煤礦供電系統(tǒng),張彥春 2012年4月,電力是煤礦企業(yè)生產(chǎn)的主要能源，由于井下特殊的環(huán)境，為了減少井下自然災(zāi)害對人身和設(shè)備 的危害，這就要求我們對煤礦企業(yè)采取一些特殊的供電要求和管理方法。作為一個煤礦企業(yè)的技術(shù)人員都應(yīng)該知道具體的詳細情況。,本任務(wù)從煤礦井下特殊的環(huán)境入手，進一步分析煤礦企業(yè)對供電電源和電壓的基本要求、負荷 類型和供電接線方式等，包括井下和地面煤礦的供電系統(tǒng)。,電工是特殊工種，又是危險工種。首先，其作業(yè)過程和工作質(zhì)量不但關(guān)聯(lián)著其本身的安全，而且關(guān)聯(lián)著他人和周圍設(shè)施的安全，電工工作點分散、工作性質(zhì)不專一，不便于跟班檢查和追蹤檢查。因此，煤礦電氣相關(guān)工作人員必須掌握必要的電氣安全技能，必須具備良好的電氣安全意識。,第二章 煤礦供電系統(tǒng),知識要點： 1.井下特殊的環(huán)境； 2.煤礦企業(yè)對供電的基本要求； 3.電力負荷的分類； 4.電力系統(tǒng)中性點的運行方式； 5.電力系統(tǒng)額定電壓等級； 6.電力網(wǎng)各種結(jié)線方式分類。 7.井下局部通風(fēng)機的供電,9井下如發(fā)生全部停電事故，超過一定的時間后，可能發(fā)生采區(qū)或全井被淹的重大事故。同 時井下停電停風(fēng)后，還會造成瓦斯積聚，引起瓦斯和煤塵爆炸危險。 由于存在以上特殊條件，因此在考慮煤礦井下供電系統(tǒng)時，除必須嚴(yán)格遵守煤炭部頒發(fā)的 煤 礦安全規(guī)程及煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范中有關(guān)的規(guī)定外，還應(yīng)注意安全可靠、經(jīng)濟合理性。,一、井下特殊環(huán)境,1煤礦井下的空氣中含有瓦斯及煤塵，在其含量達到一定量時，如遇到電氣設(shè)備或線路產(chǎn)生 電弧、電火花和局部高溫時，就會燃燒和爆炸。,2井下采掘工藝需要用電雷管，電氣設(shè)備對地的漏泄電流可能會將電雷管引爆。,3井下硐室、巷道、采掘工作面等需要安裝電氣設(shè)備的空間都比較狹窄，對電氣設(shè)備的體積 應(yīng)受到一定限制，且使人體接觸電氣設(shè)備的機會較多，容易發(fā)生觸電事故。,4井下由于巖石和煤層的壓力，常會發(fā)生冒頂和片邦事故，使電氣設(shè)備(特別對電纜)很容易 受到這些外力的砸、碰、擠、壓。,5井下空氣比較潮濕，濕度一般在 90以上，并且機電硐室和巷道經(jīng)常有滴水及淋水，使電 氣設(shè)備很容易受潮。,6井下有些機電硐室和巷道的溫度較高，因而使井下電氣設(shè)備的散熱條件較差。,7采掘工作面的電氣設(shè)備移動頻繁，且經(jīng)常啟動。生產(chǎn)中由于受自然條件變化的影響，使用 電設(shè)備的負荷變化較大，有時會產(chǎn)生短時過載。,8.由于井下地質(zhì)條件發(fā)生變化，及雨季期間，井下有發(fā)生突水事故的可能，其出水量往往為 正常涌水量的幾倍甚至幾十倍。一旦突然出水，要求排水設(shè)備迅速開動，以保證礦井安全。此時應(yīng)有足夠大的供電系統(tǒng)，以保證全部排水設(shè)備正常工作。,二、煤礦企業(yè)對供電的基本要求,1.供電可靠： 1）要求供電不間斷； 2）對重要負荷供電應(yīng)絕對可靠：如主排水泵、提升機、通風(fēng)機、瓦斯泵、壓風(fēng)機、監(jiān)測監(jiān)控等； 3）采用雙回獨立線路供電。,2.供電安全 ： 1）供電安全包括人身和設(shè)備安全； 2）依據(jù)煤礦安全規(guī)程和有關(guān)規(guī)定，進行操作，確保供電安全。,煤礦井下中斷供電會導(dǎo)致通風(fēng)中斷、瓦斯積聚，水泵停開可能會淹井等嚴(yán)重問題。所以必須保證礦井可靠的供電。,井下潮濕、空間俠窄、光照不足是構(gòu)成用電不安全的客觀條件；同時井下存在瓦斯、煤塵爆炸危險，電氣設(shè)備必須采取防爆措施。這些都對井下安全提出了較高的要求。,4.供電經(jīng)濟 在保證供電安全、可靠，質(zhì)量的前提下： ）盡量降低基本建設(shè)投資; ）盡可能降低設(shè)備、材料、有色金屬的消耗; ）盡量降低電能消耗和維修費用等。,3.供電質(zhì)量： 1）要求用電設(shè)備在額定參數(shù)下運行； 2）反映供電質(zhì)量的指標(biāo)主要有兩個：頻率和電壓。頻率 50Hz，要求偏差小于0.5Hz，即額 定頻率的 1%，一般由發(fā)電廠決定。電壓，各種電氣設(shè)備要求電壓偏差也不一樣，一般情況下電動 機允許電壓偏差5%，過高或過低都有燒壞電動機的可能。,負荷分類的目的：確保一類負荷供電不間斷，保證二類負荷用電，考慮三類負荷供電。,三、電力負荷的分類（依據(jù)重要性進行分類）,1.一類負荷（一級負荷） 1）定義：凡因突然中斷供電可能造成人身傷亡或重大設(shè)備損壞、造成重大經(jīng)濟損失或在政治 上產(chǎn)生不良影響的負荷。 2）舉例：主排水泵、立井提升機、通風(fēng)機、瓦斯泵等。 3）供電要求：兩個獨立電源供電。,2.二類負荷（二級負荷） 1）定義：凡因突然停電造成大量減產(chǎn)或大量廢品的負荷。 2）舉例：井下采、掘工作面、機電運輸、地面生產(chǎn)系統(tǒng)等。 3）供電要求：兩個獨立電源供電或?qū)＞€。,3.三類負荷（三級負荷） 1）定義：指除一、二類負荷以外的其它負荷。 2）舉例：學(xué)校宿舍、地面附屬車間及礦山機修廠等。 3）供電：單回路供電、多負荷共用一條輸電線路。,電力系統(tǒng)中性點的運行方式?jīng)Q定了單相接地后的運行情況，供電可靠性、保護方法及人 身安全等問題。,中性點運行方式 ）中性點不接地系統(tǒng) （1）中性點不接地系統(tǒng)（見圖 1-5） （2）優(yōu)缺點： 優(yōu)點：單相接地時，線電壓仍對稱，不影響供電，提高供電的可靠性；且接地電流小； 缺點：單相接地時，非接地相對地電壓升高 3倍，易擊穿絕緣薄弱處，造成兩相接地短。,應(yīng)對措施： A限時：單相接地時間不應(yīng)超過 0.52h；井下要求立即斷電。 B裝設(shè)絕緣監(jiān)視、接地保護裝置。 C轉(zhuǎn)換線路。,（4）單相接地電容電流： 架空線路：I E1=UL/350 ，電纜線路： I E2=UL/10 ; I= I E1+I E2當(dāng)單相接地電容電流：310kV電網(wǎng)約為 30A，263kV（35kV）電網(wǎng)約為 10A時，易產(chǎn)生 斷續(xù)電弧。斷續(xù)電弧將在電網(wǎng)產(chǎn)生 L、C 震蕩，在系統(tǒng)中產(chǎn)生（）e的過電壓，可能使絕 緣薄弱處擊穿，造成短路故障。,（3）適用范圍： A.煤礦井下,四、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,（1）中性點接地電容電流超過限度時，可采用中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。 （2）接法（圖 1-7） 。 （3）消弧線圈的結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)。 結(jié)構(gòu) ：消弧線圈是一個有鐵心的可調(diào)電感線圈，有 59 個插頭，可調(diào)節(jié)匝數(shù)，減小間隙。 線圈電阻很小，感抗很大，可看成純,）中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),電感元件。工作狀態(tài)：工作在補償狀態(tài)。若消弧線圈的感抗調(diào)節(jié)合適，將使接地電流降到很小，達到不起弧的程度。 （4）優(yōu)缺點： 優(yōu)點：單相接地時，線電壓仍對稱，不影響供電，單相接地時，運行不允許超過h，提高供 電的可靠性。 缺點：單相接地時，非接地相對地電壓升高 3倍，易擊穿絕緣薄弱處，造成兩相接地短路。,（1）引入：介紹接線方法（圖 1-8） 。 （2）優(yōu)缺點：（對應(yīng)中性點不接地） 優(yōu)點：單相接地時，其他兩相對地電壓不會升高。接地電流大，提高了保護裝置的可靠性。 缺點：單相接地時，構(gòu)成短路，電流大（稱為大接地電流系統(tǒng)）。 （3）適用： A110kV 及以上電壓等級的電網(wǎng)上（絕緣只按相電壓考慮）。 B地面 380/220V 三相四線制供電系統(tǒng)，獲得兩種電壓等級。,3）中性點直接接地系統(tǒng),五、煤礦常用交流電壓等級及用途,）干線式電網(wǎng)（圖1-3） （）分類：單回路、雙回路。 （）優(yōu)，缺點；（相對于放射式的優(yōu)缺點） 優(yōu)點：總線路短、節(jié)資。 缺點：用戶相互影響、可靠性低、保護整定誤差大。 使用對象：單回路干線式一般使用三類負荷供電，如居住區(qū)、宿舍樓，雙回路干線式一般使 用二、三類負荷供電。,六、電力網(wǎng)各種結(jié)線方式分類。,2.電力網(wǎng)的結(jié)線方式 1）放射式電網(wǎng)（圖 1-2）. （）分類：單回路、雙回路。 （）主要優(yōu)點： 優(yōu)點：線路獨立、可靠性高、繼電保護整定簡單。 缺點：總線路長、不經(jīng)濟。 （）適用：負荷容量大或孤立的重要用戶,1.電力網(wǎng)的分類 ）電力網(wǎng)：由變電所及各種不同電壓等級的輸電、配電線路組成。 ）任務(wù)：輸電 配電。 ）分類：以電壓高低、負荷性質(zhì)、線路結(jié)構(gòu)和中性點運行方式來進行分類。,）環(huán)式電網(wǎng)（圖 1-4） （）分類：開環(huán)、閉環(huán)。 （）優(yōu)缺點： 優(yōu)點：總設(shè)備少，投資小，可靠性高； 缺點：負荷容量相差太大時不經(jīng)濟，繼電保護整定復(fù)雜。 （）適用對象：負荷容量相差不太大，彼此之間相距較近，而離電源都較近，且對供電可 靠性要求較高的重要用戶。,（1）低瓦斯礦井掘進工作面局部通風(fēng)機應(yīng)采用裝有選擇性漏電保護的專用開關(guān)和專用線路供電； 注：低瓦斯礦井掘進工作面的局部通風(fēng)機供電要求達到“二專”（專用開關(guān)和專用線路）； （2）高瓦斯礦井、煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井掘進工作面的局部通風(fēng)機必須采用雙電源供電。 注：高瓦斯礦井、煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井掘進工作面的局部通風(fēng)機供電要求達到雙電源供電，且主供電電源應(yīng)達到“三專”（專用變壓器、專用開關(guān)和專用線路）；備用電源允許引自其他動力變壓器的低壓母線段，但其供電回路應(yīng)采用裝有選擇性漏電保護的專用開關(guān)和專用線路供電。,七、井下局部通風(fēng)機的專用供電問題：,3）使用局部通風(fēng)機供風(fēng)的地點，其配電設(shè)備必須實行風(fēng)電和瓦斯電閉鎖，保證在停風(fēng)和瓦斯超限后切斷該區(qū)域內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的電源。 注：（1）在實際應(yīng)用中，有些礦井（特別是一些小型礦井）的掘進工作面之所以頻繁發(fā)生停風(fēng)、瓦斯超現(xiàn)和積聚現(xiàn)象，都是因為局部通風(fēng)機沒有實行專用線路供電，而是與工作面其他動力用電設(shè)備共用供電線路，在其他動力用電設(shè)備搬遷、檢修或發(fā)生短路事故時，都會造成局部通風(fēng)機的停電運行。 （2）“關(guān)于印發(fā)煤礦瓦斯治理經(jīng)驗五十條的通知”（發(fā)改能源2005457）第四十五條規(guī)定：“保證井下局部通風(fēng)機的連續(xù)供電。局部高低壓供電實現(xiàn)雙電源供電；采區(qū)變電所或井下中央變電所直供，且做到至少兩個電源；采區(qū)變電所分段運行”。根據(jù)這一規(guī)定，煤（巖）與瓦斯（CO2）突出礦井掘進工作面的局部通風(fēng)機必須雙電源供電。 （貴州200883）并要求運行風(fēng)機和備用風(fēng)機自動切換。確保局部通風(fēng)機供電的可靠性、連續(xù)性。,根據(jù)煤礦負荷的大小，分布特點及內(nèi)部環(huán)境特點等因素進行綜合分析，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定 地面變電所與井下變電所的位置及變電所設(shè)備的布置。 分析煤礦各生產(chǎn)機械的分布情況，以及對供電電源的要求、安全保護要求，確定結(jié)線方式，進 一步確定地面變電所與井下變電所的位置及變電所設(shè)備布置方案。,八、變電所位置確定及設(shè)備布置,1）接近負荷中心； 2）節(jié)約用地； 3）進出線方便； 4）變電所所址有適宜的地質(zhì)條件； 5）交通方便； 6）周圍環(huán)境清潔。,1.輸電電壓的選擇,礦井用電負荷和用電點確定后，接著需要確定的是礦井的輸電電壓。礦井電壓在某些情況下 是比較容易選擇的，而在某些情況下不進行方案比較就很難確定，而這些比較又往往與供電系統(tǒng)、 變電所位置和數(shù)量有關(guān)。當(dāng)方案比較經(jīng)濟差異不大時，在設(shè)計中應(yīng)盡可能采用高一級的電壓，使高電壓深入用戶， 以節(jié)省電耗，給系統(tǒng)發(fā)展留有適當(dāng)?shù)挠嗟兀ＷC電能的質(zhì)量和安全經(jīng)濟地送電。,2.變電所所址選擇,3.送電范圍的劃分,4.礦井用電負荷的分級 用電負荷的等級，是選擇礦區(qū)供配電系統(tǒng)的主要依據(jù)之一。按照可靠性的要求，礦井用電負荷一般分為三級。 1）一級負荷 (1)礦井主要扇風(fēng)機。 (2)升降人員的立井提升機。 (3)有淹沒危險的井下主排水設(shè)備。 (4)礦井抽放瓦斯設(shè)備。 (5)突出、高瓦斯礦井掘進頭的通風(fēng)設(shè)備。 2）二級負荷 (1)煤礦企業(yè)、井上、下主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的動力和照明設(shè)備。 (2)水源缺乏地區(qū)的生產(chǎn)、生活水源水泵及配有備用泵的消防水泵。 (3) 4t 以上鍋爐設(shè)備。 (4)礦燈充電設(shè)備。 (5)以電機車為主要運輸方式的整流及充電設(shè)備。 (6)自動交換機，大中型監(jiān)控設(shè)備及管理計管機的用電設(shè)備。 (7)電氣集中的鐵路運輸信號設(shè)備。 3）三級負荷 凡不屬于一、二級負荷的均屬三級負荷。,5.供配電系統(tǒng)的形成 礦井供配電系統(tǒng)對于一級負荷應(yīng)有兩個獨立的電源供電，當(dāng)發(fā)生任何故障時，兩個電源的任何部分應(yīng)不致同時受到損壞，并能迅速恢復(fù)供電；對二級負荷一般由兩回路供電，當(dāng)同一用電單位由兩回及以上的電源線供電時， 當(dāng)任一回電源線故障時，應(yīng)能保證一、二級負荷用電或全部負荷用電；對于三級負荷一般只設(shè)一回電源線，對幾個較小的三級負荷，可共用一回電源線。 在設(shè)計供配電系統(tǒng)時，一般不考慮一回電源線路檢修或故障時，另一回電源線路又發(fā)生故障 的可能性。同一電壓的配電級數(shù)，不宜多于二到三級。適用于一、二級負荷的供、配電系統(tǒng)有下列幾種：,6.配出線的結(jié)線,a.配電開關(guān)的種類：隔離開關(guān)、負荷開關(guān)、熔斷器和斷路器。 b.隔離開關(guān)布置及適應(yīng)對象： 負荷開關(guān)+熔斷器：適用于容量小不重要的用戶； 隔離開關(guān)斷路器：適用于容量大比較重要的用戶，單回路； 隔離開關(guān)斷路器隔離開關(guān)：容量大的重要用戶，雙回路。 c.停送電操作。停送電操作順序。 ）總配電所的主結(jié)線 （）單母線：對三類負荷供電 （）單母線分段：可靠性高，負荷大（獨立雙電源）：對一、二類負荷供電。非獨立電源：對二、三類負荷供電,A、主變壓器出線側(cè)所聯(lián)結(jié)的母線 a、單母線結(jié)線：適用情況：容量小，可靠性不高的負荷。 b、雙母線結(jié)線：適用情況：大容量變電所、220KV以上的線路。 c、單母線分段式結(jié)線：適用情況及要求，負荷對稱、兼顧平衡（大多數(shù)煤礦用的是這種）.,有三種形式： a、用隔離開關(guān)作為進線開關(guān)：適用線路短，變壓器容量小的情況。 b、用熔斷器作為進線開關(guān)：適用線路長，容量小。如：農(nóng)村、小型企業(yè)。 c、用隔離開關(guān)、斷路器作為進線開關(guān)：適用線路長，容量大。如：大、中型煤礦企業(yè)。,B、線路-變壓器組結(jié)線： 適用：三類負荷,電源數(shù)目、變壓器、負荷、接線方式、電壓等級、可靠性,（1）礦井供電方式的決定因素：井田范圍、煤層開采深度、開采方法、年產(chǎn)量、涌水量、負荷大小等綜合因素進行。 （ 2）分類：深井和淺井兩種類型。,7、煤礦總變電所接線實例：,（1）深井供電系統(tǒng) A.特點： 井下設(shè)立中央變電所 B.決定因素： 煤層深，井下負荷大、涌水量大等。 C.組成： 地面變電所、井下中央變電所和采區(qū)變電所。 D.供電回路數(shù)： 兩回路或兩回路以上。,（2）淺井供電系統(tǒng) A.特點：井下不設(shè)立中央變電所。 B.決定因素：煤層埋藏不深(一般離地表 100200m)、井田范圍大、井下負荷不大、涌水量 小的礦井。可采用淺井供電系統(tǒng)。 C.淺井供電主要有以下三種方式： a.井底車場及其附近巷道的低壓用電設(shè)備，可由設(shè)在地面變電所的配電變壓器降壓后，用低 壓電纜通過井筒送到井底車場配電所，再由井底車場配電所將低壓電能送至各低壓用電設(shè)備。井 下架線式電機車所用直流電源，可在地面變電所整流，然后將直流電用電纜沿井筒送到井底車場 配電所后供給。 b.當(dāng)采區(qū)負荷不大或無高壓用電設(shè)備時，采區(qū)用電由地面變電所用高壓架空線路，將電能送 到設(shè)在采區(qū)地面上的變電室或變電亭，然后把電壓降為 380V 或 660V 后，用低壓電纜經(jīng)鉆孔送到 井下采區(qū)配電所，由采區(qū)配電所再送給工作面配電點和低壓用電設(shè)備。,c.當(dāng)采區(qū)負荷較大或有高壓用電設(shè)備時， 用高壓電纜經(jīng)鉆孔將高壓電能送到井下采區(qū)變電所， 然后降壓向采區(qū)低壓負荷供電。 在淺井供電系統(tǒng)中，由于采區(qū)用電是通過采區(qū)地表直通井下的鉆孔向采區(qū)供電的，所以也稱 為鉆孔供電系統(tǒng)。為防止鉆孔孔壁塌落擠壓電纜，鉆孔中敷設(shè)有鋼管，電纜穿過鋼管送至井下采 區(qū)。 D.優(yōu)缺點：淺井供電系統(tǒng)，可節(jié)省井下昂貴的高壓電氣設(shè)備和電纜，減少井下變電硐室的開 拓量，所以比較經(jīng)濟、安全。其不足之處是需打鉆孔和敷設(shè)鋼管，鋼管用完后不能回收。 礦井供電究竟采用哪種供電方式，應(yīng)根據(jù)礦井的具體情況經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。,（3）井下中央變電所的結(jié)線,（）單母線分段結(jié)線 可靠性高，負荷大（獨立雙電源）：對一二類負荷供電獨立電源：對二三類負荷供電 （）運行方式：母線采用分列運行。 （）適用情況；可靠性高、負荷大（獨立雙電源）、對一二類負荷供電。,8、井下中央變電所的位置和硐室布置 （1）位置選擇原則 盡量位于負荷中心，以節(jié)省電纜減少電能與電壓損失； 電纜進出線和設(shè)備的運輸要方便； 變電所通風(fēng)要良好； 變電所的頂.底板堅固，無淋水。 考慮上述條件，一般變電所設(shè)置在井底車場附近，并與中央水泵房相鄰。有條件時還應(yīng)與電機車用的變流所聯(lián)合建筑。 （2）硐室要求 井下中央變電所應(yīng)特別注意防水、通風(fēng)及防火問題。為了防水，變電所地面應(yīng)比井底車場的 軌面標(biāo)高高出 0.5m。為了使變電所有良好的通風(fēng)條件，當(dāng)硐室長度超過 6m 時，應(yīng)設(shè)兩個出口，保 證硐室內(nèi)的溫度不超過附近巷道 5。變電所的出口裝設(shè)兩重門，即鐵板門和鐵柵欄門。平時鐵柵 欄門關(guān)閉，鐵板門打開，以利于通風(fēng)。在發(fā)生火災(zāi)時，將鐵門關(guān)閉以隔絕空氣，便于滅火和防止 火災(zāi)蔓延。 為了防火，硐室用耐火材料建成，其出口 5m以內(nèi)巷道也用耐火材料建成；硐室內(nèi)的電纜須采 用不帶黃麻保護層的；硐室內(nèi)還必須設(shè)有砂箱及滅火器材。,（3）設(shè)備布置,.布置原則：中央變電所的設(shè)備布置在進行設(shè)備布置時，應(yīng)將變壓器與配電裝置分開布置， 高、低壓配電裝置分開布置。 .布置方式：設(shè)備與墻壁之間，各設(shè)備之間應(yīng)留有足夠的維護與檢修通道，完全不需要從兩 側(cè)或后面維護檢修的設(shè)備，可互相靠緊和靠墻放置。考慮發(fā)展余地，變電所的高壓配電設(shè)備的備 用位置應(yīng)按設(shè)計最大數(shù)量的 20考慮，且不少于兩臺。低壓設(shè)備的備用回路，也按