)置于設(shè)備前端，增強(qiáng)SPD2信號(hào)的使用強(qiáng)度。之后再根據(jù)服務(wù)器和交換器的相互作用，對(duì)SPD4進(jìn)行合理安裝。圖2是煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)整體雷電防護(hù)設(shè)計(jì)圖。另外，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的端口數(shù)量也應(yīng)該與多口端的接口型號(hào)保持一致，并通過(guò)保護(hù)器的安裝降低雷電對(duì)其的影響，與此同時(shí)，還要確保SPD3和SPD4具有較寬的頻帶區(qū)域，可在系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)過(guò)程中迅速做出響應(yīng)動(dòng)作。這樣，即使遭受到多次雷電攻擊，依然可以確保避雷器的循環(huán)使用，提升整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的抗干擾能力，為設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供良好的環(huán)境。

3.4靜電防護(hù)對(duì)策

由于煤礦生產(chǎn)中的瓦斯和粉塵較多，很容易在工作過(guò)程中出現(xiàn)靜電問(wèn)題，對(duì)煤礦正常生產(chǎn)影響十分嚴(yán)重。因此，相關(guān)企業(yè)需要提高對(duì)煤礦靜電防護(hù)工作的重視程度。根據(jù)煤礦安全制度，如果相關(guān)工作涉及到用電雷管的使用，應(yīng)該在整個(gè)電雷管庫(kù)內(nèi)對(duì)靜電防護(hù)裝置進(jìn)行全面安裝。除此之外，還應(yīng)該對(duì)阻燃非鋁電纜及靜電裝置進(jìn)行合理選擇，防止工作過(guò)程中靜電現(xiàn)象過(guò)于嚴(yán)重。為了防止靜電現(xiàn)象的出現(xiàn)，還可以對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的設(shè)備和元器件進(jìn)行電氣連接，從而形成一個(gè)電氣連續(xù)的整體。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的雷電安全防護(hù)十分重要，可為整個(gè)煤礦的自動(dòng)化生產(chǎn)提供有效保障。在實(shí)施煤礦雷電安全防護(hù)綜合設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)煤礦所處的地理特征、氣象等進(jìn)行深入了解，保證煤礦周?chē)�地質(zhì)勘查工作的全面性和精確性，從而為煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供良好的基礎(chǔ)條件。

參考文獻(xiàn)：

［1］羅玲.電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性問(wèn)題的分析及提升策略探究［J］.信息系統(tǒng)工程，2016(8)：42.

［2］趙獻(xiàn)平.廣播發(fā)射臺(tái)站危險(xiǎn)因素和不安全行為原理與維護(hù)策略探討［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2016，13(11)：91-92.

作者：楊正哲 單位：同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司