矿井供电网络中杂散电流的形成与防治研究

摘 要：在国内煤矿设备使用广泛性不断扩大，对井下直流牵引网络中出现的杂散电流导致的井下管线的损坏与腐蚀、对于井下工作人员生命财产的威胁以及对于井下通讯信号的干扰等现象越来越突出。一般的牵引电流都是在钢轨的作用下最终回归到牵引变电所，但是并不是所有的牵引电流都能够返回到牵引变电所，也有部分电流受到湿润空气等的影响，泄露到地面上，然后经过管道等返回到牵引变电所，这类电流就是所谓的杂散电流。文章主要对矿井工作中杂散电流进行了分析，阐述了杂散电流的形成危害，并提出了煤矿井下杂散电流的预防措施。

关键词：矿井；爆炸；电阻；杂散电流；电雷管

矿井中通常会存在部分的杂散电流，这些电流的流通没有固定的规律，也没有固定的路径，因此，很容易造成井下作业危险的发生。第一，杂散电流有可能会引起电雷管爆炸，电雷管如果在没有防范措施的情况下引爆会带来极大的人身伤亡事故。第二，杂散电流在流通的路径中，会不断产生电火花，此时其温度也较高，井下的瓦斯很可能就会发生爆炸。第三，矿井中杂散电流除了引发以上的安全隐患以外，同时还会加速金属管道的腐蚀，缩短其使用年限。第四，会引起漏电保护装置误动作。因此，为加强井下作业安全，应该加强对井下杂散电流的研究。

1 对矿井工作中杂散电流的分析

1.1 对煤矿井下杂散电流的分类

杂散电流在煤矿井下可将其分为两部分，第一部分为：来自于架线电机车牵引网络的直流杂散电流。第二部分为交流杂散电流，主要是工频设备漏电产生的。直流杂散电流指的是直流架线电机车电流中有少量电流没有经过钢轨回归全过程，反而是经过了矿井中的其它的设备或者经过地面流回到变流所的电流。交流杂散电流指的是零序电流的产生，零序电流经过地线或者管线流回到变电所中，然后再流回电网中。

1.2 杂散电流成因

架线式机车是一般煤矿井下运输大巷内的工具，井下牵引动力之所以依靠架线电机车来完成主要是因为架线电机车具有强大的运输能力，并且其可靠性很强。杂散电流指的是井下架线电机车运输系统中部分没有按照规定的路径进行流通的电流，这些电流都是杂散电流的来源。

杂散电流有大有小，有两个方面的原因直接影响了其大小。第一个方面是架线式电机车的连接有效与否，由于长时间的运作，电机车导轨会出现脱节的现象，因而连接会失效，此种情况下，电流的流通路径很可能发生改变，其路径有可能是其它设备，也可能是大地，从而导致大量的杂散电流的产生。第二个方面来自于电机车的负荷电流，它的大小因电机车的负荷电流的增大而增大。

2 杂散电流的形成危害

2.1 引起雷管先期爆破

电雷管爆破的情况在煤矿井下作业中常有发生，基于杂散电流引起的电雷管爆炸原因如下：根据大量的测量数据分析，矿井中的杂散电流通常较大，甚至超过了300mA，大地与导轨之间的电压在较高的杂散电流的作用下通常能够达到1.5V，此种情况之下，两根爆破导线中，只要满足其中一根与巷路中的金属设备接触，另一端正在与导轨接触的条件，那么电雷管就会被引爆。电雷管如果在没有防范措施的情况下引爆会带来极大地人身伤亡事故。

2.2 引发矿井瓦斯以及煤尘爆炸

杂散电流在流通的路径中，会不断产生电火花，例如：架线式电机车的运行中，若有钢丝绳接触到导轨，那么电火花就会产生，电火花的大小与距离也有关系，距离拉近，火花就越强，产生电火花的时候，其温度也较高，这时，井下的瓦斯很可能就会发生爆炸。

2.3 造成电缆外皮以及金属管道的腐蚀

矿井中杂散电流除了引发以上的安全隐患以外，同时还会加速金属管道的腐蚀，缩短其使用年限，在杂散电流偏离导轨流向大地之后，金属管道以及电缆外皮的电阻比大地的电阻小，所以电流就会从金属导管以及电缆外皮中经过，此时，井下环境中，杂散电流带来的腐蚀作用影响极大。

2.4 引起漏电保护装置误动作

煤矿井下的总接地网电位在架线式电机车运行到采区附近时，将比周边的地理环境中的其它物质含有的电位更低，变流所回电点的电位也就会更低，所以杂散电流能够在采区电网的绝缘电阻与采区低压电网中自开一条路径，并流通到继电器当中，之后再达到总的接地网之中。由于杂散电流通过继电器线圈，自然会加大通过继电器线圈的直流电，最终，漏电保护装置就会自动断电，产生误动作。

3 对煤矿井下杂散电流的预防

3.1 架线时要严格按照要求执行

当架线被供电的过程中，如果电源来自两个或两个以上的牵引变流所，牵引变流所供电区域间需要安装绝缘开关以及分段联络开关。架线绝缘设置的原则是当电机车为双供时，就应该在两个部位设置绝缘，并且，两处绝缘之间的距离要比双弓之间的距离大，电线与架线之间的连接也是不能偷工减料的，必须使用至少两个铜质馈电夹。并且，夹子在设置时应该确保所有夹子与导线的接触面积要在导线截面的1.5倍以上。连接完成之后还应该检查其是否紧固与可靠。

3.2 缩短供电半径方式

要想消除矿井底下的电流，其中一项非常重要的措施就是应缩短供电半径，牵引网络上电压降会随着供电半径的增大而升高，从而带动导轨上的电压降的降低，此时的杂散电流也就跟着减小，在运输巷道较长的情况下，要想缩短供电半径，可以增加变流所，从而减小杂散电流。

3.3 将轨道连接的电阻降低

将轨道连接中的电阻降低是降低杂散电流最直接的办法，架线电机车运行的轨道以及道岔之间需要有导体进行中间的连接，将钢轨焊接为更长的轨道，应该在焊接过程中确保所有接缝的电阻值控制到规定范围以内，为了最大限度地减少轨道连接间的电阻，每五十米间都应该使用扁钢将轨道进行焊接，从而使杂散电流值降低。

4 结束语

杂散电流主要来源于两个方面，分别是来自于架线电机车牵引网络的直流杂散电流和工频设备漏电产生的交流杂散电流。由于长时间的运作，电机车导轨会出现脱节的现象，因而连接会失效，此种情况下，电流的流通路径很可能发生改变，从而导致大量的杂散电流的产生，电机车的负荷电流同样也会产生杂散电流，在对煤矿井下杂散电流进行预防的过程中，当架线被供电的过程中，如果电源来自两个或两个以上的牵引变流所，牵引变流所供电区域间需要安装绝缘开关以及分段联络开关。架线绝缘设置的原则是当电机车为双供时，就应该在两个部位设置绝缘，并且，两处绝缘之间的距离要比双弓之间的距离大，电线与架线之间的连接必须使用至少两个铜质馈电夹。另外，应缩短供电半径，在运输巷道较长的情况下，要想缩短供电半径，可以增加变流所，从而减小杂散电流。再者，将轨道连接中的电阻降低同样是降低杂散电流的有效办法，架线电机车运行的轨道以及道岔之间需要有导体进行中间的连接，将钢轨焊接为更长的轨道，应该在焊接过程中确保所有接缝的电阻值控制到规定范围以内且每五十米间都应该使用扁钢将轨道进行焊接。

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