煤矿供电系统与电气安全(胡绍兵)

煤矿供电系统与电气安全授课人：胡绍兵邮箱：[e-mail]手机：[phone]QQ:243901029主要内容第一部分：矿井供电系统第二部分：防爆基本知识第三部分：矿井电网的保护第四部分：煤矿安全用电矿井供电系统•由煤矿地面变电所的变压器、配电装置、供电线路将电源输送给中央变电所，再由中央变电所输送至采区变电所，采区变电所再经过变配电及供电线路送至电气设备（负荷），便组成了矿井供电系统。一、煤矿企业对供电的基本要求1、供电可靠：1）要求供电不间断；2）对重要负荷供电应绝对可靠;3）采用双回路独立线路供电。2、供电安全：1）供电安全包括人身和设备安全；2）依据《煤矿安全规程》和有关规定，进行操作，确保供电安全。3、供电质量：•1）要求用电设备在额定参数下运行；•2）反映供电质量的指标主要有两个：频率和电压。频率50Hz，要求偏差小于±0.5Hz，即额定频率的1%，一般由发电厂决定。•电压，各种电气设备要求电压偏差也不一样，一般情况下电动机允许电压偏差±5%，过高或过低都有烧坏电动机的可能。4.供电经济：在保证供电安全、可靠，质量的前提下：１）尽量降低基本建设投资;２）尽可能降低设备、材料、有色金属的消耗;３）尽量降低电能消耗和维修费用等。二、矿井供电电压等级1、35KV：矿井地面变电所电源电压。2、10KV或6KV：井下高压配电电压和高压电动机的额定电压，井下高压不得超过10KV。3、3.3KV或1140V：综合机构化采煤工作面电气设备的额定电压。4、660V：井下低压电网的配电电压。5、380V：地面或井下小型设备配电电压。6、220V:地面照明、单相电路用电电压。7、127V：井下照明、信号、手持式电气设备及电话的最高限额电压。8、36V：煤矿井下电气设备的控制电压。9、直流250V、550V：井下直流架线电机车常用的额定电压。《煤矿安全规程》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供电额定电压，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。三、电力负荷的分类负荷分类的目的：确保一类负荷供电，保证二类负荷用电，考虑三类负荷用电。1.一类负荷（一级负荷）1）定义：凡因突然中断供电可能造成人身伤亡或重大设备损坏、造成重大经济损失或在政治上产生不良影响的负荷。2）供电要求：两个独立电源双回路供电。2.二类负荷（二级负荷）1）定义：凡因突然停电造成大量减产或大量废品的负荷。2）供电要求：两个独立电源供电或专线。3.三类负荷（三级负荷）1）定义：指除一、二类负荷以外的其它负荷2）供电要求：单回路供电、多负荷共用一条输电线路电力系统中性点的运行方式决定了单相接地后的运行情况，供电可靠性、保护方法及人身安全等问题。1）中性点不接地系统（见图1-5）四、电力系统中性点的运行方式（1）优点：单相接地时，线电压仍对称，不影响供电，提高供电的可靠性；且接地电流小；缺点：单相接地时，非接地相对地电压升高3倍，易击穿绝缘薄弱处，造成两相接地短。（2）适用范围：A.煤矿井下。B.66kV及以下高压电网：线电压仍对称。（3）单相接地电容电流：3～10kV电网约为30A；2～63kV（35kV）电网约为10A时，易产生断续电弧，断续电弧将在电网产生L、C震荡，在系统中产生（３～４）Ｕe的过电压，可能使绝缘薄弱处击穿，造成短路故障。应对措施：A．限时：单相接地时间不应超过0.5～2h；井下要求立即断电。B．装设绝缘监视、接地保护装置。C．转换线路。（1）中性点接地电容电流超过限度时，可采用中性点经消弧线圈接地系统。（2）接法（图1-7）。２）中性点经消弧线圈接地系统（3）消弧线圈的结构：消弧线圈是一个有铁心的可调电感线圈，有5～9个插头，可调节匝数，减小间隙。线圈电阻很小，感抗很大，可看成纯电感元件。工作状态：工作在补偿状态,用电感部分抵消线路的电容电流。若消弧线圈的感抗调节合适，将使接地电流降到很小，达到不起弧的程度。（4）优点：单相接地时，线电压仍对称，不影响供电，单相接地时，运行不允许超过２h，提高供电的可靠性。缺点：单相接地时，非接地相对地电压升高3倍，易击穿绝缘薄弱处，造成两相接地短路。3）中性点直接接地系统（1）接线方法（图1-8）。2）优缺点：（与中性点不接地比较）优点：单相接地时，其他两相对地电压不会升高。接地电流大，提高了保护装置的可靠性。缺点：单相接地时，构成短路，电流大（称为大接地电流系统）。3）适用：A．110kV及以上电压等级的电网上（绝缘只按相电压考虑）。B．地面380/220V三相四线制供电系统，获得两种电压等级。五、矿井供电系统•对于煤矿要求“双电源、双回路”供电，并要求分列运行。•双电源分列运行就是设置了双电源，但是在任何时候都是单电源在运行：当运行的电源故障时，立即自动投入另一个备用电源。1.煤矿主要供电设备配电装置：在正常情况下用来交换功率和接受、分配电能；发生事故时迅速切除故障部分，恢复正常运行；在个别设备检修时隔离检修设备，不影响其它设备的运行移动变电站:•用于矿井下使用的变电站，它由高压开关、变压器、低压开关三部分组成，变压器采用干式变压器，一般为矮长开形，便于井下移动。它的最大特点就是具有防爆性能.电抗器：•减小电网电压波动对调速器的影响,起到平波,稳定电压作用.矿用隔爆型高压起动电抗器主要用于含有爆炸性气体或煤尘的矿井下，对额定电压10KV或6KV、额定频率50HZ、额定功率2500KW以下高压鼠笼式交流异步电动机进行降压、限流起动，具有起动电流小、减小对电网冲击、起动性能可靠等优点电磁启动器：•适用于具有爆炸性气体和煤尘爆炸性危险的煤矿井下，在交流50Hz，电压为380（660）伏的供电系统中，作为远距离控制的三相鼠笼型异步电动机的起动、停止或反转控制之用，它特别适用于频繁操作，重负荷的煤矿机械设备中。具有过载、短路、断相、失压、漏电闭锁等保护功能；具有相应的故障显示及电源动作状态显示.馈电开关：•适用于煤矿井下和其它周围介质中含有爆炸性气体的环境中，在交流50Hz、电压至1140V（660V），额定电流至400A及以下的线路中，作为配电总开关和分开关使用，当配电线路出现过载、短路、欠压时，馈电开关能根据要求自动断电，当与检漏继电器配合使用时，还可以对线路进行漏电保护。2.深井供电系统A.特点：井下设立中央变电所B.决定因素：煤层深，井下负荷大、涌水量大等。C.组成：地面变电所、井下中央变电所和采区变电所以及各配电装置。D.供电回路数：两回路或两回路以上。3.浅井供电系统A.特点：井下不设立中央变电所。B.决定因素：煤层埋藏不深、井田范围大、井下负荷不大、涌水量小的矿井。可采用浅井供电系统。C.浅井供电主要有以下三种方式：a.井底车场及其附近巷道的低压用电设备，可由设在地面变电所的配电变压器降压后，用低压电缆通过井筒送到井底车场配电所，再由井底车场配电所将低压电能送至各低压用电设备。井下架线式电机车所用直流电源，可在地面变电所整流，然后将直流电用电缆沿井筒送到井底车场配电所后供给。b.当采区负荷不大或无高压用电设备时，采区用电由地面变电所用高压架空线路，将电能送到设在采区地面上的变电室或变电亭，然后把电压降为380V或660V后，用低压电缆经钻孔送到井下采区配电所，由采区配电所再送给工作面配电点和低压用电设备。c.当采区负荷较大或有高压用电设备时，用高压电缆经钻孔将高压电能送到井下采区变电所，然后降压向采区低压负荷供电。在浅井供电系统中，由于采区用电是通过采区地表直通井下的钻孔向采区供电的，所以也称为钻孔供电系统。为防止钻孔孔壁塌落挤压电缆，钻孔中敷设有钢管，电缆穿过钢管送至井下采区。优缺点：浅井供电系统，可节省井下昂贵的高压电气设备和电缆，减少井下变电硐室的开拓量，所以比较经济、安全。其不足之处是需打钻孔和敷设钢管，钢管用完后不能回收。矿井供电究竟采用哪种供电方式，应根据矿井的具体情况经技术经济比较后确定。4、井下主变电所（井下中央变电所）•1.井下主变电所位置的确定原则2.井下主变电所的主接线•3.井下主变电所的硐室与设备布置1.井下主变电所位置的确定原则1.尽量位于负荷中心，节省电缆并减少电能损耗、电压损失。2.电缆进出线和设备运输要方便，以便安装敷设电气设备。3.变电所通风要良好，以便散热和降低瓦斯浓度。4.变电所顶底板要坚固，无淋水，以防电气设备受损、受潮。一般井下主变电所设置在井底车场附近，并与中央水泵房相邻。2.井下主变电所的主接线•《煤矿安全规程》规定：对井下主变电所供电的线路不得少于两回路，当任一回路停止供电时，其余回路应能担负井下全部负荷的供电。井下中央变电所的结线：3.井下主变电所的硐室与设备布置井下主变电所的硐室布置应符合《煤矿安全规程》中有关井下机电硐室的规定，满足防火、防水和通风的要求。为了防水，变电所地面应比井底车场的轨面标高高出0.5m。为了使变电所有良好的通风条件，当硐室长度超过6m时，应设两个出口，保证硐室内的温度不超过附近巷道5℃。4.井下主变电所的设备布置设备布置应满足“两分开”“三留有”要求两分开：变、配电设备分开布置高、低压设备分开布置三留有：设备与墙、设备之间留有检修通道；高压开关正面留有操作通道；设备应按最大数量的20%留有备用位置。5、采区变电所•1.采区变电所位置的确定原则•2.采取变电所的主接线•3.采区变电所的硐室与设备布置1.采区变电所位置的确定原则1.尽量位于负荷中心，节省电缆并减少电能损耗电压损失。但要减少硐室的搬迁。2.电缆进出线和设备运输要方便，以便安装敷设电气设备。3.变电所通风要良好，以便散热和降低瓦斯浓度。4.变电所顶底板要坚固，无淋水，以防电气设备受损、受潮。•一般采区变电所设置在采区中部的两个斜巷之间的联络巷内。回采工作面掘进工作面运输斜巷轨道斜巷材料平巷运输平巷联络巷变电所2.采区变电所的主接线1)采区变电所的高压接线⑴单电源进线⑵双电源进线2)采区变电所的低压接线⑴单电源进线①无高压出线且变压器不超过两台可不设电源进线开关。见图a②有高压出线，一般设电源进线开关和高压出线开关。见图b（2）双电源进线①一路供电、一路备用(带阴影的开关3为分断)，两路进线均设电源进线开关，如出线及变压器台数较少时，母线可不分段。图c所示。（2）双电源进线②两回路同时供电，如图d所示。两路进线均设开关，且母线间设联络开关，正常情况下联络开关打开，保持电源在分列运行状态，当一路电源故障停电时，合上联络开关，由另一路电源保证对负荷的供电。（2）双电源进线③向移动变电站供电的高压电缆一般由变电所内的高压配电开关配出，如图e所示。2)采区变电所的低压接线（1）每台变压器的低压侧都装有一台自动馈电开关作为总开关，并且配有漏电保护装置(检漏继电器)；（2）每条低压配出线都设有自动馈电开关作为分路开关，控制和保护配出线路，各变压器采用分列运行。（3）照明所需要的127V电压由照明变压器综合装置提供。3.井下采区变电所的硐室与设备布置采区变电所的硐室与设备布置基本同井下主变电所，不同的是底板不需抬高，不需留有备用开关位置。高压设备与低压设备在两侧分布；也可将高、低压设备同侧布置，由变压器隔开。图1-10为采区变电所设备布置6、移动变电站•1.移动变电所位置•2.移动变电所的主接线移动变电所位置的确定移动变电站一般设置在工作面平巷，距工作面100～300米的位置。移动变电站的设置原则是靠近负荷中心，同时考虑安全性和经济性。有如下几种布置方式：移动变电所位置的几种布置方式(1)设置在运输平巷（如图中1#移动变电站）。由于运输机的功率远大于调度绞车的功率，所以设置在运输平巷内可以靠近负荷中心。但由于移动变电站需敷设专用的轨道，因此需要加大巷道断面，增大巷道的开拓费用和维护费用。移动变电所位置的几种布置方式•(2)设在回风平