矿井供电系统与井下供电安全

主讲：聂胜利单位：杭来湾煤矿安全培训中心内容提要一、矿井供电系统，包括煤矿对供电的要求、供电电压等级、深井与浅井供电系统、变压器的中性点运行方式；二、采区供电系统，包括采区变电所、工作面配电点、移动变电站；三、井下供电安全，包括井下供电的规定及要求、用电安全作业制度、触电的危害及预防措施、井下电气事故及防治措施等；四、杂散电流的危害及防治措施；五、“三专两闭锁（专用变压器、专用开关、专用线路，风电闭锁、瓦斯电闭锁）”的构成、作用及使用范围。一、矿井供电系统（一）煤矿对供电的要求及分类1、煤矿对供电的要求（1）供电安全煤矿井下存在水、火、瓦斯、煤尘、顶板五大自然灾害，自然条件恶劣，生产环境复杂，容易发生触电、爆炸等恶性事故。（2）供电可靠煤矿井供电中断，不仅影响产量，而且会因为停电而停止通风、停止排水，从而引起爆炸、水害等重大事故的发生，危及生命财产安全，有时甚至毁掉整个矿井。（3）供电技术合理技术合理也指保证供电质量好。即供电电压、频率及谐波成分达到一定技术标准。电压波动范围不超过额定值的±5%。（4）供电经济由于煤矿电气设备耗电量很大，输电功率大，如果设计不合理，会造成许多电能浪费。2、电力负荷分类（1）一级负荷如果中断供电，会造成人员伤亡、重大设备损坏，产生巨大经济损失。如主要通风机、主要排水设备、主要提升机的供电等。均是双回路供电。（2）二级负荷如果中断供电，会严重减少产量，造成重大经济损失，应尽量保证供电安全。如压风设备、采区变电所等。（3）三级负荷中断供电对生产无直接影响，也不会造成特别大的经济损失。3、矿井供电安全措施（1）《煤矿安全规程》第441条规定：矿井应有两回路电源线路。当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。年产6万t以下矿井采用单回路供电时，必须有备用电源；备用电源的容量必须满足通风、排水、提升等的要求。矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷。10Kv及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设。矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。（2）《煤矿安全规程》第442条规定：主要通风机、提升机人员的立井绞车、抽放瓦斯泵等主要设备房，应各有两回路直接由变（配）电所馈出的供电线路；受条件的限制，其中的一回路可引自上述同种设备房的配装置。上述供电线路应来自各自的变压器和母线段，线路上不得分接任何负荷。（二）矿井供电电压等级1、煤矿井下常用的电压等级及其用途见下表1所示表1：煤矿井下常用的电压等级及其用途交流电种类直流电标准电压/V用途井下电气设备的控制回路井下照明、信号、电话和手持式电气设备低压动力用电电压井下综采工作面电气设备用电电压部分采区电气设备用电电压高压电动机及供电电压部分矿井向井下供电电压架线式电机车3612738066011403300600010000250550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，不得超过10000V。（2）低压，不得超过1140V。（3）照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压不得超过127V。（4）远距离控制线路的额定电压，不得超过36V。（5）采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。2、10KV电压直接向井下供电目前，一些大型矿井甚至特大型矿井，由安全生产的需要，已采用10KV电压直接向下井。由于井下供电电压越高，电网对地电容电流越大，接地电火花能量越大，人身触电伤亡的危险性及瓦斯、煤尘爆炸的可能性也越大。因此，必须采取以下供电安全措施及规定：（1）采用10KV矿用电气设备，必须通过指定检验机构的技术鉴定。（2）10KV系统投入前，必须按有关规定进行验收、检查、试验。（3）10KV系统投入运行后，必须按有关规定进行各项试验整定工作。（4）必须装设10KV单相接地保护、保护接地，并按有关规定进行各项试验。（5）矿用监视屏蔽型橡套电缆间的连接及与设备的连接，必须采用10KV专用的电缆终端。（三）深井与浅井供电系统根据矿井的井田范围、煤层深度、地质条件，矿井供电系统分为深井供电系统和浅井供电系统。煤层深度大于150m应采用深井供电系统；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，即地面变电站、井下中央变电所、采区变电所。（1）从地面变电站两段不同的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380KV（或660KV），向井底车场附近巷道、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380KV（或660KV）电压进一步降到127KV，供井底车场及附近硐室照明、信号专用。（2）从井下中央变电所用高压电缆将6KV电能送到采区变电所，采区变电所用变压器将电压降到1140V、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。2、浅井供电系统（1）浅井供电系统是由地面变电所直接将6KV电能送到与采区变电所位置相对应的地面变电亭，变电亭再将6KV降低到660V（或380V）经钻孔向井下采区变电所供电。（2）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。（3）由地面变电站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），在架空线两端需装设避雷装置。图1：浅井供电系统图35（110）KV6KV地面低压空压机通风机提升机提升机通风机空压机1238454´83´76图例：1、矿井地面变电站2、架空输电线3、采区地面变电所3´、采区地面高压配电所4、采区配电所4´、采区变电所地面低压5、工作面配电点6、井底车场低压配电所7、井筒8、钻孔深井供电系统示意图（四）变压器的中性点运行方式1、变压器中性点变压器接入正弦交流电、正弦交流电是按正弦规律随时间做周期性变化的电量，其最大值、角频率、初相角称为正弦交流电的三要素；三相正弦交流电则是频率相同，最大值相等，相位差120°的三个交流电。各相电压相等且对称Ua=Ub=Uc其矢量如图1所示。各相对地的绝缘电阻等相ra=rb=rc，可看成是星形负载，有以下关系：Ua+Ub+Uc=0因此，0点称为变压器中性点。中性点对地电位用表示，在正常情况下电源电压对称、线路负荷对称时，变压器中性点对地电位为零，即U0=0图2：正常情况线路等效电路图和相电压矢量图（a）等效电路图；（b）相电压矢量图rarbrcIaIbIc00U0abcUaUcUb2、变压器中性点运行方式变压器中性点运行方式其实就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和变压器中性点采用消弧线圈接地。3、变压器中性点直接接地的危害（1）人体触及一相带电体。如图2所示。若取人体电阻Rr=1000Ω，则按公式Ir=Ux/Rr可计算通过人身的触电电流。A、当电网电压为Ux=380V时，Ir=380/1000=220mA。B、当电网电压为Ux=660V时，Ir=660/1000=380mA。C、当电网电压为Ux=1140V时，Ir=1140/1000=660mA。通过以上计算，通过人身的触电电流远大于通过人身的安全电流30mA，是非常危险的。3333ABCabc图3：变压器中性点直接接地系统中人体触及一相带电体（2）电网一相接地。在变压器中性点直接接地系统中，一相接地即为单相短路。此时，必将产生接地短路电流及电弧，如果接地点周围瓦斯浓度在爆炸界限范围内，会引起瓦斯爆炸事故。〈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。4、变压器中性点不接地的运行方式（1）经计算，得出变压器中性点不接地运行比中性点直接接地运行安全得多。但是如果线路对地绝缘电阻下降太多或线路对地电容不可忽略时，仍存在一定的危险。因此还必须采取措施对线路的绝缘进行监视。（2）随着供电线路的延长，电网对地电容也在增大，由此产生的危害不容忽视。因此，在变压器中性点不接地系统中必须考虑电网电容和绝缘电阻的共同影响，采取必要的措施。5、变压器中性点采用消弧线圈接地在电网对地电容电流较大时，即使线路对地绝缘电阻很高，也不能减少通过人身的触电电流，反而会增加触电电流。为此，可用电感电流来补偿电容电流。变压器中性点采用消弧线圈接地就是通过消弧线圈产生感性电流补偿电网电容电流。〈煤矿安全规程〉规定第457条规定：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。二、采区供电系统（一）采区变电所1、井下中央变电所井下中央变电所是井下供电枢纽，电能配送的中心。单一水平生产的矿井设一个井下中央变电所；多水平的生产矿井，每个水平各设一个井下中央变电所。（1）井下中央变电所的位置井下中央变电所一般设在井底车场附近，负荷的中央与水泵房连接。（2）井下中央变电所的配电范围A、各采区变电所。B、主排水泵房的高压电动机。C、井下电机车需要的变流设备。D、井下中央变电所通过动力变压器将高压6KV降低到660V（380V）向井底车场及其附近巷道的低压动力设备供电。（3）井下中央变电所的设备井下中央变电所的主要设备有：高压配电装置，动力变压器（至少要有2台），低压电磁启动器，检漏继电器、照明、信号综合保护装置及照明灯具等。(二）采区供电1、采区变电所高压接线方式（1）单电源进线。无高压出线且变压器不超过两台的采区变电所，可不设电源进线开关。有高压出线的采区变电所，为了便于操作，可设进出线开关。如图3所示。（2）双电源进线。一般用于综采工作面或接有下山排水设备的采区变电所。电源进线一回路供电，一回路备用，两回路均设进线开关，由于出线及变压器台数较少，母线可不分段；电源进线两回路同时供电，由于出线及变压器台数较多，两回路均设进线开关，且母线设分段开关，正常情况下分段开关断开，保持电源为分列运行状态，如图4所示。2、采区变电所低压接线方式（1）每台变压器的低压侧都装有1台自动馈电开关作为总开关，并且配有漏电保护装置。（2）“规程”第455条规定：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。3、综采工作面供电系统井下采煤工作面供电方式主要有干线式、辐射式、混合式和移动变压器等。（1）综采工作面对供电系统的要求A、综采工作面各生产机械宜采用辐射式单独电缆供电。B、刮板输送机由多台电动机驱动，容量都不大时，可采用干线式供电；容量都较大时，可以采用辐射式单独供电。C、采用移动式变电站。该变电站一般设置在工作面平巷，距工作面150－300m，工作面每推进100－200m，移动变电站就向前移动一次，保持低压供电距离不500m。D、综采工作面照明灯间距不得大于15m。（2）综采工作面供电系统的组成A、6KV高压系统——由高压隔爆配电箱，移动变电站，高压屏蔽电缆等组成。B、1140KV低压系统——由低压馈电开关（设有漏电、过流、短路保护装置）、真空电磁启动器、低压屏蔽电缆等组成。（三）工作面配电点的位置工作面配电点是工作面及其附近巷道供电中心，随着工作面的推进而移动。1、配电点的设备组成工作面配电点的设备一般有移动变电站、低压配电开关（组合开关），电磁启动器等。2、配电点的位置（1）一种是将开关设备安装在工作面平巷壁的专用巷道，一般距工作面50－100m，如掘进工作面的配电点大都设在掘进巷道的进风侧或掘进巷道的巷道贯通巷道内，一般距工作面80－100m（2）另一种是将开关设备安装在移动变电站平车上，在运输槽一侧敷设轨道，平车随着工作面的推进而移动。三、井下供电安全（一）井下供电的规定及要求1、《煤矿安全规程》对井下供电的要求（1）第442条，对井下各水平中央变（配）电所、主排水泵房和下山开采的采区排水泵供电线路，不得少于两回路。（2）第449条，井下低压配电系统同时存在2种或2种以上电压时，低压电气设备上应用明显地标出其电压额定值。（3）第450条，矿井必须备有井上、