总工程师培训(陈南燕)

2012煤矿总工程师培训矿井供电山西煤矿安全技术培训中心陈南燕二O一二年五月2010版《煤矿总工程师手册》手册基本思路及侧重点煤矿总工程师手册矿井供电部分内容共4章，420页，28万字。由于供电技术发展较快，本次编写内容与原手册相比变化较大。矿井供电整体分为三部分：第一部分（第1、2章）介绍矿井供电的一般性结构和相关计算方法；第二部分（第3章）主要是矿井供电地面部分涉及的内容；第三部分（第4章）主要是矿井供电井下部分涉及的内容。新手册的特色兼顾原有体系、满足日常应用；突出新兴问题、便于拓展应用；介绍发展动态、提供改造思路。主要内容供电基础知识及供电系统矿井供电计算矿井地面供电矿井井下供电矿井供电基础知识及供电系统矿井供电基础知识及供电系统1．矿井对供电的要求2．矿井电压等级3．矿井负荷分级及电源要求4.变电所常用主接线形式5.电网中性点运行方式6.电网监控7.数字化变电站8.矿井供电的特点9.煤矿电网可能存在的问题6一、煤矿供电基础知识1．矿井对供电的要求煤矿企业为电能的重要用户。由于煤矿生产的特殊性，在供电上要求更为严格。其主要要求如下：供电可靠供电安全保证充足的供电量技术经济合理2．矿井电压等级电压等级用途交流电36V127V220V380V660V1140V3、6、10kV35、60kV110、220、330kV以上矿用低压隔爆磁力起动器的控制回路及信号回路井下照明、信号、煤电钻地面照明、低压动力地面或井下低压动力井下低压动力采区大型采煤机组等大型机械的电动机或输电高压输电超高压输电直流电110、220、440V250、550V40、80、110、120V2.5、4V一般动力架线式电机车蓄电池电机车矿灯3．矿井负荷分级及电源要求负荷级别负荷及设备名称电源要求一级负荷1、井下有淹没危险环境矿井的主排水泵及下山开采采区的采区排水泵；2、井下有爆炸或对人体健康有严重损害危险环境矿井的主通风机；3、矿井经常升降人员的立井提升机；4、抽放瓦斯设备（包括井下移动抽放泵站设备）；5、根据国家或行业现行有关标准规定应视为一级负荷的其他设备。双独立电源供电；当一电源中断供电，另一电源不应同时受到损坏，且电源容量应至少保证矿山企业全部一级负荷电力需求二级负荷1、主提升机（包括主提升带式输送机及煤水泵）；2、经常升降人员的斜井提升设备、副井井口及井底操车设备；3、主要空气压缩机；4、配有备用泵的消防泵，无事故排出口的矿井污水泵；5、地面生产系统、生产流程中的照明设备、铁路装车设备、矿灯充电设备、矿井行政通信及调度通信设备；6、单台蒸发量为4t/h以上的锅炉；7、井筒保温及其供热设备、有热害矿井的制冷站设备；8、综合机械化采煤及其运输设备、井底水窝水泵、井下无轨运输换装设备；9、主井装卸载设备、大巷带式输送机、井下主要电机车运输设备；10、井下运输信号系统；11、矿井信息系统、安全监测及生产监控设备；12、运煤索道的驱动机13、根据国家或行业现行有关标准规定应视为二级负荷的其他设备两回电源线路供电；两回电源线路中的任一回中断供电时，其余电源线路宜保证供给全部二级负荷电力需求。三级负荷不属于一级和二级的矿井用电负荷。单回电源线路供电。4.变电所常用主接线形式接线方式接线图简要说明单母线优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、占地少、便于扩建和采用成套配电装置。缺点：不够灵活可靠，任一元件故障或检修时，均需要整个配电装置停电。适用范围：单母线接线只适用于容量小、线路少和对二、三级负荷供电的变电所。分段单母线优点：接线简单清晰、设备较少、操作方便、占地少和便于扩建和采用成套配电装置。当一段母线发生故障，可保证正常母线不间断供电，不致使重要负荷停电。缺点：当一段母线故障或检修时，操作时回路不停电。适用范围：具有两回及以上电源线路或装有两台及以上变压器的变电所。常用在矿井变电所的6～10kV。双母线优点：供电可靠性高、运行灵活。缺点：使用设备多、投资大、接线复杂、操作安全性较差。适用范围：110kV线路为6回及以上时，或35~63kV线路为8回及以上时，或6～10kV线路为12回及以上时，可采用双母线。常用在矿井区域变电所的35-110kV。04.变电所常用主接线形式接线方式接线图简要说明内桥接线优点：高压断路器数量少，占地少，四个回路只需三台断路器。缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运。适用范围：适用于较小容量的发电厂；变压器不经常切换或线路较长、故障率较高的变电所。外桥接线优点：高压断路器数量少，占地少，四个回路只需三台断路器。缺点：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运。变压器侧断路器检修时，变压器需较长时期停运。适用范围：适用于较小容量的发电厂，变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较少的变电所。4.变电所常用主接线形式接线方式接线图简要说明全桥接线优点：适用性强、运行灵活、易于扩展成单母线分段式的中间变电所。缺点：设备多、占地面积大、投资大。适用范围：线路变压器组(a)(b)(c)优点：线路最简单、设备及占地最少。缺点：不够灵活可靠，任一元件故障或检修，均需整个配电装置停电。适用范围：适用于一回电源线路和一台变压器的小型变电所。图（a）接线当有操作或继电保护等要求时，变压器一次侧装设断路器。图（b）接线对于系统短路容量较小的不太重要的小型变电所。图（c）接线只适用于用电单位内部的35kV变电所，线路电源端的保护装置应能满足变压器保护要求。5.电网中性点运行方式中性点的运行方式指的是中性点与大地之间的连接关系。中性点运行方式的选择主要取决于单相接地时电气设备的绝缘要求及供电可靠性。中性点运行方式的不同，直接影响到安全和经济问题，需要进行综合比较分析。电网中性点运行方式的种类大接地电流系统1）直接接地，又称为有效接地2）经低阻接地小接地电流系统1）不接地，又称为中性点绝缘2）经消弧线圈接地3）经高阻接地电网中性点运行方式的种类关于煤矿电网中性点运行方式的规定《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。我国、苏联、西德等国井下采用中性点不接地系统；其它国家，如英国采用中性点经高电阻接地的系统或其它类型的接地系统。我国煤矿地面变电所一般采用中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地的系统。中性点不接地方式主要特点：单相接地电流小适用范围：3-10kV电网。因为在这类电网中，发生单相接地故障的比例很大。采用中性点不接地方式可以减少单相接地电流，从而减轻其危害。分析：单相接地电流，单相接地时的各相对地电压中性点不接地方式-正常运行1.三相对称，没有电流在地中流过。2.中性点对地电位为03.各相对地电压等于相电压。4.其中C为电网对地电容（高压电网忽略电网对地绝缘电阻R）中性点不接地方式—单相接地①当发生金属性接地时，接地故障相对地电压为零。②中性点对地的电压上升到相电压，且与接地相的电源电压相位相反。③非故障相对地电压由相电压升高为线电压。④三相的线电压仍保持对称且大小不变，对电力用户接于线电压的设备的工作并无影响，无须立即中断对用户供电。⑤单相接地电流，等于正常运行时一相对地电容电流的三倍，为容性电流。中性点不接地方式-单相接地电流①电网模型：假设电网三相对称，忽略电网对地绝缘电阻，只考虑电网对地电容。②电网正常时：三相电压对称，三相经对地电容流入大地的电流相量和为零，即没有电流在地中流动。各相对地电压等于相电压。③发生单相接地时，接地相对地电压为零，而非故障相对地电压变为线电压。因而容易造成两相短路。④单相接地电流CBCACBCACEUCjCUjCUjIII3)()(..CUIE3单相接地故障对电网的影响单相接地时，由于线电压保持不变，使负荷电流不变，电力用户能继续工作，提高了供电可靠性。由于接地点的电弧或者由此产生的过电压可能引起故障扩大，发展成为多相接地故障。非故障相电压升高到线电压，所以在这种系统中，电气设备和线路的对地绝缘应按能承受线电压考虑设计，从而相应地增加了投资。在中性点不接地系统中，应装设交流绝缘监察装置，当发生单相接地故障时，立即发出信号。规程规定：系统发生单相接地时，继续运行的时间不得超过2h，并要加强监视。由于煤矿井下巷道狭窄，空气潮湿，电气设备和电缆的绝缘容易受潮，电缆也可能遭受脱落的岩石和煤块砸坏，甚至被移动的机器设备等挤压。从而造成漏电和接地事故。据有关的统计资料记载，在此情况下，80%以上的电气短路故障都属于单相漏电和接地事故。单相漏电和接地故障，有可能带来巨大的危害，如引起人身触电，瓦斯煤尘爆炸和电气雷管先期爆发事故，对通讯、控制线路产生电磁干扰。此外，单相间歇性电弧接地还有可能产生过电压。线路对地电容与电感元件之间也有可能引起铁磁谐振过电压，使那些绝缘薄弱环节相继击穿。同时，单相接地电弧又可能进一步烧坏相间绝缘。所有这些都有可能造成相间短路，引起电缆放炮或电气设备烧毁等严重事故。单相接地对煤矿的危害中性点不接地系统适用范围单相接地电流与电网电压和电网对地电容有关。对于短距离、电压较低的输电线路，因对地电容小，接地电流小，瞬时性故障往往能自动消除，故对电网的危害小，对通讯线路的干扰小。对于高压、长距离输电线路，单相接地电流一般较大，在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与重燃，出现间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形成过电压，可能击穿设备绝缘，造成短路故障。为了避免发生间歇电弧，要求6-10kV电网单相接地电流小于20A。因此，中性点不接地方式电缆供电距离比较长的煤矿不适宜。《煤矿安全规程》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。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。中性点不接地的高压电网，接地电流主要成分为电容电流，而矿井电网供电主要采用电缆线路，其对地电容大，造成单相接地电流大。单相接地电流过大可能引起电气火灾和电雷管超前引爆等事故；规程规定接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2欧姆，为保证在发生单相接地故障时产生的接地电压不超过安全电压系列的最高值42V，则单相接地电流应限制在21A以下，故规程规定高压电网的单相接地电容电流不超过20A；457条规定的含义中性点经消弧线圈接地情况中性点经消弧线圈接地时电流向量图电容接地电流消弧线圈流过的电流完全补偿的条件即有：cUBCACII..CBCACBCACECUjUUCjIII3)()(..LUjjXUICLCL0LEII231CLLI中性点经消弧线圈接地原理：单相接地电流主要是电容电流。如果能够在发生单相接地时部分或全部抵消掉电容电流，则单相接地电流将大减小。方法就是在中性点处加入消弧线圈。消弧线圈的工作原理：消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，线圈的电阻很小（消耗功率小），电抗很大（保证对地绝缘水平），电抗值可用改变线圈的匝数来调节。发生单相接地故障时，通过消弧线圈使接地处流过一个与容性接地电流相反的感性电流，从而减小、甚至抵消接地电流，消除接地电弧引发的问题，提高供电可靠性。消弧线圈的补偿方式完全补偿消弧线圈提供的电感电流等于接地电容电流，接地处电流为0。易满足谐振条件，形成串联谐振，产生过电压。欠补偿电感电流小于接地电容电流，单相接地时接地电流为容性。因线路停电或系统频率降低等原因使接地电流减少，可能出现完全补偿。故一般也不采用。过补偿电感电流大于接地电流，单相接地电流为感性。过补偿方式在电网中得到广泛使用。但过补偿程度要合适.自动跟踪补偿单片机或微机控制中性点经消弧线圈接地系统的适用范围中性点经消弧线圈接地系统与不接地系统同样有着在发生单相接地故障时，可继续供电