煤礦自動化控制系統(tǒng)雷電安全防護策略

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

關(guān)鍵詞：煤礦；自動化控制系統(tǒng)；雷電安全防護；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。雷電具有很大的破壞性，其中包括電效應破壞和機械效應破壞，尤其是雷電所具有的電磁輻射，對弱電設備的影響十分嚴重。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裝置的安裝情況并不樂觀。因此，為了避免煤礦正常生產(chǎn)受到影響，需要對自動化控制系統(tǒng)雷電安全防護進行深入研究。

1雷電危害的主要形式

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

2煤礦自動化控制系統(tǒng)雷電安全防護的重要性

a)開展煤礦自動化控制系統(tǒng)雷電安全防護工作可以為煤礦安全生產(chǎn)工作提供保障。煤礦自動化控制系統(tǒng)涉及到煤礦生產(chǎn)中的方方面面，如排水通風、監(jiān)控系統(tǒng)等，這些裝置在工作過程中都需要借助于自動化控制系統(tǒng)才能發(fā)揮功能。而雷電防護體系的建立，可以為設備的完善提供基礎條件，并保證礦井安全體系的有效性得到提升；b)煤礦自動化控制系統(tǒng)的雷電安全防護可以保證煤礦工作生產(chǎn)的正常有效開展。一般來說，煤礦生產(chǎn)必須具備較強的連續(xù)性，而煤礦自動化系統(tǒng)的建立，也是為了對煤礦生產(chǎn)的連續(xù)性進行充分保障；c)煤礦自動化控制系統(tǒng)在雷電安全防護的作用下，自身的風險率將會極大地降低。總的來說，弱電體系本身承載能力有限，當出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象之后，可能會由于自動化控制系統(tǒng)中傳輸信號無法承受較大的電壓和電流而導致熔斷和穿透現(xiàn)象的出現(xiàn)，并造成設備的大范圍損壞。雷電安全防護策略的實施，不僅合理地避免了上述問題的出現(xiàn)，還能為整個系統(tǒng)提供保護性支撐，促使自動化控制系統(tǒng)在煤礦開采過程中發(fā)揮更大的作用[2]。

3煤礦自動化控制系統(tǒng)中的雷電安全防護策略

3.1直擊雷的防護策略

在直擊雷的防護過程中，需要加裝單支或者多支獨立的接閃桿，以此來確保接閃工作的順利完成。在制訂雷電防護策略時，除了借助設備中獨立的接閃器之外，還要在合適的部位加裝單支接閃線。除此之外，為了提升對直擊雷的防護效果，還可以將符合結(jié)構(gòu)要求的設備安裝到整個系統(tǒng)之中，如GB50057—2010接閃器等。接閃器在使用過程中存在一定的缺陷，即只能對三維空間區(qū)域進行保護，在二維平面的保護上幾乎無法發(fā)揮保護作用。另外，在接閃器接地系統(tǒng)安裝過程中，需要具備較高的可靠性，在接地電阻的選擇上一般不會超過10Ω，在獨立防雷設施、鉆孔以及管道等結(jié)構(gòu)的設置過程中，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)展過程中，對電源線路的設置主要分成地面和井下兩部分，因此，在雷電安全防護的研究方面，也需要從這兩方面進行考慮。下面以A自動化控制系統(tǒng)為例，對實際安全防護操作進行深入解析。3.2.1煤礦地面電源設備雷電防護策略煤礦電源系統(tǒng)的接地形式主要以TN-S為主，并設置四級防護。在電源一級防護過程中，波形選擇主要以8μs/20μs為主，導線容量在100kA左右，波形為10μs/350μs，并配有A、B兩級電源保護器，以此來確保雷擊電壓不會超過6kV；在電源二級防護之中，主要是針對TN系統(tǒng)來設計，最合適的波形為8μs/20μs，通流容量也應該保持在60kA左右，并保證雷擊過程中線路殘留的雷擊電壓不會超過4kV；在電源三級防護過程中，在波形的選擇上與以上兩級相同，但在通流容量上，需要保證大于20kA，并確保雷擊電壓不會超過2.5kV。3.2.2井下電源設備雷電防護策略井下供電系統(tǒng)中的電源線路具有較高的特殊性，在對雷電防護策略進行選擇時需要注意：在煤礦自動化控制系統(tǒng)中，SPD啟動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，否則會導致避雷器長期處于導通狀態(tài)，最終引起異常供電現(xiàn)象的出現(xiàn)。一般來說，SPD保護必須是多級的，促使專業(yè)的避雷器可以安裝到各種變電所之中，還可以將專用避雷器安裝在礦井變電所的配電端和出線端。圖1是煤礦自動化控制系統(tǒng)井下電源設備雷電防護示意圖。由于SPD的作用，自動化控制系統(tǒng)中的各級數(shù)據(jù)就能通過放電電流計算得到，從而滿足雷電防護標準，實現(xiàn)SPD可靠性的有效提升。除了上述策略之外，在供電線路防雷過程中，需要對避雷器進行防潮、防水等處理，增強整條線路的防雷效果。在使用避雷器時，需要保證啟動電壓不低于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)的雷電防護策略

在傳輸信號線路選取過程中，需要對屏蔽線進行合理控制，與此同時，還要保證屏蔽層在煤礦入口位置的選擇更加合理，為接地電阻的確認提供基礎。而在井下分站線路的確定上，應該將避雷器信號SPD1安裝在分站總線的前端。對于井下監(jiān)控和連接口的主線路，還需要將主控端接口形式信號設置于設備前端，增強SPD2信號的使用強度。之后再根據(jù)服務器和交換器的相互作用，對SPD4進行合理安裝。圖2是煤礦自動化控制系統(tǒng)整體雷電防護設計圖。另外，自動化控制系統(tǒng)的端口數(shù)量也應該與多口端的接口型號保持一致，并通過保護器的安裝降低雷電對其的影響，與此同時，還要確保SPD3和SPD4具有較寬的頻帶區(qū)域，可在系統(tǒng)自動恢復過程中迅速做出響應動作。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，提升整個自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的抗干擾能力，為設備穩(wěn)定運行提供良好的環(huán)境。

3.4靜電防護對策

由于煤礦生產(chǎn)中的瓦斯和粉塵較多，很容易在工作過程中出現(xiàn)靜電問題，對煤礦正常生產(chǎn)影響十分嚴重。因此，相關(guān)企業(yè)需要提高對煤礦靜電防護工作的重視程度。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，應該在整個電雷管庫內(nèi)對靜電防護裝置進行全面安裝。除此之外，還應該對阻燃非鋁電纜及靜電裝置進行合理選擇，防止工作過程中靜電現(xiàn)象過于嚴重。為了防止靜電現(xiàn)象的出現(xiàn)，還可以對自動化控制系統(tǒng)中的設備和元器件進行電氣連接，從而形成一個電氣連續(xù)的整體。

4結(jié)語

綜上所述，煤礦自動化控制系統(tǒng)中的雷電安全防護十分重要，可為整個煤礦的自動化生產(chǎn)提供有效保障。在實施煤礦雷電安全防護綜合設計過程中，需要對煤礦所處的地理特征、氣象等進行深入了解，保證煤礦周圍地質(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)展提供良好的基礎條件。

參考文獻：

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

［2］趙獻平.廣播發(fā)射臺站危險因素和不安全行為原理與維護策略探討［J］.科技創(chuàng)新導報，2016，13(11)：91-92.

作者：楊正哲 單位：同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責任公司