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矿井直流架线电机车杂散电流的危害及防治

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《机车车辆工艺》2017年第3期

摘要:针对杂散电流对井下安全生产带来的危害,分析了矿井架空牵引网络产生杂散电流的原因,对杂散电流可能造成的严重危害作了说明,采用回流与不回流钢轨人为绝缘、增大回流钢轨的截面积等方法来治理杂散电流,减少其带来的各种危害,从而保证矿井的安全高效运行。

关键词:杂散电流;绝缘;回流

1杂散电流的产生

由于受到井下气候、积水、粉尘等综合因素的影响,回流轨道与大地之间不可能做到完全绝缘,因而会有部分的直流电流通过大地、积水、金属管路、电缆外壳等导体流回牵引变流所,这部分电流被称为杂散电流。我国煤矿在用的电机车主要分为架线式电机车和蓄电池电机车两种,架线式电机车常用在低瓦斯矿井的进风大巷。架线电机车的运转设备包括列车和供电设备两部分,列车是由电机车和矿车组组成,供电设备是由牵引电网和牵引变流所组成。电机车在回流轨道线路上运行时,电源从变电所整流盘的正极—经馈电线—巷道架空线—运行中的电机车—回流轨道—流向变电所整流盘的负极,形成了一个闭合的回路。在这个闭合的回路中,回流轨道与大地之间不是完全绝缘的,不是说电机车从架空线接收到多少电流,在轨道回流线上也会有等值的电流流过。回流轨道与大地之间受巷道潮气、道床积水、顶板淋水、空气粉尘等因素影响,电阻值会降低,会有一部分电流不通过回流轨道,而是经过大地或其它媒介流回变电所整流盘的电源负极上去,这样便产生了杂散电流。另外,架空线的绝缘不良也产生杂散电流。杂散电流的大小取决于轨道对地的接触电阻。轨道与大地之间的接触电阻主要有道渣、轨枕、路基三部分电阻构成。轨道对地的接触电阻受多种因素影响,如巷道潮气、空气中的粉尘等,电阻值就会降低,杂散电流就会增多,相反则小。它还与轨道铺设质量有关,轨道接头处的接触面清洁、鱼尾板螺栓扣件齐全、紧固有效时,电阻值会很小,电流在轨道线路上的通行阻力就会降低。当轨道接头接触面锈蚀、螺丝锈蚀松动,回流线接触不良时,电阻值就会增大,电流在轨道线路上的通行阻力就会增大。轨道对地的接触电阻还与轨枕的选用材质和季节性的天气变化等因素有很大关系。

2杂散电流的危害

2.1引起电雷管的超前爆炸

电雷管只需要1~1.5V的电压就可以引爆。在杂散电流的作用下,井下采掘巷道内铺设的轨道、金属管路与大地之间的电势差很容易达到引爆电雷管的电压值。因此只要电雷管的放炮导线一根与轨道或金属管道相接触,一根接地就可能引爆电雷管,发生井下爆炸事故,威胁到井下矿工的人身安全。

2.2诱发矿井瓦斯、煤尘爆炸事故

架线电机车运行途中,钢丝绳与回流轨道相接触的位置容易产生电火花,金属材料与带电的管路、钢轨接触时也会产生电火花,电位差有时可以高达50V左右,在较高电压电极之间的击穿放电,会产生较高的温度,当杂散电流值超过其引爆的安倍数量级时,就会引起矿井局部瓦斯、煤尘爆炸事故。

2.3对金属管道、铠装电缆金属外壳的腐蚀

矿井水多为酸性,当产生杂散电流时金属管道、钢轨和大地之间就形成了回路,构成了电解槽。钢轨和金属管道在酸性电解液的作用下被腐蚀成了铁离子,对于金属管道和电缆外壳来说,阳极区基本集中在回电点附近,腐蚀比较集中和频繁,腐蚀的程度也比较严重,再加上井下巷道内的潮气、淋水、粉尘等因素的共同作用,杂散电流的腐蚀的程度尤为明显。

2.4影响电气设备的正常运行

煤矿井下杂散电流的长期存在会直接影响到矿井电气设备的正常运行。一旦杂散电流通过媒介串入电气设备的线路中,可能会导致电气设备的一些保护装置出现异常,如果有漏电等现象还会损坏电气元器件,影响矿井电气设备的正常运行。

3杂散电流的防治

3.1减小轨道电阻

(1)两平行钢轨之间每隔50m应连接1根95mm2的钢芯铝导线作为轨道回流线,在架线电机车运输量较大的地段每隔50m铺设2根95mm2的钢芯铝导线以增强轨道的回流能力。选用95mm2的钢芯铝导线依据:铜线电阻率为0.018Ω,钢芯铝导线的电阻率为0.0283Ω。

(2)牵引变流所总回流线应与靠近的所有轨道相连,回电点运行最高温度,铝质材料不得超过80℃,铜质材料不得超过90℃。

(3)经常性地保持轨道线路清洁、干燥,做到现场无淤泥、无积水、无杂物。

3.2减少轨道接头电阻

(1)在井下主要运输大巷的轨道上采用长轨法,每根不小于12.5m,巷道铺设轨道时应尽量铺设双轨,并选用38kg/m及以上规格的重型钢轨。

(2)在回流钢轨的接头处使用导线进行连接,尽量不要采用焊接工艺处理钢轨轨缝。钢轨属于高碳钢,简单的对钢轨轨缝进行焊接,在车辆频繁通行的情况下,短时间就可能造成焊口开焊,影响钢轨接头处的回流效果,同时对钢轨也是一种损坏。凤凰山矿+650水平全部采用了长轨法。钢轨接头处全部使用了铜导线进行连接。定期对钢轨扣件、回流导线进行紧固,保证钢轨接头处的鱼尾板、螺栓及其它紧固件不松动、无锈蚀,轨缝不超过5mm。

(3)使用导线连接或焊接工艺处理后的钢轨接头处的电阻值应符合规定。

3.3增大巷道底板岩石电阻

(1)回流轨道道床较远一侧的巷帮应设置排水沟,排水沟不得高于道床的水平位置。矿井应定期对道床一侧的排水沟进行清挖、疏通,以确保道床周围无积水、无淤泥。

(2)回流轨道与大地之间应尽可能铺设采用油脂防腐处理过的木轨枕,杜绝钢轨枕的使用。使用钢筋混凝土轨枕时,轨枕不得有裂纹、明显弯曲或钢筋外露问题。

(3)做好路基维护工作,道床应始终保持清洁干净,无淤泥、无积水、无其它金属导电材料。道床应使用20~40mm的干燥砾石进行充填捣固,也可以使用混凝土对道床进行整体浇注。

3.4缩小杂散电流扩散范围

(1)在回流轨道和与不回流轨道交界点增加轨道绝缘设施。第一道轨道绝缘设置在回流轨道与不回流轨道连接处,第二道轨道绝缘设置在大于一列车长度的地方,防止被串挂的列车短路。

(2)轨道绝缘设置点应安排专人进行检查维护、定期测量绝缘阻值。轨道绝缘安装位置要时刻保持干燥、无淤泥、无积水,防止因为淤泥、积水浸泡造成轨道绝缘短路,绝缘电阻值降低。

(3)在与回流轨道相联通的轨道线路上有钢丝绳、铁丝等金属材料跨越时,不得与轨道相接触,避免将杂散电流通过钢丝绳或其它金属材料导人采区,引起电雷管的先期爆炸或造成瓦斯、煤尘爆炸事故。

4结语

治理井下架空牵引网络中的杂散电流必须从源头上找到其形成的原因,通过科学的手段进行细致分析,采用入井钢轨接地、回流与不回流钢轨人为绝缘、增大回流钢轨的截面积、减少钢轨接头处的电阻值等方法来治理杂散电流,才能够减少其带来的各种危害,从而保证矿井的安全高效运行。

作者:冯晋涛 单位:晋城煤业集团

机车车辆工艺杂志责任编辑:张雨    阅读:人次