第一讲矿井供电系统及供电安全管理

第一讲矿井供电系统及供电安全管理张红光机电科主任工程师矿山机电工程师、注册安全工程师一、煤矿企业对供电的要求1.可靠性----要求供电不中断，必须连续。2.安全性----不发生人身伤害事故，不使重要设备损坏，不发生瓦斯煤尘爆炸事故。3.合理性----保证供电质量。4.经济性----力求供电系统简单，安装、操作运行方便，使建设投资少和运行费用低。第一节矿井供电系统二、电力负荷的分级电力负荷的分级，是根据负荷的重要性以及供电中断后造成的危害程度来划分的。一般煤矿电力负荷分三级。1.一级负荷（一类用户）：如主通风机、井下主排水泵、升降人员的立井提升设备、瓦斯抽放机等。2.二级负荷（二类用户）：采区变电所、电机车用的整流设备、综合机械化采煤电气设备、专门用于提升物料的斜井提升设备等。3.三级负荷（三类用户）：矿区工人住宅区、机电修配厂、两堂一舍等。三、矿井供电电压等级根据国家标准的规定，并结合煤矿的特殊生产条件，目前煤矿井下常用的电压等级及用途如下：1、220KV、110KV、60KV、35KV——矿井地面变电所的受电电压或变电电压。2、6KV、10K——高压电动机的额定电压和井下高压配电电压。3、1140V——综合机械化采煤电气设备的额定电压。4、660V——井下低压动力电压。5、380V——地面低压动力电压。6、220V——地面照明。7、127V——井下照明、信号、电话和手持式电气设备的额定电压。8、36V——井下远距离控制回路的额定电压。《煤矿安全规程》第448条规定：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：（1）高压，不超过10000V。（2）低压，不超过1140V。（3）照明、信号、电话和手持式电气设备的额定电压，不超过127V。（4）远距离控制线路的额定电压，不超过36V。采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。四、矿井供电系统的类型根据矿井的井田范围、煤层埋藏深度、地质条件和井下涌水量情况分为两种基本类型，即深井供电系统和浅井供电系统。煤层埋藏深度大于150m时应采用深井供电方式；小于150m应采用浅井供电系统。1.深井供电系统深井供电系统采用三级供电方式，即地面变电所、井下中央变电所和采区变电所，如图所示。SZ9-6300/35/10.5东大煤矿地面变电所由两趟35KV线路供电，Ⅰ段东大线，Ⅱ段滨东线。两趟35KV线路来自两个不同的电源。在地面变电所将35KV降压为10KV，向地面的主、副井提升设备等供电，同时地面变电所将10KV降压为380V为通风机、洗煤厂及照明等用电。从地面变电所两段不同的10KV母线上引出两条高压输电电缆，通过井筒入井送到井下中央变电所。在井下中央变电所通过高压配电装置将电能分配给井底车场附近的高压用电设备，如主排水泵、变流设备，并向各采区变电所供电。同时在井下中央变电所还设置了动力变压器将10KV电压降到660V，向井底车场及附近巷道、硐室的低压动力设备供电。此外，还设置了照明、信号综合保护装置，将660V电压进一步降到127V，供井底车场及附近硐室照明、信号专用。从井下中央变电所用高压电缆将10KV电能送到采区变电所，采区变电所用变压器将电压降到660V，用低压电缆分别送到各个工作面附近的配电点，再分别送给各动力设备。如果采区内有综采工作面，在采区变电所不进行降压，直接将10KV高压经采区变电所的配电装置送到工作面附近的移动式变电站，移动式变电站将10KV电压降低到1140V，再分配给各用电负荷。采区巷道中的照明、信号由照明、信号综合保护装置供电。2.浅井供电系统浅井供电系统一般采用二级供电方式，即地面变电所、采区变电所。如图所示。1—矿井地面变电站；2—架空输电线；3—采区地面变电所；4—采区变电所；5—工作面配电点；6—井底车场低压配电所；7—井筒；8—钻孔浅井供电系统不将10KV电能送至井下中央变电所进行电能的分配和输送，而是由地面变电所直接将10KV电能送到与采区变电所位置相对应的地面变电亭，地面变电亭再将10KV降低到660V经钻孔向井下采区变电所供电。井底车场的低压供电，是由地面变电站引出的低压线路经井筒入井的。由地面变电所到采区地面变电亭的供电，采用高压架空线路（也可采用电缆线路），在架空线两端装设避雷装置。浅井供电系统的优点是简便、经济，可减少硐室的开拓量，节省了高压电缆和高压配电装置，减少了触电的危险。缺点是需要钻孔，需要建地面变电亭。五、变压器中性点运行方式变压器中性点的运行方式是变压器中性点与地的连接方式，一般有三种：变压器中性点直接接地变压器中性点不接地变压器中性点采用消弧线圈接地《煤矿安全规程》第443条规定：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。1.变压器中性点直接接地的危害（1）人体触及一相带电体通过人体的电流mARURUIrxrxar380100036603式中Ir---通过人体的电流，A（mA）Uxa---电网相电压，VUx---电网线电压，VRr---人体电阻，Ω可见，中性点直接接地时，人触及一相带电体时，通过人身的触电电流远远大于通过人身的安全电流（30mA），是非常危险的。电流对人体的作用决定于许多相互关联的因素，其中主要是电流强度和持续的时间。在短暂（持续时间低于1~3s）的电流作用下，一般讲，触电持续的时间越长，允许的人身触电电流值就越小。我国现在设计漏电保护装置，是按30mA·S计算的，也就是说，只要人身触电电流和触电时间的乘积，不大于30mA·S，就可认为是安全的。电网电压越高，人身触电电流越大，因此，漏电保护装置和自动闭锁开关的动作速度要求也越快。按照电流通过人体，人体呈现的状态，可将通过人体的电流分为三个级别感知电流摆脱电流室颤电流在一定频率下，通过人体引起触电者有任何感觉的最小电流（有效值）称为该频率下的感知电流。对工频交流而言，约1mA左右。在一定概率下，人触电后能自行摆脱带电体的最大电流称为该概率下的摆脱电流。摆脱概率为99.5%时，成年男子摆脱电流约为9mA，成年女子摆脱电流约为6mA。通过人体引起心室发生纤维性颤动的最小电流称为室颤电流，心室纤维性颤动极有可能导致死亡，所以也称室颤电流为致命电流。我国专家和学者通过大量考证和实验后认为，引起心室颤动的电流值在50mA以上。（2）单相接地时，通过接地点的电流在变压器中性点直接接地系统中，一相接地即为单相短路，用表示）（1dI）（）（ARRURRUIHOXHOxad19164366031远远大于瓦斯煤尘爆炸的最小引燃电流为0.04~0.25A，如果接地点周围瓦斯浓度在爆炸的浓度范围内，会引起瓦斯爆炸，造成更为严重的恶性事故。0RHR——接地体电阻，取4Ω——土壤电阻，一般为十几欧和二十几欧，取16Ω2.变压器中性点不接地运行方式（1）忽略电网对地电容1）人触及一相带电体井下供电电缆总长度比较短时，电网对地电容不大，电容电流很小，可以忽略不计。通过人体的电流Ir为mAArRUIrxar3003.035000100033660333）（式中xaU——电源的相电压，V；r——电网每相对地绝缘电阻，Ω；对于660V供电系统，取35000Ω；Rr——人体电阻，Ω，取1000Ω2）单相接地mAArUIxa33033.035000366033单相接地电流为0.033A时所产生的电火花，不会引燃瓦斯、煤尘爆炸。（2）考虑电网对地电容1）人触及一相带电导体，通过人体的电流为mAACrRRrrRUIrrrxar154154.0])105.0(314350001[100091000635000350001100036601961262222222）（）（）（2）单相接地单相接地电流值为：ACrUIxa182.0105.0314350001366031326-222）（）（）（从上述计算看出，由于电网电容的存在，使人体触电电流和单相接地的危险性都有所增加。这一问题，只有通过对电容电流采取补偿措施，才能解决。采用变压器中性点不接地供电方式，安装漏电保护装置和使用屏蔽电缆，可以避免漏电和相间短路故障。我国从1955年起即采用变压器中性点不直接接地供电系统，实践证明可以实现安全运行。严禁变压器中性点直接接地，当井下供电网路容量较大，单相接地电容电流超过20A以上时，可采用经消弧线圈接地方式，并必须采用调整补偿措施，以防网路出现补偿谐振现象。六、采区供电安全（一）采区作业环境对供电系统和电气设备的特殊要求1.采区容易发生冒顶和片帮事故。2.采区的空气中含有瓦斯及煤尘。3.井下空气比较潮湿。4.采区电气设备移动频繁。5.井下硐室、巷道、采掘工作面的空间狭小。6.采区有些机电硐室和巷道的温度较高，使电气设备的散热条件较差。7.采煤、掘进和开拓巷道都需要使用电雷管。（二）采区变电所的设置及供电安全对采区变电所硐室结构及设备布置要求（1）采区变电所应用不燃性材料支护。（2）硐室必须装设向外开的防火铁门。（3）（462条）变电硐室长度超过6m时，必须在硐室的两端各设1个出口。（4）硐室内敷设的高低压电缆可吊挂在墙壁上。（5）硐室内各种设备与墙壁之间应留出0.5m以上的通道，各种设备相互之间，应留出0.8m以上的通道。（6）带油的电气设备必须设在机电硐室内，并严禁设集油坑。（7）硐室的过道应保持畅通，严禁存放无关的设备和物件。（8）硐室内的绝缘用具必须齐整、完好，并做定期绝缘检验。合格后方可使用。绝缘用具包括绝缘靴、绝缘手套和绝缘台。（9）硐室入口必须悬挂“非工作人员禁止入内”字样的警示牌。（10）采区变电所应设专人值班。（11）硐室内的设备，必须分别编号，表明用途，并有停送电的标志。七、矿井供电系统自动化一、开关柜综合保护装置随着配电网自动化的迅速发展和供电可靠性的日益提高，对开关柜的要求也愈来愈高。特别是变（配）电所在逐步实现综合自动化进而为无人职守时，对开关及开关柜运行状态的监视提出来更多的要求。因此，传统的开关柜与电子技术相结合的智能化开关柜就应运而生，成为新一代的机电一体化电器产品。这种产品，一方面要满足传统开关柜的基本功能要求，另一方面将微电子技术引进柜内，使其有自检、自控和自我诊断的新功能，以满足配电网综合自动化的需要。1、智能化开关柜具有以下特点：（1）从技术上讲，应是高度集成化和数字化的，必须采用计算机技术作为数字化的核心技术；（2）从控制和保护功能上讲，应具有一定的智能性，既能够根据开关的状态，和电网的运行模式，自动选择最佳模式进行控制和保护；（3）从结构形式上讲应是充分模式化和标准化的，基本元件的数目和类型少。产品间的差异有产品的软件来决定，智能化开关柜体积小、耗能低，可以充分灵活地组成系统；（4）从控制系统组成的角度讲，应是采用分布式控制方式的，即多个计算机共同控制，共担风险；（5）从施工角度讲，应可以快速组成系统，并能方便地进行重组和改造；（6）从维护和可靠角度讲，应是具有高可靠性和低维护成本的。作为电网控制和保护供电的设备，智能化开关柜应在各种恶劣条件下可靠工作，同时对于设备本身具有自动检测功能，对设备内部的温升、电磁辐射、机构故障等信号进行采集和利用。2、综合保护装置实现的目标和功能：智能化开关柜运行中不仅要有高度的可靠性，而且还要监视开关柜的运行状态。开关柜智能化的目标首先是实现自检和自控功能。自检功能包括自动检测、自动监视、自动记录，必要时发出报警；自控功能包括自动处理信息、自动诊断与自动保护。3、智能开关柜主要检测内容（1）绝缘性能检测当开关柜内的绝缘件泄漏电流超过预定值时，发出警报。（2）导电回路性能检测主要检测柜内各元件连接点接触部位的温升（温度）。当温升达到控制值时，发出警报，以检测接触点的工作状态。检测可用温度传感器或光纤传感器。（3）操作系统机械状态检测开关机械性能，主要是监测分合闸速度，因为它直接影响开断性能。对于电磁操作机构可监测合分闸线圈的电流及电压来监视其合分闸的特