時間：2023-03-15 15:02:13
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摘要:隨著我國煤礦的工業化和信息化進程的快速發展，帶來的是大型電力電子設備的廣泛應用，由此造成的是電網中諧波含量的大量增加，這對電能質量形成了嚴重的干擾，從而對礦井安全生產造成了威脅。本人根據多年的工作體會，分析了煤礦供電系統中諧波產生的原因及危害，抑制諧波的有效措施，并提出諧波補償濾波裝置安裝位置的合理確定，以保證煤礦電網的穩定運行和企業的安全用電。
關鍵詞:煤礦供電系統諧波；治理方法
1 目前煤礦供電系統中的諧波情況
目前電力系統諧波污染與功率因數降低、電磁干擾已并列為電力系統的三大公害。煤礦企業供電網絡大量的電力電子功率器件、各種裝置在電網中的應用，在促進礦井生產運行中的節能和能量高效轉換的同時，也給電網中電能質量造成了嚴重的干擾，因此，嚴重影響了正常供電安全，其主要原因就是電網諧波含量的普遍存在和不斷的生成。
在煤礦企業供電系統，諧波廣泛分布于供配電系統中的各個環節，諧波電流的擁塞會在主電網系統上引起電壓畸變，導致電網系統中的電壓和電流波形嚴重失真，對其他電力設備和裝置也會產生擾動，這將嚴重威脅礦井電網的電能質量和供配電設備的安全正常使用。
所以，我們治理好煤礦供電系統中產生的諧波，不僅能從根本上解決因諧波存在導致的電能不必要的損耗，提高和穩定電能質量，確保礦井安全運行，而且還能延長供電系統的電氣設備使用壽命，優化電磁環境，有效提高產品質量。
2 諧波的主要來源
電力網絡的每個環節，包括發電、輸電、配電、用電都可能產生諧波，其中產生諧波最多位于用電環節上，而在用電環節諧波主要產生于非線性負荷用電設備。對于煤礦來說，諧波主要來自非線性負荷用電設備。
在煤礦的輸配電系統中存在大量的電力變壓器。變壓器就是一種非線性特性的用電設備，因為變壓器內鐵心飽和，磁化曲線的非線特性以及額定工作磁密位于磁化曲線近飽和段上等諸多因素，致使磁化電流呈尖頂形，內含大量奇次諧波。變壓器鐵心飽和度越高，其工作點偏離線性就越遠，產生的諧波電流就越大，嚴重時三次諧波電流可達額定電流的5%。
由于煤礦電網中的諧波源主要來自于含半導體材料的非線性元器件，煤礦的其他非線性負荷用電設備主要有礦井提升機、通風機、主排水泵、帶式輸送機、架線式電機車等節能設備、交流弧焊機以及控制用的電力電子設備，諸如各種變頻器、交直流換流設備、變流器、整流設備等一些大型礦山設備以及使用各種變頻器等電力電子設備產品等。煤礦供電系統中諧波的危害主要表現在諧波含量的增加導致電網功率損耗的增加、供電設備壽命逐漸縮短、接地保護功能喪失、遙控功能失效、供電線路和設備過起熱，如果諧波波幅較大，還可能引起變電站局部的并聯或串聯諧振，這將導致變電站系統中的元器件產生附加的諧波損耗，從而加速元器件的衰老退化。我們通過對主井提升設備的電壓、電流，副井升降設備電壓、電流以及充電設備的測試波形測試、觀察，發現在多次的測試過程當中，在一個波段電流諧波值異常偏高，遠遠超出了國家規定的限值，將此波段對比到礦井實際采用的脈動變流器，發現異常偏高的波段正好與設備實際采用的脈動下測算出的諧波值相符合；而對礦井下充電設備的測試采取與地面充電設備對比的方式，測試發現井下充電設備的各個諧波的大多高于井上情況。
我們通過對礦井以上兩個測試情況來看，煤礦供電系統中普遍存在的電能質量問題的主要原因是諧波的大量產生。因此，預防治理礦井供電系統中的諧波問題還需從改造電力電子裝置、過濾諧波的角度入手，從而減少礦井供電系統諧波問題的發生。
3 煤礦供配電系統諧波治理
鑒于諧波存在多方面的危害,對礦井安全生產和生活存在很大隱患,根據國家對諧波污染的治理要求,采取必要而有效措施,避免或補償已產生的諧波尤為重要。在礦井供配電系統中,應積極采取消除或抑制諧波危害的防范措施。
3.1 電力電纜的選擇。在礦井供配電系統電力電纜截面的選擇中,應考慮諧波引起電纜發熱的危害。對于連接諧波主要擾動源設備的配線,確定電纜載流量時應留有足夠裕量,必要時可適當放大一級選擇電纜截面。
3.2 合理選擇變壓器。正確合理地選擇變壓器的接線方式,能阻止不平衡電流和3N次諧波電流從原邊傳到電源配電系統中。在三角形/星形變壓器里,不平衡電流和3N次諧波電流在原邊繞組內循環流動而不會傳入電源配電系統中。礦井供配電系統中各級變壓器應多采用三角形/星形變壓器。在根據負載確定電力變壓器額定容量時,應考慮諧波畸變而留有裕量。在礦井設計中一般應保證變壓器負荷率在70%～80%,該裕量可防范諧波引起的變壓器發熱危害。
3.3 無功補償電容器的配置。在有諧波背景的礦井供配電系統中,不能采用常規的補償系統來進行無功補償。為避免電容器組與系統產生串聯諧振或并聯諧振,必須采用調諧式電容器組。調諧式電容器組即在補償電容器中加串調諧電抗器。電抗器的主要作用是避開諧波電流可能出現的頻率。這種電抗器被稱為調諧電抗器,帶有這種電抗器的電容器組則被稱為調諧電容器組。使用調諧電容器組的目的不是為了顯著地降低諧波畸變,而是為了確保電容器組不會因為諸如系統阻抗、投入段數、系統配置、負荷狀況等原因而發生諧振。
3.4 諧波補償裝置進行補償。對礦井中的主要諧波源,如:大功率提升機、通風機、帶式輸送機的變頻設備,在運行過程中會引起較嚴重的高次諧波污染。為了擬制變頻器在運行中產生的諧波,需增加諧波補償裝置,使輸入電流成為正弦波。傳統的諧波補償裝置是采用LC調諧濾波器,它既可補償諧波,又可補償無功功率。但其補償特性受礦井供配電系統阻抗和運行狀態影響,易和系統發生并聯諧振,導致諧波放大,使LC濾波器過載甚至燒壞。另外,它只能補償固定頻率的諧波,效果不甚理想,但該裝置結構簡單,目前仍被廣泛應用。電力電子器件普及后,運用有源電力濾波器進行諧波補償將成為主要方法,有源濾波器的工作原理是從補償對象中檢測出諧波電流,然后產生一個與該諧波電流大小相等、極性相反的補償電流,從而使電網電流只含有基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償,且補償特性不受電網阻抗的影響。
參考文獻
［1］ 胡子侯，電力諧波的治理措施《沿海企業與科技》2010、7
關鍵詞：供電基本要求；系統分類；安全用電常識
中圖分類號：TD8文獻標識碼：B文章編號：1009-9166（2011）008(C)-0137-01
一、礦井供電的基本要求
1、供電可靠。即要求供電不中斷。對煤礦的供電一旦中斷，不僅會造成全礦停產，而且會導致保證礦井安全生產的一些重要設備（如水泵、通風機）停止運轉，危及礦井及井下工人的安全。因此，為保證礦井安全生產，要求煤礦實行連續供電。
2、供電安全。電能有它的特殊性，使用中稍有疏忽，就會導致人身觸電、電火災等事故的發生。煤礦主要是地下作業，工作環境和地面有很大的差別，特別是存在有爆炸危險的瓦斯和煤塵，因而不僅發生人身觸電和電火災的可能性比地面大，而且會導致瓦斯、煤塵爆炸嚴重后果。因此，煤礦供電必須保證安全，嚴格遵守《煤礦安全規程》的有關規定。
3、有良好的供電質量。這主要是指供電頻率和供電電壓偏離額定值的幅度不超過允許的范圍。否則，電氣設備的遠行情況將會顯著惡化，甚至損壞電氣設備。
我國規定一般電力設備使用的交流供電標準頻率為50赫茲。偏差不超過±0.2～±0.5。電壓不超過±7％。
4、有足夠的供電能力。這不僅要求電力系統或發電廠能供給煤礦充足的電量，而且要求礦井供電系統的各項供電設施，具有足夠的供電能力。
5、供電經濟。在以上四項基本要求的基礎上，盡量做到供電系統簡單、操作方便、基本建設投資和運行維護費用低。
二、礦井供電系統的分類和等級劃分
1、供電系統的分類。一類負荷：凡因突然中斷供電會導致人身傷亡事故，或損壞重要設備且難以修復，或給國民經濟帶來很大損失者，均屬于這一類。顯然煤礦屬于一類負荷。煤礦中的通風、排水、升降人員、抽放瓦斯、醫院等也都屬于一類負荷，又稱保安負荷。因此是煤礦中最重要的用戶，要求供電絕對可靠。為此，對這類用戶的供電，必須設有備用電源和備用供電線路。二類負荷：凡因突然中斷供電會造成大量減產者。如煤礦中專門用于提升煤和物料的提升設備、壓風機、井底車場、采區變電所等。三類負荷：凡因突然中斷供電對生產沒有直接影響者。
2、供電電壓等級的劃分。目前，煤礦井下采用交流電電壓等級有：6000V、1140V、660V、380V、127V、36V。6000V――為礦區內高壓配電電壓或動力電壓。660V――為井下低壓配電電壓或動力電壓。1140V――為采煤機的專用電壓。127V――為井下照明、手持式電鉆的電壓。36V――為控制電壓，也叫安全電壓。直流電壓有：250V或550V為井下架線電機車的電壓。
三、井下電氣設備的三大保護
1、過電流保護。過電流簡稱過流。凡是流過電氣設備和電纜的電流超過了它們的額定電流。電氣設備和電纜出現過流后，一般會引起它們過流，嚴重時會將它燒毀，甚至引起電火災和井下瓦斯、煤塵的爆炸。由此可見，電氣設備和電纜的過流是一種不正常狀態。井下常見的過流故障為短路、過負荷、斷相三種。（1）短路。短路是指電流不經過負載，而是經過電阻很小的導體直接形成回路，其特點是電流很大，可達到額定電流的幾倍、十幾倍、幾十倍，甚至更大。因為電流很大，發熱劇烈，如不及時切除，不僅會迅速燒毀電氣設備和電纜，甚至引起絕緣油和電纜著火釀成火災，還會引起瓦斯、煤塵爆炸。（2）過負荷（過載）。過負荷不僅是指它們的電流超過了額定數值，而且過電流的延續時間也超過了允許的時間。電氣設備和電纜過流后，絕緣繞組和絕緣導體的電流密度增加，發熱加劇。如果過流的延續時間很短，不超過允許的時間，電氣設備和電纜的溫度不會超過它們所用絕緣材料的最高允許溫度，因而不會被燒毀，允許繼續運行，這種情況稱為允許的過載。但是，如果延續時間超過了允許的時間，電氣設備和電纜的溫度將升高到足以損壞它們的絕緣，如不及時切斷電源，將會發展成漏電和短路故障，因此也要加以預防和保護。（3）斷相。三相電源斷一相或三相繞組斷一相，稱為斷相或缺相、跑單相。過流故障有如下的危害：a、過流倍數較低時，引起電氣設備和電纜的溫升超限，縮短設備使用壽命。b、過流倍數較高時，將導致電氣設備燒毀，甚至引起火災和瓦斯、煤塵爆炸事故。過流倍數很高時，會在電網上造成很大的壓降，影響電網的正常運行。過流保護的要求：必須有選擇性、可靠性、動作迅速、經濟合理。
2、漏電保護。電網的漏電又分為集中性和分散性漏電。集中性漏電是指在變壓器中性點不接地的電網中，由于某處（或某點）的絕緣損傷而發生的漏電。分散性漏電則是由于整個電網或整條線路的絕緣水平降低，而沿整條線路或整個電網發生的漏電。漏電的危害：（1）增加人身觸電的危險；（2）增加引起瓦斯、煤塵爆炸的危險；（3）可能造成電雷管先期爆炸事故；（4）可能引起電火災；
3、保護接地。保護接地就是把電氣設備的金屬外殼和框架，用導線與埋在地下的接地極連接起來的一種保護措施。
關鍵詞:應急 供電設備 選型 技術要求
中圖分類號:TD611 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)09(c)-0091-01
北聯電能源公司高頭窯礦井設有地面35kV主變電所一座,承擔礦井全部供電負荷。由于礦井目前為單回路供電,設計采用柴油發電機作為礦井的應急供電電源。
1 使用環境條件
(1)安裝場所:簡易彩板房。(2)海拔高度:1300m。(3)環境溫度:上限+35℃,下限-20℃(室內)。(4)相對濕度:日平均值不大于95%,月平均值不大于90%。(5)地震烈度不超過8度。(6)沒有火災、爆炸危險、嚴重污穢、化學腐蝕及劇烈震動的場所。
2 設備選型計算
2.1 高頭窯煤礦應急供電負荷
總負荷為1387kW,其中主排水及通風設備為一級負荷,工作面排水設備為二級負荷,地面生活用電為三級負荷,供電時可根據發電設備的狀況逐級加減負荷。
2.2 發電機設備選取
根據負荷統計表的情況,選取3臺380V、500kW柴油發電機與1臺380V、800 kW柴油發電機并網運行,運行方式為三用一備。柴油發電機發出的380V電壓經升壓變壓器升壓至10kV后,輸入高頭窯35kV變電所10kV母線側,運行方式為4臺發電機同時并網運行。
發電機總功率計算,3臺原有發電機已進行過大修,經實際使用測量現有效率為60%左右,800kW新發電機的效率為90%,3臺發電機功率計算:
800×90%+500×3×60%=1620kW
滿足應急設備運行需求。
3 發電設備技術要求
3.1 柴油發電機技術要求
(1)柴油發電機必須能與煤礦現有3臺HX500GF型發電機可靠并網運行。(2)柴油發動機采用重慶康明斯柴油發動機,型號:KTAA19-G6A。四沖程,帶廢氣渦輪增壓,電調式柴油引擎。自帶風扇水箱閉式水冷散熱,采用電子調速器調速,噴油方式直噴式。(3)交流發電機廠采用中美合資馬拉松交流發電機,型號:MP-800-4A/S。
3.2 箱式變電站技術要求
4臺并網柜、升壓變壓器共同組成1臺箱式變電站,為煤礦提供10kV電源。
3.2.1 并網柜技術要求
(1)4臺并網柜能實現煤礦原有的3臺380V、500kW發電機組與新采購的1臺380V、800kW發電機組可靠并網運行。并網柜為下電纜進線,上銅母排出線。(2)并網柜可實現手動、自動并聯,可實現發電機組的自動開機/停機、數據測量、報警保護及“三遙”功能。控制器采用大屏幕液晶(LCD)顯示,可選擇中英文操作界面,保證操作簡單,運行可靠。控制器應具有控制GOV和AVR的功能,可以自動同步及負荷均分,和發電機組進行并聯。控制器能準確監測發電機組的各種工作狀態,當發電機組工作異常時自動關閉發電機組,并將故障狀態顯示在LCD上。(3)可以檢測所有發電機組相關的電參量及非電參量。(4)在自動狀態下具有以下工作模式:不帶載運行,帶載運行,按需求并聯運行。(5)具有解列時負載轉移功能。(6)具有定時帶載/不帶載試機功能,可實現每周/月循環開機/停機。(7)運行過程中機組控制器實時監控柴油機及發電機的運行工況:當發生輸出電壓過高或過低、輸出短路、及柴油機機油壓力偏低、冷卻水高溫、超速故障時立即報警停機(所有故障顯示均自動鎖定)。停機的同時立即啟動備用機組,并切換至備用機組供電。(8)對柴油發電機組的電參量及水溫、油壓、油位等實時監測。(9)實現柴油發電機組自動開機/停機、同步并聯、負荷均分及報警保護功能。(10)具有機組保養/維護時間到警告/停機功能。(11)保證輸出電壓、工頻波動在允許范圍內,能實現人工啟動、自動并機、自動負荷分配。(12)并機柜配置有隔離開關、斷路器,其額定電流及電壓符合發電機的相應要求。
3.2.2 升壓變壓器的技術要求
(1)變壓器應符合的標準:IEC。
(2)變壓器名稱:環氧樹脂澆注絕緣干式三相雙繞組無勵磁變壓器。
(3)型號:SCB10-2500/10 10.5±2×2.5％/0.4kV 2500kVA。
(4)額定頻率:50Hz。
(5)額定容量:2500kVA。
(6)額定電壓比:0.4kV/10.5±2×2.5%。
(7)系統最高運行電壓:
高壓側:10.5kV:12kV；
低壓側:0.4kV:0.42kV。
(8)變壓器損耗保證值:
空載損耗:≤3050W；
負載損耗:≤14450W(120℃)。
(9)調壓方式:10kV側中性點無勵磁調壓。
(10)調壓范圍:10.5±2×2.5％。
(11)阻抗電壓:6％。
(12)聯結組標號:D,yn11。
(13)中性點運行方式:10kV為不接地系統。
(14)冷卻方式:AN/AF。
(15)絕緣方式:環氧樹脂澆注絕緣。
(16)絕緣水平:F級絕緣。
(17)繞組材料:銅。
(18)鐵芯材料:優質冷軋硅片。
(19)安裝形式:
變壓器帶外柜體,低壓側母排進線,高壓側電纜出線,(與低壓柜平行布置),上進下出。
(20)外罩防護等級:IP20,采用優質鋼材制作,并做防腐處理。
(21)變壓器本體應設溫度控制器,測量變壓器繞組溫度并進行顯示,溫控器設有通訊接口滿足與變電所綜合自動化系統通訊,采用485接口。每臺變壓器外罩安裝低噪聲風機,配合溫度控制器實現自動和手動開啟。
(22)變壓器外罩門應設機械閉鎖
3.2.3 其它技術要求
(1)箱式變電站4臺并網柜與升壓變壓器共用400V母線排,母線排采用銅板,其截面積及載流量應符合4臺發電機同時運行的要求。(2)整體箱式變電站具備完善五防功能。(3)箱式變電站箱體具有防雨、防曬、防銹及通風散熱等功能。各室考慮溫度自動控制裝置。保溫層彩鋼板厚度不小于2mm,彩鋼板之間的保溫層厚度不小于120mm。
綜上所述:為了解決礦井單回路供電,擬采用柴油發電機作為礦井的應急供電電源,從技術要求、運行方式及容量等各方面能滿足礦井通風及排水等功能,從安全方面也保證了礦井的應急措施。
參考文獻
[1]高遠強.柴油發電機組在煤礦建設工程中的應用[J].建井技術,2010(3).
關鍵詞:礦井提升機 串阻調速 交-交變頻電控調速 電控調速 交-交變頻器
中圖分類號:TP2 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)10(c)-0106-02
隨著我國工業的不斷發展,對礦產資源需求量的不斷加大,礦產資源開采一直是我國煤礦行業的頭等大事。礦井提升機系統在整個煤礦開采過程中擔負著舉足輕重的作用。提升機系統傳統的調速方法不足,輸出電壓和功率較低,系統穩定性差,嚴重制約著煤礦資源的開采量,不利于整個行業的發展目標。隨著交-交變頻調速技術在提升機系統中的應用,憑借著高電壓、大功率變頻輸出,電機驅動能力強、運轉快,系統性能穩定等優勢得到了煤礦行業的廣泛關注。
1 AC-AC變頻調速技術
1.1 變頻器
1.1.1變頻器的工作原理
變頻器是把固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調電壓頻率的交流電的變換器,是異步電機變頻調速的控制裝置。交-交變頻器沒有直流變換環節,只有兩個交流環節之間的轉換過程。通過把一種頻率的交流電轉換成另一種頻率的交流電。
1.1.2 交-交變頻器
交-交變頻器主要由3臺電網自然換流、無環流可逆變流器組成,對應同步電機定子的三相,每相連接成三相橋式電路。三相變流器由整流變壓器供電,兩套變頻器由分別為Δ/X、Δ/Y接法的整流變壓器供電,以減少供電高次諧波。AC-AC變頻器具有高效率、大電流等優點非常適用于低速、大功率、大轉矩、高動態響應、高過載能力的環境。AC-AC變頻器的基本結構如圖1所示。
電機的定子繞組每相對應一套反并聯可控硅橋,最大輸出頻率約為電網側頻率的45%左右,采用無熔絲設計方法,效率高達99.3%,在緊急情況下12脈沖可以切換成6脈沖AC-AC變頻器,使的整個變頻系統變得靈活、穩定。
1.2 AC-AC變頻調速技術的基本原理
1.2.1 變頻調速的理論概述
變頻器的功用是將頻率固定的(通常為50 Hz的)交流電變成頻率聯系可調的三相交流電。由公式:,當頻率連續可調時(一般為定數),電動機的同步轉速也連續可調,又因為異步電動機的轉子轉速總是比同步轉速略低一些,所以,當同步轉速連續可調時,異步電動機轉子的轉速也是連續可調的。變頻器通過改變電動機工作電源的輸入頻率(電流的頻率)來改變電動機轉速,從而實現變頻調速。
1.2.2 AC-AC變頻調速的原理概述
三相異步電動機的轉速公式為,調速方式可有四種方式。交-交變頻電路的基本原理圖如圖2所示。
2 主井提升機交-交變頻調速系統的設計
2.1 交-交變頻器Sinzmics SL150控制系統的結構
Sinzmics SL150控制系統的結構主要包括:CPU模塊、控制器模塊、I/O模塊、斷路保護模塊、輔助設備模塊以及控制面板。系統CPU(D445)利用軟件可編程方式可以同時在線對通信系統、故障分析系統、畫面顯示系統進行操作。其中變頻控制器負責控制系統電路的相電流、電機轉速以及熱電壓轉換器(TVC)。交-交變頻器控制系統原理結構圖如圖3所示。
通過系統外擴的I/O模塊,可對電機的轉子運行情況進行信號采集檢測,同步電壓信號以及數字變化量都是由該模塊負責接收傳送和結果輸出控制。如果電路中的工作電壓超過額定電壓值,該系統采用高壓斷路器負責控制和保護系統輸出電壓。系統的輔助設備是由12/6脈沖轉換部分和功率因素補償兩部分組成。功率因素補償部分,對于電機功率達不到額定工作功率的時候,可以采取無功補償的方式減少諧波和無功功率的損耗。對12/6脈沖轉換部分,一旦高壓短路,變壓器或變頻器一路發生故障時,電機和變頻器可以由12脈沖工作模式轉換成6脈沖的緊急模式。對有故障的變頻器進行斷電分離,并聯的兩套電機繞組切換成串聯連接,提升機處于全載半速運行狀態。
2.2 6脈沖交-交變頻控制方法
針對顧橋礦主井提升機的具體情況,采用ABB公司的ACS6000C進口全數字矢量控制系統,交-交變頻選用6脈沖,邏輯無環流可逆變流器,變頻器分別由3臺整流變壓器供電。系統電源選用10 kV、50 Hz三相交流電作為主電源供電。主回路采用電樞換向的直流電動機拖動,電樞回路是由兩個反向并聯晶閘管整流器直流供電,將10 kV的交流電壓通過4路變壓器轉換成滿足系統需要的直流電壓,通過高壓斷路器控制系統電壓,為同步電動機提供合適的工作電流和電壓。顧橋礦主井提升機變頻調速系統結構圖如圖4所示。
3 系統運行結果分析
結合交-交變頻調速在顧橋礦主井提升機電機傳動系統中的應用,通過西門子SIMATIC WinCC5.0制作軟件可以監控整個系統的工作狀態。從主提升機畫面中可以清楚地看到系統各個工作模塊的運行狀態,安全回路狀態、停車回路狀態、閉鎖回路狀態、PLC主副箕斗位置、油壓、提升速度、定子的電流電壓、勵磁電流、井筒開關的選擇以及裝卸載打點信號（見圖4）。
4 結論
本文針對傳統煤礦主井提升機系統的不足,提出了主井提升機交-交變頻調速電控系統的新方法,結合顧橋礦主井提升機變頻系統的實際應用等方面詳細地論述了新方法的優越性。實測結果表明交-交變頻調速系統性能穩定,大大增加了提升機的工作量,對礦產資源的開采做出了重要貢獻。
參考文獻
[1] 西門子工業自動化項目設計實踐[M].北京:機械工業出版社.
[2] 自動控制原理[M].廣州:華南理工大學出版社.
關鍵詞：煤礦；井下機電設備；保護；維護與維修
前言
煤礦企業井下生產環境比較特殊，對機電設備的用電要求比較高。井下機電設備和供電系統的安全防護是煤礦企業安全穩定生產的前提和保障。隨著機電設備的自動化程度不斷提高，人們對進行機電設備的使用運行提出了更嚴格、更高的要求。如何為井下安全生產創造有力條件，提高機電設備的防爆水平成為人們的研究熱點。煤礦井下機電的三大保護主要指漏電保護、過流保護和接地保護，這三大保護是保障井下供電和用電的可靠措施。本文結合作者多年的實踐工作經驗，對煤礦井下機電三大保護進行了詳細探討，供大家參考借鑒。
1 漏電保護分析
1.1 漏電的危害和原因
漏電故障是機電設備常見故障之一。當導線損壞或絕緣失效時，會出現電源和大地形成回路的現象，形成漏電。對于煤礦井下機電設備而言，漏電現象可以分為集中性的和分散性的。集中性漏電出現在電纜中的某一段或者某一點，而其他部分絕緣效果依然正常。分散性的漏電一般出現在整個電纜中，是整個電纜或整個電網的絕緣水平下降導致的結果。
漏電故障不但威脅人身安全，更為井下煤礦的開采帶來極大的安全隱患。當工作人員不小心接觸到漏電設備或電纜時，容易出現觸電傷亡事故。其次，漏電故障會產生電火花，引起井下瓦斯爆炸。如果漏電故障不能及時排除，會造成電氣設備的短路故障，嚴重時，甚至會燒毀整個設備，引發火情。引起漏電故障的原因是多種多樣的，如電纜的絕緣老化、電氣設備進水或受潮、電纜線頭接觸不牢、電纜芯線折斷刺破電纜絕緣等等。
1.2 漏電保護措施
加強煤礦井下機電設備的維護和保養，是減少漏電故障的有效途徑。此外，還應采取一些漏電保護措施，如設置漏電保護裝置、采取選擇性漏電保護和進行漏電閉鎖設計。常用的漏電保護裝置種類很多，有計算機控制的，也有電子電路的。選擇性漏電保護采用的主要元件是零序電流互感器，利用零序電流方向保持原理，將故障支路和非故障支路分開，達到選擇性漏電保護的目的。漏電閉鎖設計就是在電路閉合前，對電網的絕緣性進行檢查，當測試的絕緣阻值比較低時，讓開關不能閉合，起到閉鎖電路的效果。根據井下機電設備的具體情況，可以綜合考慮三種保護措施，能有效杜絕漏電事故的發生。
2 過電流保護分析
2.1 過電流的危害和原因
當電路中出現短路、過負荷和斷相時，流過電氣設備和電纜的電流會大大超出額定值，造成過電流危害。短路故障的危害極大，是由于不同相位的導線不經過用電設備直接接觸造成的。短路時，電纜中的電流很大，甚至超出額定值得幾十倍，能夠在瞬間燒毀整個線路，引發火災或煤塵、瓦斯氣體爆炸。過負荷是指用電設備和電纜的實際電流超出了額定值，并且負荷時間也超出了額定時間，導致絕緣材料失效造成的故障。對于煤礦進行設備來說，過負荷事故是燒毀電機的主要原因。三相交流電機如果一相供電線斷線，造成電機單相運行，此時轉矩減小，如果負載不發生變化，就會造成斷相事故，直接燒毀電機。
2.2 過電流保護措施
對于煤礦井下作業，過電流發生的頻率很高，且危害極大，所以對電氣設備采取必要的過電流保護顯得必不可少。常用的保護元件有熔斷器、過流繼電器和熱繼電器等等。熔斷器可以串接在保護電氣的主要電路中，如果電氣設備發生短路故障，熔體的溫度會隨電流的增大而急劇升高，最終達到熔體熔掉切斷電路的目的。過流繼電器可以用在礦用隔爆型自動饋電開關中，靠彈簧拉力調節動作電流的整定值。當繼電器的動作電流調節好后，一旦流過繼電器的電流超過整定值，繼電器能迅速切斷電路。在電路中設置熱繼電器也是過流保護的有效手段。熱繼電器以金屬片為主體，利用金屬的熱慣性，當機電設備過載致使金屬片發熱變形時，斷開觸點起到保護的作用。
3 接地保護分析
漏電保護側重漏電發生后的斷電時間，以減少漏電或人身觸電的時間。而接地保護則是為了限制漏電流或人身觸電電流的大，降低事故的嚴重程度。兩種保護措施都非常重要，缺一不可。對于煤礦井下工作場合來說，電氣設備分布比較分散，供電距離也相對較遠，無法用一個集中地接地裝置達到要求。因此，一般采用主級-次級的多級結構來設置接地裝置。在中央變動所設置主接地級，在其他用電位置設置次級接地級，利用接地芯線將整個用電區域連成一個網絡，形成一個多級的井下保護接地系統。如圖1所示。
結言
提高煤礦井下供電、用電安全，加強對機電設備的維護和管理，是保障煤礦企業安全生產和提高經濟效益的有效措施。管理人員要不斷提高自身職業素質，認真做好機電設備的漏電保護、過流保護、接地保護三大保護工作，維護煤礦企業的安全生產。
參考文獻
【關鍵詞】煤礦;保護接地;接地體;中性點不接地系統
1.保護接地的必要性
在煤礦井下總接地電網是高、低壓電氣設備共用的高壓電網的單相接地電流遠大于低壓電網，因此，井下總接地網電阻主要取決于高壓電網的單相接地電流。但在中性點不接地系統中，此電流又與高壓電網對地電容有關，電網愈大(包括電纜、架空線路)，電容就愈大。若此電容大至使單相接地電流超過20A（《煤礦安全規程》規定此電流應不大于20A)，則將超過人身允許的最大接觸電壓 40V（《煤礦安全規程》規定接地網上任一保護接地點的接地電阻值不得超過2Ω，每一移動式和手持式電氣設備至局部接地極之間的保護接地用的電纜芯線和接地連接導線的電阻值，不得超過1Ω。)，將威脅到人身安全。為此，應根據單相電流的大小，適當降低總接地網的電阻值；或采用其它措施以減小電網對地的電容電流。目前常用中性點經消弧圈接地方式來補償電網對地的電容電流。
2.接地保護的電阻計算
2.1 單根垂直接地體的接地電阻
單根垂直接地體的接地電阻的理論計算公式：
R=0.366 Lg ， (1)
式中，R 為接地體接地電阻，Ω；L 為接地體長度，m；ρ 為土壤電阻率，Ω；d 為接地體的外徑或等效外徑，m。常用的簡化公式有：
R≈0.3ρ (2)
R≈ρ/L (3)
式中的符號含義同前。
在實際工程中，接地體的材料有角鋼、圓鋼和鋼管三種，(2)式、(3)分別簡化為：
2.1.1 角鋼接地體
取 L=2.5，規格 40mm ×40mm ×4mm ，即寬b=40mm ，等效為 0.84b=0.0336m ，代入式(1)計算可得：R=0.36ρ，或 R=0.91ρ/L。
2.1.2 圓鋼接地體
取 L=2.5m ，d=0.025m ，代入式(1)計算可得：R=0.38ρ，或 R=0.95ρ/L2.1.3 管體接地。取 L=2.5，d=0.6m ，代入(1)式可得：R=0.32ρ 或 R=0.81ρ/L。
為切實保證接地裝置接地電阻的要求，接地電阻計算值寧可適當偏大而不宜偏小。如果接地電阻計算偏小，則設計出來的接地裝置可能達不到限定的接地電阻值要求。建議單根垂直接地體的電阻簡化計算公式采用式(2)。
2.2 單根水平接地體的電阻計算
單根水平接地體接地電阻的理論計算公式為：
R=0.366 Lg，(4)
式中，h為水平接地體埋地深度，其它符號的含義同前。
在工程中，常用的簡化計算公式也有兩個：
R≈0.03ρ (5)
R≈2ρ/L (6)
2.3主接地極的接地電阻計算
主接地極的接地電阻可按下式計算：
R=0.25ρ/A (7)
式中，A 為鋼板的面積，m2；其它符號的含義同前。
3.井下低壓系統中接地保護應注意的問題
3.1 礦山企業工作環境差，用電設備由于生產需要經常移動，對地電位時有變化。有些礦山企業不僅有使用交流電源的生產設備，而且還有使用直流電源的生產設備。因此，解決好礦山設備的保護接地問題是非常必要的。
3.2 目前礦山企業的供配電系統，多是中性點不接地系統。在該系統下出現的單相短路電流，與整個電網(高、低壓電網)- 特別是高壓電網對地電容有關，即與電容電流相等。電網愈大電容電流就愈大。為減少系統的電容電流，常采用中性點經消弧線圈接地的方式。
3.3 單根垂直接地體或水平接地體的接地電阻值計算，工程設計中使用簡化計算公式時，應采用計算值偏大的計算公式。
3.4 井下低壓中性點不接地系統中，除了設置接地保護裝置外，還應在配電系統中加設漏電斷路器，才能真正做到保護人身安全，消除單相接地事故隱患。
中性點不接地系統的單相接地電流，主要是電網對地電容的電流。由于井下單臺變壓器容量有限，低壓電網的供電范圍不大，電容電流較小(不足 1A)。配合井下保護接地電阻不大于 2Ω，接觸電壓遠低于安全值。而這個“安全值”往往使人們產生麻痹大意，單相接地故障實際未得到排除，也就是說，接地保護裝置的設置，僅僅是解決了(電流小時)人身安全問題，隨著時間的推移，它會逐步擴大發展成更大事故。
4.結束語
由于井下這一特殊環境，單相接地故障時有發生。近年來漏電保護器發展迅速，井下漏電保護的最佳方式是：末端漏電保護+ 分干線或或干線漏電保護+總漏電保護，組成多級漏電保護體系，并能有選擇地切斷故障線路，在徹底根絕井下單相接地故障存在的同時，也可保證無故障線路用電不會受到影響。過去由于某些原因，礦山單相接地保護中，主要利用附加直流電源檢漏繼電器的方式進行保護，沒有全面推廣使用漏電斷路器保護器，只要電源總開關處設置直流檢測繼電器，沒有選擇性，在事故跳閘時影響面很大，給工人帶來精神傷害和國家財產的巨大損失，因此，在設計中采用一些措施和保證，在井下配電系統設計中，應大力推廣使用漏電斷路器、漏電保護器。我國目前礦山所采用的配電系統多為中性點不接地(即 TT)系統，在中性點不接地的供電系統中，人身觸電電流值 IH 的大小，取決于電網的電壓值，電網對地的電容值和絕緣電阻值。由于礦山井下工作環境惡劣，礦井巷道狹窄，地面潮濕，礦山設備隨作業面的變化需經常移動，對地電位有變化，礦山供電系統中還混合使用交流電和直流電，更使這個問題復雜。因此，解決好礦山設備的接地保護也更具有一定的現實意義。
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基于電磁感應原理的非接觸供電技術，綜合利用電力電子技術、磁場耦合技術、大功率高頻變換技術，借助現代控制理論和方法，實現了傳輸電能系統和用電設備的隔離，使兩者之間沒有電的直接接觸，很好地滿足了特種應用場合的需要，提高了電能傳輸的安全性和可靠性。因此，非接觸供電技術是一種安全、可靠、靈活的電能接入新技術。
1．基本原理
非接觸供電系統包括電能發送單元和電能接收單元兩部分。電能發送單元主要由交直流電源電路、功率放大輸出電路、驅動電路、振蕩電路、基準電壓電路、控制保護電路以及發射線圈L1（變壓器初級）組成：電能接收單元主要包括接收線圈L2(變壓器次級)、高頻整流濾波電路和負載組成（如圖1所示）。
非接觸供電系統工作時輸人端將交流市電經全橋整流電路變換成直流電，或用直流電端直接為系統供電，直流電通過振蕩電路逆變轉換成高頻交流電經功率放大輸出電路放大供給發射線圈L1。通過發射線圈L1與接收線圈L2耦合電能，接收線圈L2輸出的電流經高頻整流濾波電路變換成直流電提供給負載。
2.特性和缺陷
基于電磁感應原理的非接觸供電技術，發射線圈和接收線圈必須有諧振頻率一致的電磁共振，才能傳輸電能，而具有以下主要特性和缺陷：電磁共振以“電一磁一磁一電”的方式實現電能的傳遞，而且是一個開放的系統，必然存在著電磁輻射和能量的損耗，因此，近距離的實際效率很難超過80%．遠距離的狀態下，效率可能很低。因此，不符合節能的概念。
電磁能與距離的關系為電場強度與距離的二次方成反比，磁場強度與距離的四次方成反比。單純的電磁共振是不可能長距離傳輸的。通常在1米處，效率不超過1%。因此，只能在近距離內使用，一般不超過10厘米。
電磁共振可以穿透非金屬，卻不能穿透金屬。利用這個特性，可以制造出即時充電或即時供電的電器，在移動性、防水性和隔離性等方面有突出的表現，同樣可以應用這個特性，來解決其自身的電磁干擾問題。選擇一個適當供電頻率使系統產生共振，則電能發射端的電磁波頻段對正常的通信、廣播沒有干擾或干擾較小，對人體或其他生物不構成傷害，符合安全指標。
在幾個厘米以內的近距離的電磁共振中，還存在著空振高壓問題：接收電路在負載時的電壓與空載時的電壓相差懸殊，往往是數倍甚至是十倍以上，致使接收電路在空載時，由于電壓的大幅度升高，將負載電路燒壞。是目前電磁共振的非接觸供電技術難以實用的一個重要因素。
非接觸供電技術在LED發光設備的應用
現有的LED發光標志牌、LED照明產品等，通常采用有線方式供電、充電。因而需要通過接口和導線進行有線方式供電、充電，需要在發光標志牌、照明設備上安裝接口及導線，導致設備整體防水、防漏氣性能低且不可靠。無法長期使用、安裝、儲存在惡劣的環境中，如水中、礦井中或者連續潮濕的環境中。
本文探究非接觸供電技術應用于LED發光設備可行性，把非接觸供電系統的電能接收端置入到LED發光設備內。選擇適當的LED驅動技術，設計能進行非接觸供電或充電的LED發光設備。該LED發光設備具有移動性、高度防水性、高度隔離性，適用于水下作業、礦井作業、抗洪救災等特殊場所的安全標志牌與照明。
1．應用實例
1.1 LED發光標志牌
本文設計的非接觸供電LED發光標志牌（如圖2所示），它由內部非接觸供電電能接收單元、充電電池、LED、LED驅動電路、系統控制電路、柔性電路板、外封裝透明膠套構成。外部由非接觸供電電能發送單元及電源構成。
(1)電能發送單元
VOX330MP05S和VOXRIOD是近距離下的非接觸供電芯片組，解決了長期以來不能解決的空振高壓問題，使輸出電壓基本維持在一個相對穩定的電壓范圍內。
VOX330MP05S是一款專門針對市電電源的非接觸供電的大功率發射模塊芯片，可以將市電整流后直接給芯片供電，工作電壓范圍大，最低可低至IOOV，最高電壓至400V，具有高達1A的電流發射能力，典型工作電路（如圖3所示）。lc內部建有振蕩、基準電壓、脈寬調制、限幅、低壓啟動、輸出推動和功率輸出等電路，完全符合電磁共振的特殊要求：VOx330MP05s自身功耗小，輸出電流大，發射效率高達70%以上：芯片內設自動限流電路，電路在空載時電流很小，而在大負載時的輸出能力可達空載時的十倍以上：VOX330MP05S外圍電路簡單，主要元件只有一個電阻、一個電容和~個線圈，因此使用方便。配合相應的接收模塊同時使用，就能實現非接觸供電。
(2)電能接收單元
VOXRIO是一款專門針對VOX系列的非接觸供電發射模塊設計的配套接收模塊芯片，可以為接收電路提供一個相對穩定的中心電壓。VOXRIO內部建有基準電壓、限幅、低壓啟動、輸出推動和功率輸出等電路，完全符合電磁共振的特殊要求：而且自身功耗小，輸出電流大，接收效率高達80%以上：芯片內設自動限壓電路，電路在空載時電流很小。VOXRIO外圍電路簡單，主要元件只有一個電容、一個二極管和一個線圈，因此使用方便。
電能發送單元發射電磁波，內部電能接收單元接收該電磁波并轉換為交流電后經整流濾波成直流電對電池進行充電。一個電能發送單元可以對多個內部電能接收單元發射電磁波進行充電。充電電池一般用鋰電池，但鋰電池穩定性較差，在有易燃易爆氣體及物品的環境中采用鎳氫等電池。
(3) LED電路
一個LED與一個電阻串聯后組成一個基本單元，若干個基本單元之間可以采用串聯、并聯、混聯的方式進行連接：多個LED以陣列的形式安裝在一塊平面上組成LED點陣屏，點陣屏有各種顏色，分為單色、雙色、三色。把LED呈矩陣狀均勻布滿于柔性電路板上，可以排列組合成指標或警示性的圖標發光顯示。
LED控制電路采用微處理器控制電路，以遙控控制系統、觸摸控制系統、輕觸開關來控制系統實現，簡單的可以直接用微型按鈕開關控制電源。LED驅動電路可采用分立元件驅動電路、集成驅動電路。
(4)封裝
外封裝透明膠套用于保護整個非接觸供電式LED發光標志牌的電路，把整個非接觸供電LED發光標志牌電路牢靠包封在外封裝透明膠套內，無任何接口，因此本文所述的非接觸供電LED發光標志牌具有高度可靠的防水、防漏氣性能。本標志牌還可以根據用戶需要，制做成不同形狀，進行單面、雙面、多面發光顯示。
1.2 LED礦燈
據有關資料統計，煤礦井下瓦斯爆炸事故有三分之一以上是礦燈故障引起的，這主要是由于礦燈所使用的白熾燈泡存在的缺陷所造成的。而LED礦燈解決了白熾燈泡的安全隱患，在煤礦上大量推廣使用。LED礦燈在節能、安全性、易用性等方面與采用白熾燈的礦燈相比都有較大改進，但還存在著以下問題需要解決。
礦井下潮濕、多水、空氣混濁、灰塵大．LED礦燈采用了鎳氫電池或鋰電池為電源．LED發光二極管為光源，這些元件一但進水、進入灰塵后就易損壞，甚至報廢。閉鎖螺絲受潮后會生銹，難以卸掉，須將螺栓廢掉，浪費材料費和工時。充電接口經常進灰堵塞，尤其水泥進到充電接口凝固后就很難去掉，影響LED礦燈充電，嚴重的就可能報廢。
本設計把電能接收端置入LED礦燈，用透明膠套把LED礦燈牢靠密封，采用非接觸供電技術，就可以解決上述問題。提高了LED礦燈的使用壽命、防爆性能、抗靜電性能，降低了LED礦燈的報廢率，減少了維修量，增加了實用性和安全可靠系數。
2.系統分析與構成
對使用非接觸供電技術的LED發光設備的設計，要從三個角度考慮完成系統的設計：一是從器件的選擇、電路設計上盡可能的提高系統的效率：二是嵌入非接觸式的RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)技術，實現ID認證機制，保證系統的安全：三是采用MCU(Micro Control Unit，微控制器)作核心的部分，產生驅動電路所需的振蕩頻率，同時也需要控制RFID組件與電能接收端進行信息交互。使供電端與用電端可以用一對一、一對多、多對一、多對多和網絡分布方式供電。
系統由供電部分及工作部分組成（如圖4所示）。供電部分由MCU和供電單元組成，MCU通過RFID發射單元檢測負載位置的情況，當負載存在時，開通供電單元，進行供電。工作部分由MCU、與電能發送端相對應的RFID組件、LED單元、受電單元和充電電池組成，受電單元主要實現電能的接收，受電線圈接收電能，通過整流、濾波處理后向電池和LED單元供電。MCU的外圍電路包括復位電路、參考電壓電路、串口下載電路、電源與接地、按鍵、報警等。系統的人機對話界面，通過顯示模塊來實現。工作部分、供電部分、供電管理、按鍵、顯示等功能都由MCU進行控制。
實現使用非接觸供電技術的LED發光設備的方案是上述的整合，即兩部分構成，分別為接220V交流電的電能發送端和給LED發光設備電池充電的電能接收端。將待充電LED發光設備放到充電器上，打開設在電源端的充電開關，電能發送端發出驗證信息，電能接收端收到驗證信息后發出確認信息，身份驗證通過后，則控制驅動電路開始工作，實現電能的傳輸。
關鍵詞：架線電機車蓄電池電機車閥控鉛酸蓄電池長距離運輸
中圖分類號：C35文獻標識碼： A
前言
礦井水平大巷運輸是煤炭生產過程中必不可少的重要生產環節，它主要擔負著礦井生產所必需的材料、設備以及井下工作人員的運輸，是礦井生產的“動脈”與“咽喉”。在我國水平大巷長距離運輸的主要方式是由機車牽引一組礦車在軌道上往返周期性地運送物料及人員。傳統的大巷輔助運輸為架線電機車牽引礦車或人行車運送物料和人員。架線電機車原理簡單，維護方便，并且運輸能力較大，運行速度較高，用電效率高，整體的運輸成本較低，在我國煤礦井下應用最為廣泛。但是，架線電機車需安裝整流和架線設施，設備設施及架線的投入及維修費用較大；并且集電弓與架線之間容易產生火花，軌道回流存在雜散電流危害，人員在架線下行走或施工存在重大的安全隱患。為消除架線電機車運輸方式存在的各類安全隱患，新礦集團協莊煤礦先后取消了井下架線電機車及供電網路及設備，投入使用蓄電池式電機車，徹底消除了觸電安全隱患及雜散電流的危害，并減少了架空線及架空線日常維修費用。
1、協莊煤礦大巷運輸簡介
協莊煤礦是年產200余萬噸的國有大型煤礦企業，該礦井下有三條水平大巷分別為：-300水平大巷2500米、-550水平大巷2500米和-850水平大巷2800米；三條大巷分別擔負著本水平所有物料、設備和人員的運輸任務。隨著礦井機械化水平的不斷提高，礦井開采水平的不斷提升，原有的架線電機車不能滿足現有的生產需要，為此該礦投入使用了蓄電池機車代替架線電機車，將三個水平大巷建設成為快速、靈活、高效的運輸通道，提高了礦井的生產效率。
2、蓄電池電機車簡介
該礦使用的蓄電池電機車機車車體采用Q235碳素結構鋼厚板焊接。整體性好、強度高、不易變形。車架箱體的兩端固定著緩沖連接器，在車架箱體內部有二個中間隔板，用以布置司機室、電機室和電器室。采用DXT―140（A）型防爆特殊型電源裝置供電，電源輸出額定電壓為140V，額定容量為440Ah；電流通過隔爆插銷連接器供給隔爆變頻調速器，經變頻調速器主回路逆變成三相交流輸出。DTC隔爆變頻調速器一拖二，拖動二個隔爆三相異步電動機。DC140V逆變成AC100V供給兩個AC100V15kW的隔爆型三相異步牽引電動機。機車的二條輪軸均為主動輪軸，控制方式為變頻調速。配套生產的KBPT-44/192Z隔爆型變頻調速器在機車上實現交流牽引。變頻調速器為逆變、變頻、司控一體化，采用DTC零轉速滿轉矩的直接轉矩控制技術。進口的全套控制電路可以滿足機車低速啟動時的最大牽引力。機車的牽引電動機參數以及最大速度限制由鍵盤輸入、設定。雙司機室機車增加一個司控器。兩個司控器各增加一個干簧管做電氣閉鎖接點，復位按鈕并接。機車照明前后各一個隔爆型子母燈，子母燈由變頻調速器供給DC24V電，通過一個隔爆主令開關控制轉換，實現機車行進方向照明，后邊紅尾燈亮警示。雙司機室機車副司機室增加一個主令開關，兩個主令開關并接。機車警示音響為一個DC24V澆封兼本安電笛，用一個隔爆按鈕控制。雙司機室機車副司機室增加一個隔爆按鈕與主司機室隔爆按鈕并接。
3、閥控鉛酸蓄電池的應用
由于是長距離的大巷運輸，原使用的鉛酸蓄電池不同程度的出現了電池容量下降，消耗電解液和蒸餾水量大，壽命短的缺點，給大巷電瓶車運行帶來了很多不便，并且，隨著鉛酸蓄電池的日益老化，無形間增加了兩水平充電工作量，并制約電瓶車運輸能力。為解決此類問題，該礦投入了閥控式蓄電池，改善了原有鉛酸蓄電池的一些弊端，取得了良好的效果。原有鉛酸蓄電池充放電時,兩極活性物質隨著體積的變化而反復膨脹與收縮。兩極活性物質中，陰極板之海綿狀鉛的結合力較強，而陽極板之過氧化鉛的結合力弱，因而在充放電之際，會徐徐脫落，此即為鉛蓄電池壽命受到限制的原因。老式鉛酸蓄電池特點：充電末期水會分解為氫，氧氣體析出，需經常加酸、加水，維護工作繁重；氣體溢出時攜帶酸霧，腐蝕周圍設備，并污染環境，危害充電工的身體健康。閥控鉛酸蓄電池的設計原理是把所需份量的電解液注入極板和隔板中，沒有游離的電解液，通過負極板潮濕來提高吸收氧的能力，為防止電解液減少把蓄電池密封，故閥控式鉛酸蓄電池又稱“貧液電池”。閥控式蓄電池特點：電池為密封結構，不會漏酸，也不會排酸霧，電池蓋子上設有單向排氣閥(也叫安全閥)，該閥的作用是當電池內部氣體量超過一定值(通常用氣壓值表示)，即當電池內部氣壓升高到一定值時，排氣閥自動打開，排出氣體，然后自動關閥，防止空氣進入電池內部。使用期間不用加酸加水維護。
4、蓄電池電機車使用后減少架線及供電設備費用計算
4.1敷設架線所需材料費用
協莊煤礦三水平大巷共敷設架線共7800米（其中單軌6000米，雙軌1800米）。架空線每5米為一處吊掛點，共6000米/5米/個+（1800米/5米/個）×2=1920個吊掛點，1920個吊掛點需材料為：雙線卡1920個、吊線器1920個、絕緣子3840個、花籃螺絲1920個、橫拉線9600米。相關材料參數（架線重量：0.89公斤/米；架線單價： 81.12元/公斤；雙線卡：4.1元/個；吊線器：13元/個；絕緣子6元/個；花籃螺絲13.09元/個；橫拉線3.6元/米）相關材料參數（架線重量：0.89公斤/米；架線單價： 81.12元/公斤；雙線卡：4.1元/個；吊線器：13元/個；絕緣子6元/個；花籃螺絲13.09元/個；橫拉線3.6元/米）
4.1.1牽引網路系統費用（單軌6000米，雙軌1800米）
架空線費用為0.89公斤/米×（6000米+1800×2米）×81.12元/公斤＝69.3萬元。
其他配件費用：
1920×4.1+1920×13+3840×6+1920×13.09+9600×3.6=11.52萬元
牽引網路系統費用：69.3萬元+11.52萬元=80.82萬元
4.1.2架線每年日常維修費用為8.64萬元。
4.1.3硅整流柜、變壓器、供電線路等費用約76.8萬元。
減少架線及供電設備費用：69.3＋11.52＋8.64+76.8＝166.26萬元
結束語
協莊煤礦投入蓄電池電機車后徹底消除架線觸電隱患及雜散電流的危害，減少了架線及供電設備的投入及更換費用。蓄電池電機車無失控之弊病，運行平穩、易于操作；調速范圍為精密無級調速，最低頻率可調到0.1HZ，最低輪對轉速可調至1r/min；可任意設定車速，車速設定后即使在下坡行駛時也不會超過所設定的車速。機車具有再生制動功能，當機車運行速度大于手柄設定速度時，牽引電動機即發電并對蓄電池組充電，大大的延長了蓄電池的放電時間。調速手柄可以使機車速度在設定速度范圍內任意操控。當機車由高速調至低速運行時，盡管機車有速度慣性，但機車仍按調定的速度運行，此時起到了制動減速的作用。并且蓄電池電機車機動性強不受采區限制，可實現快速、靈活、高效運輸。
