矿井供电系统与井下供电安全.docx

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矿井供电系统与井下供电安全

主讲：

单位：

XXX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

种类

交流电

标准电压/V

36

127

380

660

1140

3300

6000

10000

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

直流电

250550

架线式电机车

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

1

35（110）KV

6KV

2

3´提提3

升升

机机地

8面

低8

压

4´

6

4

5

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

2、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/算通过人身的触电电流。

3Rr可计

A、当电网电压为Ux=380V时，Ir=380/

31000=220mA。

B、当电网电压为Ux=660V时，Ir=660/

31000=380mA。

C、当电网电压为Ux=1140V时，Ir=1140/31000=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。

（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、下配电系统图，井下电气设备布置示意图和电力、电话、信号、电机车等线路平面敷设示意图，并随着情况变化定期绘制。

（4）第451条，电气设备不应超过额定值运行。

（5）第458条，直接向井下供电的高压馈电线上，严禁装设自动重合闸。

（6）第459条，井上、下必须装设防雷电装置，并遵守由地面直接入井的轨道及露天架空引入（出）的管路，必须在井口附近将金属体进行不少于2处的良好的集中接地。

2、《煤矿安全规程》对机电硐室的要求

（1）第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。

（2）第463条，硐室内各种设备与墙壁之间应留有0.5m以上的通道，各种设备之间，应留出0.8m以上的通道。

（3）第464条，带油的电气设备必须设在机电设备硐室内，严禁设集油坑。

（二）用电安全作业制度1、工作票制度

其内容：

（1）工作负责人；

（2）工作人员；（3）工作内容和工作地点；（4）计划工作时间；（5）安全措施；（6）许可开工时间；（7）工作负责人变动；（8）工作票延期；（9）工作终结。

2、工作许可制度

3、高压倒闸、试验操作票和工作监护制度

——高压倒闸操作和高压试验必须执行操作票和工作监护制度，必须由两人执行，其中一人监护，一人操作。

4、停送电制度

5、验电、放电、接地、挂牌制

6、工作防止送电的措施

（1）高压防爆配电装置停电后，必须把开关拉出，使插销脱离电源。

（2）从两侧送电的设备，必须可靠地断开各方面电源，拨出插销或拉开闸。

（3）低压防爆开关在开盖进行检修时，严禁解除闭锁，不盖盖进行送电试验或进行其他带电检查工作。

7、井下用电十不准制度

（1）不准带电检修、搬迁电气设备、电线、电缆。

（2）不准甩掉无压释放器、过流保护装置。

（3）不准甩掉漏电继电器、煤电钻综合保护装置和局部通风机风电、瓦斯电闭锁装置。

（4）不准明火操作，明火打点，明火爆破。

（5）不准用铜丝、铝丝、铁丝等代替保险丝。

（6）停风、停电的采掘工作面，未检查瓦斯，不准送电。

（7）有故障的线路不准强行送电。

（8）电气设备的保护装置失灵后，不准送电。

（9）失爆的设备、失爆的电器，不准使用。

（10）不准在井下拆卸和撞击矿灯。

8、井下供电要实行“三无”

——即无“鸡爪子”，“羊尾巴”，无明接头。

必须坚持使用检漏继电器，坚持使用煤电钻、照明、信号综合保护，坚持使用风电和瓦斯电闭锁。

（三）触电的危害及预防措施1、触电的概念及分类

（1）概念

——人触及带电导体或触及因绝缘损坏而带电的电气设备金属外壳，或接近高压带电体而成为电流通路的现象称为触电。

（2）触电的分类

A、电击——是指触电电流对人体内部组织的损伤。

在触电事故中，85%以上是电击死亡事故。

B、电伤——是指电流的热效应、化学效应和机械效应对人造成造成的伤害。

（3）触电的方式

A、单相触电；B、两相触电；C、跨步电压触电。

2、影响触电危险的因素

（1）触电电流的影响

A、感知电流（成年男性：

1.1mA；成年女性：

0.7mA）。

B、摆脱电流（男性:

9mA；女性:

6mA）。

C、极限电流（当触电电流大于30mA时，才有发生心室纤颤的危险）。

（2）触电电流持续时间的影响

——触电持续时间是指从触电瞬间开始到人体脱离电源或电源被切断的时间。

我国规定触电的安全电流与触电的安全时间为30mA.s。

（3）人体电阻的影响

——人体电阻是触电电流流经人体各部分组织的电阻。

包括体内电阻和皮肤电阻两部分。

其中，体内电阻是由肌肉组织、血液、淋巴和神经等组成。

其电阻值一般不低于50Ω。

（4）接触电压

——是指人站在地上，身体某一部分碰到带电体或带电金属外壳时，人体接触部分与站立点的电位差。

（5）电流频率的影响

（6）触电电流流经途径的影响3、安全电流和安全电压

（1）安全电流——是指发生触电时不会使人致死、致伤的通过人体的最大触电电流（30mA）。

（2）安全电压——是安全电流与人体电阻的乘积称为安全电压（36V）。

（四）井下电气事故及防治措施1、煤矿井下触电事故的原因

（1）高压电网触电事故的主要原因

A、带电清扫，带电检查、带电搬运，带电作业。

B、没有工作票，没有安全措施，没有执行高压电网作业中停电、验电、放电等要求。

C、误操作，误停、送电，错误辨认开关和电缆，没有执行作业监护制度，没有悬挂“有人工作，不准送电”警示。

D、没有设置高压漏电保护装置。

（2）低压电网触电事故的主要原因

A、违章带电安装，带电检修，带电检查。

B、不执行停送电制度，停错、送错电。

C、用电安全技术管理有漏洞，如设备及电缆漏电，保护装置失灵而没有及时修理或更换。

（3）直流触电事故的原因

A、架线高度低不符合要求；B、带电修理电机车集电弓；C、工人违章乘坐矿车；D、矿车掉道后，使用长铁器处理时触及架线；E、人在有架线的巷道里扛钎子、管子等触及架线

；F、架线漏电或没装直流漏电保护装置。

2、井下电气事故防治措施

（1）井下不得带电检修、搬迁电气设备、电缆和电线。

（2）严格按规程及规定操作电气设备。

（3）加强对电气设备、供电线路的管理。

（4）防止人体接触或接近带电体。

（5）对人员经常接触的电气设备，采用低工作电压。

（6）井下电气设备必须有保护接地。

（7）设置漏电保护系统，一旦发生人体触电，应立即切除电源，保证人身安全。

（8）上、下行走，不能手扶电缆，防止电缆漏电。

（9）严禁在电气设备上躺坐，以防触电。

（10）加强安全教育培训。

四、杂散电流的危害及防治措施

（一）杂散电流的概念及安全值1、概念

——是指任何不按指定通路而流动的电流。

2、安全值

——杂散电流值应不大于60mmA。

（二）杂散电流的危害

（1）在井下，杂散电流可能引起电雷管的误爆炸。

（2）对井下金属管道和铠装电缆外皮造成腐蚀，缩短了金属铠装电缆和金属管路的使用寿命。

（3）杂散电流可能产生火花，引起瓦斯、煤尘爆炸，引起火灾。

（4）杂散电流可能使漏电保护、高压隔爆配电装置发生误动作。

（三）杂散电流的防治措施1、直流杂散电流的防治措施

（1）当有两个以上牵引变注所向架空线供电时，牵引变电所供电区域之间应设绝缘和分段联络开关。

（2）架线约隔500m应设绝缘和分段联络开关。

（3）馈电线与架线应用不少于2个铜质馈电夹子连接，每个夹子与导线的接触面积应不小于导线截面的1.5倍，连接应坚固、可靠。

（4）多水平生产的矿井，每个生产水平要有单独的直流供电系统，严禁一个牵引变流所向多水平供电。

（5）牵引变流所电源的正极经馈电线接架线，负极经回路电线接轨道。

（6）牵引变流所应设在架线区间的中央，最佳供电半径不宜大于1.5Km。

（7）回电轨道的接缝应进行电气连接。

（8）不同规格的轨道科缝电阻值不大于表2的要求。

（9）回电的平行钢轨间，每隔50m应用截面不小于30mm²的钢板进行电气连接。

（10）回电轨道在道岔处导轨和主轨道之间应进行电气连接

，连接电阻值与轨道接缝电阻值的要求相同。

（11）不回路的轨道和回电的轨道相连时，必须加以绝缘。

（12）平巷与斜巷间的轨道分别设置两道绝缘等。

表2：

轨道接缝电阻值表

2、交流杂散电流的防治措施

——对交流杂散电流的防治措施：

一是提高交流电网的绝缘水平；二是采取屏蔽电缆。

五、“三专、两闭锁”的构成、作用及使用范围

（一）“三专、两闭锁”的构成

（1）如图3所示，“三专”：

掘进工作面的局部通风机应采用“三专”供电。

即专用变压器、专用开关、专用线路电。

（2）两闭锁：

即风电闭锁、瓦斯电闭锁。

（二）“三专、两闭锁”的作用

（1）“三专”的作用是保证井下局部通风机供电的安全性，稳定性、连续性及可靠性。

（2）两闭锁是保证因无风或风量不足及微风；瓦斯深度超限的情况下，能及时切断掘进工作面全部非本质安全型电气设备的电源。

防止产生电火花，引起瓦斯、煤尘燃烧爆炸。

（三）“三专、两闭锁”的使用范围

（1）瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井中，局部通风机的供电必须实现“三专、两闭锁”。

（2）风电闭锁就是用来保证掘进工作面动力设备工作前，局部通风机先工作。

（3）瓦斯电闭锁

A、构成

由瓦斯探头、监控系统、断电仪和高压开关构成。

B、瓦斯闭锁原理

如图4所示，当瓦斯探头测得瓦斯浓度超限时，其常开接点K1闭合；接通断电仪电源，其常开接点K2闭合；接通高压开关内的脱扣线圈TQ电路，使高压开关切断掘进工作面电源，实现瓦斯闭锁。

图4：

“三专两闭锁”电气系统图

图5：

瓦斯电闭锁原理图

（4）风电闭锁

风电闭锁如图6：

QC83－120型开关与QC83－80型局部通风机开关闭锁图所示。

其原理如下：

图6：

QC83－120型开关与QC83－80型局部通风机开关闭锁

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