煤矿自动化控制系统雷电安全防护策略

煤矿自动化控制系统雷电安全防护策略

摘要：根据以往的工作经验，对雷电危害的主要形式以及煤矿自动化控制系统雷电安全防护的重要性进行了总结，并从直击雷的防护措施、电源系统本身的雷电防护措施、监控系统的防雷措施、静电防护对策四方面，论述了煤矿自动化控制系统的雷电安全防护策略。

关键词：煤矿；自动化控制系统；雷电安全防护；监控系统

引言

雷电是大气层中的一种自然放电现象，具有冲击电流大、电压高等特点。雷电具有很大的破坏性，其中包括电效应破坏和机械效应破坏，尤其是雷电所具有的电磁辐射，对弱电设备的影响十分严重。煤矿矿区多处于山区之中，很容易出现雷击现象，而目前煤矿雷电防护装置的安装情况并不乐观。因此，为了避免煤矿正常生产受到影响，需要对自动化控制系统雷电安全防护进行深入研究。

1雷电危害的主要形式

雷电可对煤矿自动化控制系统产生以下几种形式的破坏：a)受雷电的影响，煤矿自动化控制系统的信号会在进入控制室的过程中受到影响，从而导致整个系统出现瘫痪情况；b)带有大量电荷的雷云在天空中移动，在一定情况下会以电场耦合的形式对地面井下的导体产生影响；c)雷电在形成过程中，还会以电磁场辐射耦合等方式对矿井井下系统产生破坏；d)矿井管道主要以金属管道为主，为雷电波的进入提供了条件，从而对设备和工作人员造成伤害；e)在避雷针受到雷电袭击时，电流和电压会被引入到大地之中，甚至还会在接地体的附近产生放射性的电位分布，从而在其他电子设备的作用下形成电位反击[1]。

2煤矿自动化控制系统雷电安全防护的重要性

a)开展煤矿自动化控制系统雷电安全防护工作可以为煤矿安全生产工作提供保障。煤矿自动化控制系统涉及到煤矿生产中的方方面面，如排水通风、监控系统等，这些装置在工作过程中都需要借助于自动化控制系统才能发挥功能。而雷电防护体系的建立，可以为设备的完善提供基础条件，并保证矿井安全体系的有效性得到提升；b)煤矿自动化控制系统的雷电安全防护可以保证煤矿工作生产的正常有效开展。一般来说，煤矿生产必须具备较强的连续性，而煤矿自动化系统的建立，也是为了对煤矿生产的连续性进行充分保障；c)煤矿自动化控制系统在雷电安全防护的作用下，自身的风险率将会极大地降低。总的来说，弱电体系本身承载能力有限，当出现雷击现象之后，可能会由于自动化控制系统中传输信号无法承受较大的电压和电流而导致熔断和穿透现象的出现，并造成设备的大范围损坏。雷电安全防护策略的实施，不仅合理地避免了上述问题的出现，还能为整个系统提供保护性支撑，促使自动化控制系统在煤矿开采过程中发挥更大的作用[2]。

3煤矿自动化控制系统中的雷电安全防护策略

3.1直击雷的防护策略

在直击雷的防护过程中，需要加装单支或者多支独立的接闪杆，以此来确保接闪工作的顺利完成。在制订雷电防护策略时，除了借助设备中独立的接闪器之外，还要在合适的部位加装单支接闪线。除此之外，为了提升对直击雷的防护效果，还可以将符合结构要求的设备安装到整个系统之中，如GB50057—2010接闪器等。接闪器在使用过程中存在一定的缺陷，即只能对三维空间区域进行保护，在二维平面的保护上几乎无法发挥保护作用。另外，在接闪器接地系统安装过程中，需要具备较高的可靠性，在接地电阻的选择上一般不会超过10Ω，在独立防雷设施、钻孔以及管道等结构的设置过程中，它们之间的间距需大于5m，与行人通道之间的距离要大于3m。

3.2电源系统的防雷策略

在煤矿发展过程中，对电源线路的设置主要分成地面和井下两部分，因此，在雷电安全防护的研究方面，也需要从这两方面进行考虑。下面以A自动化控制系统为例，对实际安全防护操作进行深入解析。3.2.1煤矿地面电源设备雷电防护策略煤矿电源系统的接地形式主要以TN-S为主，并设置四级防护。在电源一级防护过程中，波形选择主要以8μs/20μs为主，导线容量在100kA左右，波形为10μs/350μs，并配有A、B两级电源保护器，以此来确保雷击电压不会超过6kV；在电源二级防护之中，主要是针对TN系统来设计，最合适的波形为8μs/20μs，通流容量也应该保持在60kA左右，并保证雷击过程中线路残留的雷击电压不会超过4kV；在电源三级防护过程中，在波形的选择上与以上两级相同，但在通流容量上，需要保证大于20kA，并确保雷击电压不会超过2.5kV。3.2.2井下电源设备雷电防护策略井下供电系统中的电源线路具有较高的特殊性，在对雷电防护策略进行选择时需要注意：在煤矿自动化控制系统中，SPD启动电压与漏电压等的选择十分关键，例如在660V供电电源系统防雷上不能选取常规的避雷器，否则会导致避雷器长期处于导通状态，最终引起异常供电现象的出现。一般来说，SPD保护必须是多级的，促使专业的避雷器可以安装到各种变电所之中，还可以将专用避雷器安装在矿井变电所的配电端和出线端。图1是煤矿自动化控制系统井下电源设备雷电防护示意图。由于SPD的作用，自动化控制系统中的各级数据就能通过放电电流计算得到，从而满足雷电防护标准，实现SPD可靠性的有效提升。除了上述策略之外，在供电线路防雷过程中，需要对避雷器进行防潮、防水等处理，增强整条线路的防雷效果。在使用避雷器时，需要保证启动电压不低于1.15U0，通流容量也要大于20kA，接地面积要大于25mm2。

3.3监控系统的雷电防护策略

在传输信号线路选取过程中，需要对屏蔽线进行合理控制，与此同时，还要保证屏蔽层在煤矿入口位置的选择更加合理，为接地电阻的确认提供基础。而在井下分站线路的确定上，应该将避雷器信号SPD1安装在分站总线的前端。对于井下监控和连接口的主线路，还需要将主控端接口形式信号设置于设备前端，增强SPD2信号的使用强度。之后再根据服务器和交换器的相互作用，对SPD4进行合理安装。图2是煤矿自动化控制系统整体雷电防护设计图。另外，自动化控制系统的端口数量也应该与多口端的接口型号保持一致，并通过保护器的安装降低雷电对其的影响，与此同时，还要确保SPD3和SPD4具有较宽的频带区域，可在系统自动恢复过程中迅速做出响应动作。这样，即使遭受到多次雷电攻击，依然可以确保避雷器的循环使用，提升整个自动化生产系统的抗干扰能力，为设备稳定运行提供良好的环境。

3.4静电防护对策

由于煤矿生产中的瓦斯和粉尘较多，很容易在工作过程中出现静电问题，对煤矿正常生产影响十分严重。因此，相关企业需要提高对煤矿静电防护工作的重视程度。根据煤矿安全制度，如果相关工作涉及到用电雷管的使用，应该在整个电雷管库内对静电防护装置进行全面安装。除此之外，还应该对阻燃非铝电缆及静电装置进行合理选择，防止工作过程中静电现象过于严重。为了防止静电现象的出现，还可以对自动化控制系统中的设备和元器件进行电气连接，从而形成一个电气连续的整体。

4结语

综上所述，煤矿自动化控制系统中的雷电安全防护十分重要，可为整个煤矿的自动化生产提供有效保障。在实施煤矿雷电安全防护综合设计过程中，需要对煤矿所处的地理特征、气象等进行深入了解，保证煤矿周围地质勘查工作的全面性和精确性，从而为煤矿企业的可持续发展提供良好的基础条件。

参考文献：

［1］罗玲.电气自动化控制设备的可靠性问题的分析及提升策略探究［J］.信息系统工程，2016(8)：42.

［2］赵献平.广播发射台站危险因素和不安全行为原理与维护策略探讨［J］.科技创新导报，2016，13(11)：91-92.

作者：杨正哲 单位：同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司