矿井安全供电及三大保护

矿井安全供电及三大保护刘全福一、煤矿井下为什么采用中性点不接地系统？《煤矿安全规程》第四百四十三条严禁井下配电变压器中性点直接接地。严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。中性点：三相交流电→三相绕组→变压器，发电机、电动机的每个绕组有一点，此点与另外两相绕组接线端间电压绝对值相等，此点就是中性点。电力系统中，中性点用符号“N”表示。中性点接地：三相交流电力系统中性点与大地之间的电气连接方式，称为电网中性点接地方式。中性点接地方式涉及电网的安全可靠性、经济性；同时直接影响电力系统设备绝缘等级的选择、耐压等级以及继电保护技术方式、通讯干扰等。通常来说，电网中性点接地方式也就是变电所中变压器的各级电压中性点接地方式。供配电系统根据中性点接地方式的不同，分为中性点接地系统和中性点不接地系统两大类。二、煤矿供电的基本要求可靠--保证供电不中断（双回路供电、可靠的备用电源）；安全--保证人员、设备、矿井安全（严格遵守《煤矿安全规程》及相关规定）；质量--保证供电频率、电压的稳定（合理选用变压器、电缆）我国煤矿一般要求电压允许偏差不超过额定电压的±5%，频率允许偏差不差过±（0.2～0.5）赫兹；经济–保证投资、运行、维护等费用经济（合理选择供配电系统及节能、低耗、高效的用电设备，用电系统简单、科学）三、煤矿供电的电压等级《煤矿安全规程》第四百四十八条井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级，应符合下列要求：（一）高压，不超过10000V。（二）低压，不超过1140V。（三）照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127V。（四）远距离控制线路的额定电压，不超过36V。煤矿供电电压等级选择的基本原则：根据供电负荷的功率大小、供电距离和用电安全确定。煤矿井下常使用127V作为照明、控制电源，电压相对比较低，有利于人身安全；而660V、1140V的电压比380V高，有利于远距离传送大的电能，减少电能损耗。四、煤矿井上下常用的电压等级及用途：交流：36V--设备控制127V–井下照明、信号以及煤电钻等手持式设备380V–地面低压设备、小型矿井井下低压设备660V–井下绝大多数设备1140V–综采、综掘等大型设备3300V–大型综采、综掘设备6000V、10000V–井上下高压供电及高压设备35kV、110kV–矿井地面配电直流：250（550）V–井下架线电机车煤矿井下为什么不采用220V电源？220V电源是三相四线制380V电压等级供电系统的相电压，是相对中性点也就是零电位、大地电位而言；而煤矿电源为中性点不接地系统，电源系统没有零线，所以就没有220V的电压等级。五、煤矿供电系统定义：由各种等级电压的电力线路（电缆）将矿井的各级变电所和电力用户联系起来的输电、变电、配电和用电的整体。由矿井井上下各级变电所、移动变电站、各种电压等级的电缆和用电设备以及保护系统构成。矿井供电方式深井供电一般分为三级：地面变电所、井下主变电所、采区变电所（6kV或10kV入井，井下各变电所、移动变电站间主电源电压6kV或10kV）。浅井、小型矿井采用二级供电方式：即地面变电所、井下配电所和采区配电所、局部配电点构成（地面变电所6kV或10kV进线电源，低压1140或660V入井，井下配电所和采区配电所、局部配电点进线电源电压为660V或1140V）。各级变电所组成及作用：地面变电所：主要由高压线路、高压开关柜（配电、隔离、联络）、计量及PT保护柜、补偿柜、变压器组成。担负矿井地面和井下变、配、供电任务。功能是把公网来的35kV（110kV）电压降压为6kV或10kV入井，同时根据需要，供地面生产（通压排提运调）、生活用电。井下主变电所：是全矿井井下配电中心。将地面来的高压电分配给井下的主排水泵等高压设备、采区变电所，同时通过变压器降压为660V为井底车场副井生产及照明系统等供电。主要有隔爆型高压真空配电开关、高压启动器、干式变压器、低压馈电开关、照明综保开关等组成。采区变电所：采区供电。将井下中央变电所来的6kV或10kV高压分配给采掘工作面配电中心（综采设备列车、综掘或局部配电点的移动变电站），经所内变压器降压后，为采掘工作提供低压电源。主要由隔爆型高压真空配电开关、高压启动开关、干式变压器、低压馈电开关、低压真空启动开关、照明综保开关等组成。局部配电点：一般由移动变电站、馈电开关、低压真空负荷开关等组成。局部配电点有三台用电开关情况下，原则上必须配备总馈电开关，方便检修。六、变压器及电机功率与额定电流的关系1、变压器额定容量与额定电流的关系：Se=√3*Ue*Ie例：380V（空载电压400V）：Ie=1.44Se变压器实际承载负荷（kW）一般为其额定容量（kVA）的80%，也可将变压器的容量折算为功率后，在按一下关系估算额定电流。2、电机额定功率与额定电流的关系：Pe=√3*Ue*Ie*cosф例：380V每kW2A通常，煤矿用电设备的供电因数大多只有0.6～0.7之间，所以，按前述关系估算出来的电流值偏小，用于整定开关时，开关总是误动作。功率因数按0.6～0.7情况下：380V每kW2.15A3、电机的启动电流、额定电流、运行电流煤矿使用的大多是三相鼠笼型异步电动机。电机的启动电流（直接启动）一般为其额定电流的4~7倍，如果电机质量较差，甚至可以达到额定电流的10倍，一般估算电机的启动电流按照其额定电流的5~6倍；电机直接启动的时间一般为5~10秒，大功率重载电机启动时间可达9~15秒钟。井下实际可能遇到大功率电机长距离供电情况，这种条件下，该电机的启动电流可能会大大低于额定启动电流。电机正常运行时的电流往往小于其额定电流，原因是设备选型时配备的电机容量往往大于机械设备实际需要的功率，俗称“大马拉小车”不经济但工作可靠性高。七、煤矿常用电缆截面及安全电流经验值电缆载流量：电缆载流量是指一条电缆线路在输送电能时所通过的电流量,在热稳定条件下,当电缆导体达到长期允许工作温度时的电缆载流量称为电缆长期允许载流量。电缆选取原则：1、按长时间允许载流量选择电缆；2、按经济电流密度校验；3、按正常工作时允许电压损失校验；4、按电机启动时，电机端电压不低于额定电压的75%校验；5、按最远端两相短路情况下，保护的灵敏系数校验；6、按机械强度校验。★3、4项：一条电缆供多台电机的供电线路，按距离最远功率最大电机启动，其它电机正常运行条件下的电压损失进行校验。★一般情况下选用的电缆截面偏大，都能满足该项条件，因而电缆选型计算时第4项校验忽略不计。八、煤矿供电三大保护及整定细则煤矿井下供电系统的过流保护、漏电保护、接地保护统称为煤矿井下的三大保护。第四百五十五条井下高压电动机、动力变压器的高压控制设备，应具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护。井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。低压电动机的控制设备，应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。第四百五十六条井下配电网路（变压器馈出线路、电动机等）均应装设过流、短路保护装置；必须用该配电网路的最大三相短路电流校验开关设备的分断能力和动、热稳定性以及电缆的热稳定性。必须正确选择熔断器的熔体。必须用最小两相短路电流校验保护装置的可靠动作系数。保护装置必须保证配电网路中最大容量的电气设备或同时工作成组的电气设备能够起动。第四百五十七条矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。井下低压馈电线上，必须装设检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置，保证自动切断漏电的馈电线路。每天必须对低压检漏装置的运行情况进行1次跳闸试验。煤电钻必须使用设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离起动和停止煤电钻功能的综合保护装置。每班使用前，必须对煤电钻综合保护装置进行1次跳闸试验。1、过流保护过电流是指流过电气设备和电缆的电流超过额定值。其故障有短路、过负荷和断相。2、漏电保护当电气设备或导线的绝缘损坏或人体触及一相带电体时，电源和大地形成回路，有电流流过的现象，称为漏电。井下常见的漏电故障可分为集中性漏电和分散性漏电两类。3、接地保护保护接地，是为防止电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等带电危及人身和设备安全而进行的防护措施。将正常情况下不带电，而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分（即与带电部分相绝缘的金属结构部分）用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式。接地保护一般用于配电变压器中性点不直接接地（三相三线制）的供电系统中，用以保证当电气设备因绝缘损坏而漏电时产生的对地电压不超过安全范围。过流保护的整定保护的整定计算必须满足四方面要求：选择性、可靠性、迅速性、灵敏性。选择性：当线路故障时，只切断故障部分线路，并不越级跳闸。可靠性：保护装置不应出现误动或拒动。迅速性：当保护范围内出现故障时，保护装置应迅速切断被保护线路，是非故障线路和设备得到保护，避免事故扩大。灵敏性：当保护范围内发生最小短路电流时，保护装置应可靠动作。灵敏性高低是以灵敏度来衡量，其意义是指被保护范围内发生的最小短路电流与整定值的比值，数值越大灵敏性越高。过流保护装置的分类及组成电子式（电流互感器+电子监测+执行机构）电磁式（过流线圈+过流继电器+执行机构）煤矿使用的高低压配电开关、高低压真空启动开关普遍采用电子综合保护装置，电磁式基本淘汰。保护整定的最终原则：躲过最大启动电流，保证设备正常启动、运行；允许短时间过载，且根据过载电流的大小反时限保护；迅速切断最小两相短路电流实现对供电设备和线路的保护。过载（过负荷）保护的主要对象是用电设备和电缆；短路保护的主要对象是供电设备和电缆。一、低压馈电开关的整定1、过载（过负荷）保护：馈电开关的过载保护整定原则：是按实际负载电流值进行整定，即同一线路可能同时在线运行电机额定电流之和。保证当该供电线路用电负荷全部投入情况下，可靠供电，电机都能可靠启动运行。IZg≤ΣIe式中：IZg–-过载保护电流整定值，AΣIe--该供电线路中所有投用电机的额定电流之和，A；其整定范围为（0.2～1.2）Ie；Ie为馈电开关的额定电流值（具体档位因开关厂家不同而有差异）。例：某掘进工作面一台KBZ-400/660型馈电开关，带SGB420/2×55型皮带机一部，SGB420/2×40型刮板机一台，7.5kW潜水泵两台，11.4调度绞车一台，660V供电系统，则：根据功率、电流经验公式（功率因数取0.7）：IZg≤ΣIe=1.25×（2×55+2×40+2×7.5+11.4）≈270A馈电开关额定电流为400A，故，其过载保护整定值可预设为0.6Ie，即240A，通过实际开机运行确定最终整定值，若某台电机正常启动或全部电机都正常运行，开关过流跳闸，说明预选值偏小，可加大一档，0.7Ie，即280A。新型电子这保护装置可以按10A的步长来调节，可直接整定为270A。2、短路（速断）保护：馈电开关的短路保护整定原则：按最大启动电流整定，按最小两相短路电流检验灵敏度。采用电子综合保护器的馈电开关，其短路保护电流值的整定范围为（0.5～10）Ie;(Ie为馈电开关的额定电流值，整定的档位和倍率因厂家而异，比如×0.1、×0.2、×0.5等等）①对保护电缆干线（总馈电）的过流保护装置按以下公式整定：IZd≥IQe+KX·ΣIe式中：Izd--短路保护电流整定值，A；IQe—该线路中功率最大的电机的额定启动电流，对有多台电机同时启动的设备，如其总功率大于单台启动的容量最大的电机功率时，IQe则为这几台同时启动的电机额定启动电流之和，A；ΣIe---该线路中其它电机的额定电流之和，A；KX---需用系数；取值范围同前述。Iemax–该线路中功率最大的电机的额定电流，A例：仍以前面的掘进