煤矿电工学第5章

煤矿电工学第五章高产高效矿井的采区供电及电气控制普通高等教育“十一五”国家级规划教材煤炭工业出版社2019/8/172第一节矿用隔爆移动变电站第二节组合开关第三节电牵引采煤机电气控制系统第五章高产高效矿井的采区供电及电气控制2019/8/173①高产-规模为300万吨／年以上，均为一井一面。③安全-矿井生产系统的监测监控装置及通信先进可靠，自动化程度高，操作维修简易方便，工作面安全设施齐全，安全状况良好，百万吨死亡率接近于零。②高效-采、掘、运和支护设备功率大、效率高，工作面推进速度快，工作面长度和平巷走向长度大高产高效矿井高产高效工作面供电、控制系统特点①变压器容量大③向工作面供电变压器中性点为小接地电流方式，减少故障时接地电流②电压等级高④变压器一、二次侧均真空断路器，有保护、试验、直观的故障查询系统.⑤控制负荷的组合开关可同时控制多台电机.⑥全面使用微机控制技术，增强设备功能第五章高产高效矿井的采区供电及电气控制第一节矿用隔爆移动变电站2019/8/175一、移动变电站的组合方式二、移动变电站各部分的作用第一节矿用隔爆移动变电站2019/8/176用途:综采工作面的供电发展方向:大容量、多功能组合最大容量移动变电站超过3000kVA,一次电压最高12.5kV,二次侧电压最高5KV，与多个馈电开关组成动力中心；与组合开关组成负荷中心第一节矿用隔爆移动变电站图5-1矿用隔爆型移动变电站外形图1-隔爆高压配电装置；2-隔爆干式变压器；3-隔爆低压自动馈电开关2019/8/177一、移动变电站的组合方式第一种组合方式隔爆变压器的高压侧采用FB-6型隔爆高压负荷开关，低压侧采用DZKD型或BKD型、KDZ型等隔爆低压自动馈电开关。优点:结构简单,低压自动馈电开关具有漏电保护缺点:高压负荷开关不能分断故障电流,高压侧的短路、过载与漏电保护还需在前级设置高压配电开关承担,变压器低压绕组至自动馈电开关间一旦发生漏电，自动馈电开关无法实现保护。2019/8/178第二种组合方式隔爆变压器的高压侧采用BGP41-6型或GKDZ-200/6型隔爆高压真空配电装置，低压侧采用BXB-800/1140型隔爆低压保护装置。优点:变压器二次绕组发生漏电，可使高压断路器动作，从而消除了这一保护盲区缺点:利用高压配电装置通断负荷和切断短路会产生较高的过电压，容易使电路绝缘薄弱处击穿2019/8/179第三种组合方式隔爆变压器的高压侧采用隔爆高压真空配电装置，负责高压侧的控制、保护以及变压器二次绕组的漏电保护；低压侧采用隔爆自动馈电开关，负责负荷的通断及低压侧的各种保护。优点:可直接与组合开关及其它控制设备相连，形成动力中心。该种组合既保留了第二种组合的优点，又克服了其缺点。缺点:设备投资较大2019/8/1710二、移动变电站各部分的作用2019/8/17111.隔爆高压开关箱-1)主回路隔离开关位于开关箱上部的隔离开关室内，实现检修时隔离电源。它有接通（ON）、断开（OFF）和接地（EARTH）位置，由于隔离开关没有灭弧装置，为此隔离开关与外盖和断路器1QF实现闭锁：断路器处于合闸位置时，隔离开关不能分合，防止带负荷操作隔离开关；当隔离开关不在接地位置时，外盖不能打开；只有将隔离开关置于接地位置时，变压器绕组中的高压静电被接地释放，方可打开外盖，从而防止带电检修。位于开关箱下部的断路器室内，实现高压电源的通断。采用六氟化硫作为灭弧介质，不易电离产生电弧，灭弧能力强，触头寿命长，减少维护工作。具有电磁脱扣机构和弹簧辅助手动操作机构或电动操作机构。手动合闸时，将箱体左侧合闸手柄插入断路器合闸轴，逆时针旋转180°，在压力弹簧的作用下断路器自动闭合，将6kV高压送入隔爆变压器。手柄在返回弹簧的作用下返回原位，并可取出。电动合闸时，按下前门上按钮盖下面的合闸按钮，合闸电动机运行，带动压力弹簧合闸。也可以采用远方合闸按钮实现遥控。分闸时，将位于前门的跳闸插杆顺时针转动，使脱扣机构脱扣，断路器跳闸，切除隔爆变压器高压电源。六氟化硫断路器2019/8/17122）保护与监测回路（1）电压互感器和电流互感器二次回路用于提供主回路电压和电流信号。电压互感器位于断路器室底部，并联于主回路。它将6kV高压电变为110V向仪表和保护装置提供高压信号并兼作保护回路的电源。电流互感器位于断路器室上部，串联在主回路上，其二次侧向固态继电器JSC300和电流表提供主回路电流信号。有三个电流互感器用来提供三相主回路的电流信号，一个零序电流互感器用来提供漏电电流信号。（2）欠压脱扣线圈和电磁脱扣线圈用于实现保护时的跳闸。欠压脱扣线圈接于电压互感器二次侧当主回路电压低于额定电压70%时，欠压脱扣线圈动作，断路器脱扣、跳闸。电磁脱扣线圈与JSC300保护单元相连，当短路、过载、漏电等保护动作时，接通该线圈，使断路器脱扣、跳闸。2019/8/1713（3）低气压传感器用于实现低气压保护。当六氟化硫断路器中的六氟化硫气体减小时，其灭弧能力将大为降低。为此设置低气压保护。设有两个压力传感器：一个是低气压报警传感器，当断路器出现漏气故障，气体压力降低至第一个整定值时，报警传感器动作，使JSC300固态继电器中信号指示的低气压管闪光，发出报警信号，此时断路器仍可工作，但需要找出漏气原因并消除；另一个是低气压跳闸传感器，当气体压力降至第二个整定值时，跳闸传感器动作，使欠压脱扣线圈失电，断路器跳闸，同时低气压管连续亮。此时，需消除漏气点，并通过充气阀门补充六氟化硫气体至正常值时方可继续工作。2）保护与监测回路2019/8/1714（4）固态保护单元用于实现过载、短路和漏电故障的保护，并可监测和显示系统电压、电流。固态保护单元位于断路器室的前部，是一个JSC300固态继电器，由JSC30～JSC33四块印刷电路板组成。①JSC30印刷电路板是整个保护单元的核心②JSC31是一个设定和信号显示电路板③JSC32是一个电压电流显示电路板④JSC33是一块按钮开关板2019/8/1715（5）过压保护装置由于六氟化硫断路器的灭弧能力很强，同真空断路器一样，断路时也会产生操作过电压，为此必须设过电压保护。该过电压保护装置是由一个火花间隙与非线性电阻RV串联组成。火花间隙一端接电网，另起一段经非线性电阻接地。在正常电压下，火花间隙不被击穿，保证电网的对地绝缘；当出现过电压时，火花间隙击穿经非线性电阻对地放电，从而释放了过电压。非线性电阻的阻值随电压成相反变化：过电压时，电压远高于正常值，非线性电阻的阻值变得很低，有利于过电压的释放；而过电压释放后，电压减小恢复正常，非线性电阻阻值变高，限制正常电压对地短路电流的产生，在短路电流第一次过零点时，便很容易被火花间隙隔断，恢复电网的对地绝缘。2019/8/17162.隔爆低压开关箱1)主回路（同高压，略）2）保护监测回路（1）高灵敏漏电保护①NUGEL33高灵敏接地保护单元该单元实现低压配电线路的漏电闭锁和漏电保护。漏电闭锁采用的是附加直流电源保护原理。附加直流电源由电压互感器二次侧交流，经桥式整流电路产生。当低压配电线路不工作，低压开关箱中的隔离开关2QS闭合而断路器2QF未闭合时，接在2QS后面的附加直流电源有电，该电源经漏电继电器和三相电抗器接入三相电网和地之间（即电网对地绝缘电阻两端），监视电网对地绝缘电阻。当配电线路发生漏电时，绝缘电阻下降（小于20kΩ），直流监测回路电流增加，使漏电继电器动作，其接点断开欠压脱扣线圈，断路器因脱扣无法合闸，实现漏电闭锁。2019/8/1717②TML33高灵敏漏电继电器该继电器主要解决隔爆变压器T低压侧至配电总开关2QF之间的漏电保护盲区。它也采用零序电压保护原理，但与上述漏电保护不同之处有三：一是零序电压信号来自变压器中性点对地电压（即变压器中性点接地电阻RO两端的电压）；二是漏电继电器动作时，其接点必须断开高压侧断路器1QF的欠压脱扣线圈，通过1QF跳闸切断隔爆变压器T的电源；三是漏电继电器动作须经过延时，目的是在低压配电线路发生漏电时，先让低压线路漏电保护动作，从而实现漏电保护的选择性，只有当低压线路漏电保护拒动时，经延时后该保护动作，保证了漏电保护的可靠性。2019/8/1718（2）相敏保护过载保护相敏保护缺相保护信号显示由负载侧主回路上的三个电流互感器二次侧提供相电流信号，三相电压互感器二次侧提供相电压信号，实现短路保护、过载保护和缺相保护。只有在排除故障后，按下复位按钮，方可解除上述各闭锁，重新合闸。2019/8/1719本节小结矿用隔爆移动变电站作用：向综采工作面供电。组成：隔爆高压负荷开关+隔爆变压器+隔爆低压自动馈电开关隔爆高压配电箱+隔爆变压器+隔爆低压综合保护装置隔爆高压配电箱+隔爆变压器+隔爆低压自动馈电开关功能：隔爆高压负荷开关—空载通断变压器；隔爆高压配电箱—带载通断变压器，变压器过流、过压、欠压、漏电、绝缘检测等保护；隔爆变压器—将高压变为低压供电；隔爆低压综合保护装置—低压线路过流、欠压、漏电保护隔爆低压馈电开关—通断低压线路，低压线路过流、欠压、漏电保护2019/8/1720思考题与习题5-1高产、高效工作面供电与控制系统的特点是什么？5-2矿用隔爆移动变电站有哪几种组合方式？各种方式有哪些功能和特点？5-3英国1500kVA移动变电站低压侧为什么设两种漏电保护？设自动重合闸有什么好处，但在何种情况下应禁止使用？第五章高产高效矿井的采区供电及电气控制第二节组合开关2019/8/1722一、KBZ-2型8组合开关二、其他组合开关简介第二节组合开关2019/8/1723第二节组合开关组合开关又称负荷控制中心，是由多个真空接触器及其驱动器组成的多功能开关，新型的组合开关都以可编程控制器为控制中心，通过驱动器控制真空接触器，即可独立驱动对应的电动机工作，也可实现多台驱动器之间的顺序控制或联锁控制，使各对应驱动的电机按约定的程序工作；此外还具有完善的保护系统、试验监测系统、状态显示与故障查询系统2019/8/1724一、KBZ-2型8组合开关KBZ-2型8组合开关有四个工作回路，每一回路有一套CPU控制保护组件。具有过载、短路、断相、漏电闭锁保护功能，每一回路分为二个工作支路，共有八个工作支路。每工作支路有单独的先导控制保护功能，单独启动各种机电设备；还能多个支路按自动控制，实现按顺序延时启动，并且能按启动电流变化由低速自动转换到高速启动双速运输机，从而实现对采煤工作面所有机械的联合控制。具有485标准接口，可实现通讯功能。该开关可以根据用户要求另加127V煤电钻综保和照明综保回路实现对煤电钻、照明及信号控制和保护。2019/8/17251．结构组成KBZ-2型8组合开关结构示意如图所示。外壳由A3钢板焊接而成的隔爆外壳。上部左右两侧有起吊钩，下有牵引环并固定在600mm轨距的平车上，开关箱分为输入接线箱、输出接线箱、主箱三个部分组成。图5-3KBZ-2型8组合开关结构示意图2019/8/17261）输入接线箱位于右侧，6个电源进线嘴，2个通信进线嘴，箱内左侧安装穿墙接线柱。2）输出接线箱位于左侧，8个负荷出线嘴，12个控制出线嘴，箱内右侧安装穿墙接线柱。并装有本质安全电压转换器组件如图5-4，可将开关输出的控制电压转换成本质安全型电压，以保证安全生产。图5-3KBZ-2型8组合开关结构示意图2019/8/17273）主箱主箱正面为快开门。快开门装有机械及电气闭锁机构如图所示，主箱快开门的右侧有四只隔离换相开关的操作手柄和煤电钻、照明回路的隔离开关，只有当所有隔离开关手柄都搬至零位断电后，机械闭锁机构解锁，主箱快开门才能打开，以保证安全。主箱后面有一防爆门，打开后可安装维修隔离换相开关和照明变压器。在快开门的内侧装有保护及控制组件。在快开门上方设有四个观察窗，窗内上方设有液晶屏、下方设有数码管和指示灯。图5-3KBZ-2型8组合开关结构示意图2019/8/1728（1）主回路元件主回路如图所示，4个回路中各有一个隔离换相开关Q101~Q401,位于主箱内右侧，每台隔离换相