煤矿供电系统.docx
《煤矿供电系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤矿供电系统.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
煤矿供电系统
第一部分：
煤矿供电系统
一、煤矿企业对供电的要求
1、供电的可靠性
为保证对煤矿供电的可靠性，供电电源应采用双电源，双电源可来自不同的变电所（或发电厂）或同一变电所的不同母线上，即在一个电源发生故障的情况下，仍应保证对主要生产用户的供电，使人身和设备不受损害，以及生产的正常进行。
《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6万吨以下的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上不得分接任何负荷，正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式，一回路运行时，另一回路必须带电备用，以保证供电的连续性。
10KV及其以下的矿井架空线路不得共杆架设。
矿井电源线上严禁装设负荷定量器。
2、供电安全性
由于煤矿生产环境复杂，自然条件恶劣，供电设备易于受到损坏，可能造成触电及火花引起火灾和瓦斯、煤尘爆炸等事故。
所以必须采用一系列的技术措施和管理制度，确保供电的安全性。
3、技术经济合理
在满足供电可靠与安全的前提下，还应保证供电质量，并力求系统简单，操作方便，使建设投资和运行维护费用低。
二、电力用户等级划分
按供电的可靠性要求，将电力用户分为三级：
一级，二级，三级。
1、一级用户：
凡停电造成人身伤亡或设备损坏，长期不能恢复生产或对国民经济带来很大损失者，如矿井主通风机，主排水泵，主提人系统等，这类用户应有两个独立的电源供电，无论电力网在正常或事故时，均应保证它的供电。
2、二级用户：
凡停电造成大量废品，产量显著下降或企业内部运输停顿，在经济上造成较大损失者，如矿井主提煤系统钢缆机、主提绞车，压风机以及向采区供电的变电所，对这类用户一般采用双回路供电。
3、三级用户：
凡不属于一、二级用户者均为三级用户，如生活区、地面生产辅助设施，机修厂等。
当电力不足或线路故障停电检修时，矿井供电的原则是：
确保一级用户，二级用户部分或全部供电，停止三级用户供电。
三、电力系统和电网
电力系统：
通常把发电、配电、升压降压及输电线路和用户组成的整体称为电力系统。
电网：
由变电站与各种不同电压的线路组成的部分叫电力网。
供电电压：
供电电压的选择要与电网所处的位置相结合。
一般矿山用电容量大，离发电厂远，需要建矿区变电所对附近多个矿山供电时，矿区变电所供电电压一般采用110KV。
离电网较近时可选用35KV或6KV直供。
我矿矿内降压站35KV供电电源来自南鲍110KV降压站，南鲍降压站安装两台31500KVA变压器降至35KV，我矿两回路电源即来自该站的两台变压器。
架空线路：
我矿两条架空线路规格为：
LGJ-150-400M，允许电流：
445A，带负荷能力为24000KW。
我矿35KV降压站现安装两台主变，分别是1#主变运行，2#线路带电备用。
四、煤矿供电系统的结构：
根据负荷对可靠性的要求，分为有备用系统和无备用系统，在有备用系统中（当一回路发生故障后，其余回路保证全部供电的叫完全备用系统，如果只能保证对重要用户供电的叫不完全备用系统）。
我矿35KV2#线路为完全备用。
1、无备用系统（叫单主回路）
优点：
结构简单，运行方便。
缺点：
可靠性差。
煤矿供电系统对可靠性要求高，主系统一般不予采用。
2
方式；a：
放射式
2
12
2
b:
干线式
12
12
2、有备用系统
优点：
供电可靠性高。
缺点：
占用设备多，投资大。
2
2
2
a:
b:
c:
2
12121
a:
双辐射b:
环状c:
双干线式
五、煤矿变电所的主接线：
有各种电器（变压器、继电器、开关）及连线组成
1、结线形式：
外桥
全桥
内桥
全桥：
结线适应性强，操作方便，运行灵活，易于发展成单母线分段的中间变电所。
缺点：
投资大，设备多，保护复杂。
外桥：
对变压器切换方便，继电保护简单，易于过渡到全桥。
缺点是倒换线路操作不方便。
内桥：
倒换线路方便。
缺点是操作变压器不方便。
汶南矿35KV降压站采用全桥接线方式。
35KV桥形6KV双母线
6KV系统：
单母线分段式
优点：
设备少，系统简单，操作安全，并有一定的可靠性。
缺点：
当母线出现故障，影响供电安全，
双母线结构当任一段母线发生故障，都不影响对用户的供电，可靠性高，运行灵活。
缺点：
设备投资大，结线复杂，该结线方式适用于大容量枢纽变电所。
井下各水平泵房主接线及运行方式：
井下四级泵房均为单母线分段式
井下各水平中央变电所供电电压为6KV：
各中央变电所均为双回路或多回路供电。
-50水平：
三趟高压电缆，从地面降压站供至-50中央泵房。
-250水平由五趟高压电缆从地面降压站供至-250中央泵房。
-400水平由两趟高压电缆从地面降压站供至-400中央泵房。
-650水平由两趟高压电缆从地面降压站供至-650中央泵房。
除-650中央泵房以外，其他三级水平中央变电所供电能力都能满足安全规程第442条的要求，由于目前我矿生产水平主要集中在-650水平，目前该中央变电所两路同时供电能满足供电负荷的要求，当一路发生故障停止供电后，另一回路不能满足带全部符合的要求。
-50水平-250水平
-400水平
-650水平
六、变电所负荷
1、负荷计算：
变电所负荷大小是确定变电所供电系统、接线方式选择变压器容量、导线截面和仪表量程，开关柜选型的依据，同时也是继电保护整定的重要依据。
负荷率：
也叫负荷系数：
设备的实际负荷KW/设备的额定容量（KW）
功率：
（有功功率，无功功率，视在功率）。
视在功率=
功率因数：
有功功率/视在功率
需用系数：
Kf=
其中：
Kf------设备的负荷系数
η----设备实际负荷时的效率
ηl---线路效率0.9-0.95
成组负荷的需用系数：
Kx=
其中：
Kt---设备的同时系数=
ηpj------同时工作设备的加权平均效率。
2、主变压器的选择：
S≥Ksb×Pz/CosΦ
其中：
Ksb-----负荷的保证系数；
Pz------变电所总的有功功率；
CosΦ---人工补偿后的功率因数：
0.9—0.95。
3、功率因数的改善：
（1）功率因数低的影响：
如果负载的有功功率不变，当功率因数降低时，电流增大，则发电机和变压器能输出的有功功率下降，使设备容量不能充分利用；电流增大，使电能损耗和导线截面增加，电网初期投资和运行费用也相应增大，电动机的端电压下降，从而增小了感应电动机的起动转距和过负荷能力。
（2）功率因数的改善方法
a、选用同步电动机
b、采用同步调相机或静电电容器等人工补偿装置，目前矿井变电所多采用6KV线上装设静电电容器来进行集中补偿：
Qc=P（tgψ1—tgψ2）千乏（KVAR）
其中：
P-----------全矿有功功率；
tgψ1---补偿前；
tgψ2---补偿后；
最佳补偿功率因数为：
0.9---0.95；
过低、过高都有害。
第二部分短路电流
短路电流及其危害：
在供电系统中，出现次数较多的严重故障就是短路。
所谓短路就是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接，短路时由于系统中总阻抗大大减少，因而造成短路电流会很大，（几万安培至十几万安培）
一、危害：
（1）这样大的电流产生的热和电动力的作用会使电气设备受到破坏
（2）同时短路点的电压降到零，短路点附近的电压也会显著下降，使这些地方的供电受到严重影响或被迫中断
（3）若在发电厂近处短路，还可能使整个电力系统运行解列，引起严重后果。
二、短路的种类
a.、三相短路b、二相短路c、两相接地短路d、单相接地短路。
a.
A
B
C
三相对称短路：
短路电流最大、
b害最严重。
中性点不接地系统：
.A
（小电流接地）B
C
两相不对称短路。
d1.
A
B
C
单相接地短路。
c.A
B
C
中性点接地系统：
（大电流接地系统）d2.两相不对称短路。
A
B
C
单相接地短路
三、短路产生的原因：
1、由于电气设备载流部分绝缘损坏所造成：
绝缘损坏的主要原因是过电压，绝缘老化，机械损伤
2、人员的误操作，鸟兽在裸露的载流部分上跨越，也能引起短路，蛇、老鼠等。
四、研究短路电流的目的
1、校验电气设备：
电气设备在短路电流的动力效应和热效应的作用下，必须不受破坏，以免扩大事故范围而造成更大损失。
为此，必须用短路电流来校验所选电气设备的动、热稳定性。
2、选择和整定继电保护装置：
为了保证继电保护装置能灵敏、可靠、有选择地迅速切除故障，必须用短路电流来选择与整定继电保护装置
3、确定限流措施：
当短路电流过大，造成设备选择困难或不够经济时，应采取限流措施（选择限流电抗器等）。
4、选择主接线方式，短路电流是主接线方案的比较内容之一，以便确定更安全、可靠、经济的主接线方案和主要运行方式（并联运行改为分段运行）。
五、短路电流的计算：
1、绝对值法（有名值法）：
I
=
I
=
I
Sd=
UpI
其中：
V-----线电压；
Z-----阻抗；
Up----电源母线的平均电压
I
-----三相短路电流
2、相对值法（选择基准量）：
短路电流计算：
有限容量短路电流计算
短路电流计算：
无限容量短路电流计算
复杂电网短路电流计算（发电厂、电网）
六、短路电流的动力效应及热效应：
短路电流通过电气设备或载流导体时，产生很大的电动力，可能使设备受到破坏或产生永久性变形，强大的短路电流产生的热，造成设备温度升高，使绝缘强度降低，并加速老化，过高的温度会使绝缘破坏，为了正确的选择和校验电气设备及载流体：
保证电气设备可靠的工作，必须用短路电流的动力效应及热效应对电气设备进行校验。
1、短路电流的电动力：
F=2.04Ks×i1×i2×
×10-2（Kg）
其中：
i1、i2-----两导体中电流瞬时值KA；
L--------平行导体的长度（厘米）；
a--------两平行导体中心线距（厘米）；
Ks------导体的形状系数（Ks与导体的形状和相互位置有关，圆形导体Ks=1；矩形Ks≠1。
）
三相短路时，中间一相所受的电动力最大：
L1Fi1
a
L2Fi2
对成套电气设备，因其L导线中心距a形状系统Ks均为定值，故此力只与电流大小有关，因此成套设备的动稳定性常用设备极限通过电流来表示，当成套设备的极限电流峰值（或最大值）>Ieh时，设备的机械强度就能承受冲击电流的电动力，即电气设备的抗冲击强度合格。
2、短路电流的热效应
短路电流通过导体时，由于发热量大，时间短（一般不超过几秒钟）其热量来不及散入周围介质中去，因此认为该全部热量，都用来升高导体温度。
导体达到的最高发热温度Tm与导体短路的温度下短路电流大小通过短路电流时间的长短有关。
在时间t内短路电流在导体内产生的热量可用下式表示：
Qt=∫
0.24I
RptdI
：
短路电流Rp：
导体平均电阻
td：
短路电流持续时间
对成套设备，因导体材料及截面Sb已确定，故达到允许极限温度所需要的热量Q，只与电流及其通过的时间有关，故产品的样本中，一般都给出设备的几秒钟的热稳定电流。
当IRn≥I∞
设备热效应满足要求，合格。
IRw：
设备tRw内能承受的热稳定电流——样本中查。
I∞：
稳定短路电流。
tj:
短路电流作用的假想时间
TRw：
设备热稳定电流所对应的时间（秒）——样本中查
第三部分：
高压供电设备
一、电力变压器
普通型电力变压器（三相、单相）
1、种类：
特殊型电力变压器（三相、单相）
电力变压器它是由电磁感应作用能把交流电源一种电压等级在同一频率下变换为另一种电压。
矿用油浸变压器
矿用变压器是
特殊型电力变压器干式变压器（移动站）
升压变压器：
发电厂变压器是将电压升高向网输送
降压变压器：
用户变压器是将电压降低向电动机提供动力
我矿35KV降压站现安装两台主变：
一台SF7-12500KVA/35/6.3KV和一台SF7-16000/35/6.3。
就是将电网35KV电压变至6.3KV，向矿井各个地点输送。
2、工作原理：
变压器的工作原理来源于电磁感应定律。
无论是单卷变压器，双卷变压器或是三卷变压器道理都是一样的。
U1
U2
3、我矿供电电压有交流高压：
35KV、6KV；低压：
660V、220V、127V、36V、12V等；直流电压：
550V、400V、250V、24V等。
我矿井下用变压器均为双卷矿用一般油浸动力变压器和干式变压器。
我矿井上变压器一般为普通型油浸（户外）电力变压器，多数为双卷变压器。
我矿目前新安装两台新型三卷节能电力变压器。
与其它双卷变压器不同的是：
一个变压器同时输出两种低压电源380V和660V。
目前，我矿用的电力变压器除地面用普通户外变压器外，井下为矿用一般型和干式电力变压器，其主要区别外壳强度比地面有所加强，再就是井下电力变压器接线方式不同，井上低压供电为三相四线制，中性点接地。
井下电力变压器严禁中性点接地，供电均为三相三线制。
二、高压开关柜
组成：
是由隔离开关（隔离刀闸）、断路器、传动机构，支持绝缘子及外壳组成。
其中：
断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备。
正常情况下，根据需要用来接通和断开电路，在故障时自动而快速的将故障部分切除。
断路器的种类：
根据灭弧介质的不同：
油断路器（分多油断路器和少油断路器）；空气断路器；六氟化硫断路器；真空断路器。
目前我矿主要是油断路器，空气断路器及真空断路器。
断路器的核心问题是如何迅速而可靠的切断电弧。
1、电弧的发生与熄灭
电弧：
断路器断电路时，其动静触头逐渐分开形成间隙，在电源电压作用下，触头间隙中的介质被击穿导电，形成间隙的电弧。
碰撞游离是电弧发生的主要原因，而触头间的强电场则是电弧发生的必要条件。
2、灭弧的基本方法
a.气吹灭弧；b.油吹灭弧；c.电磁吹弧
三、高压断路器
1、多油断路器
开断电路时，由于电弧高温，使变压器油蒸发分解成气体，由在分解气化过程从电弧里吸收了大量的热，有力地促进了电弧熄灭。
注意事项：
使用多油断路器时，油量要适当，油量过多会使腔内空气垫减少，切断大电流时，使油箱内所受压力增高，可能造成油箱爆炸，油量过少，使油气、氢气等的路径过短，未得到足够冷却而与油面部的空气接触，也有可能造成爆炸的危险。
油质：
油质主要是油的绝缘水平，绝缘高，油不易被气化分解，在开断大电流时，产生的气体少，造成爆炸的危险程度就小。
油质太脏，油质炭化严重，在开断大电流时，就会造成油质导电，出现短路事故，引起油箱爆炸，这是非常危险的，因此，对其用油每年都要抽样化验，对事故跳闸三次以上的要取样化验，油质发黑或变红都要取样化验。
绝缘油要求：
用于15KV以下设备：
新油25KV，运行中20KV
35KV设备：
新油35KV，运行中30KV。
2、少油断路器
少油断路器的灭弧室装在绝缘筒或不接地的金属筒中，其绝缘油只用作灭弧和动静触头之间的绝缘。
其特点是：
体积小，用油少，重量轻。
目前应用较多，少油断路器也对油质有较高的要求。
3、真空断路器
所谓真空断路器就是利用真空作为绝缘和灭弧的手段，所谓真空是指其空气稀薄，真空度在10-4托以上。
特点：
结构简单，体积小，重量轻，寿命长，使用安全，维护方便等。
但由于目前真空的绝缘特性及动触头部分的密封技术问题，触头开距不易过大，目前，还不能用高电压一般在35KV以下。
4、高压断路器的主要参数及操作机构
（1）、额定电压：
Ue
它是由断路器相间或相对“地”的绝缘水平决定的。
一般允许高于额定电压15%长期运行---断路器的最高电压。
（2）、额定电流：
Ie
它是由断路器载流部分与非载流部分的长期允许温度决定。
当环境温度不高于40℃时，长期工作电流不允许超过允许值。
（3）、额定开断电流：
Iek
它是指在额定电压下，能可靠开断的最大电流，它是表示断路器灭弧能力的参数。
（4）、额定断流容量Sek
Sek=√3UeIek
其意义同额定开断电流
（5）、热稳定电流IRw
热稳定电流时间：
1秒、5秒、10秒的热稳定值来表示。
例如：
10秒钟的热稳定电流是指该电流在断路器上存在10秒钟，而断路器各部分温升不超过其短路时允许的最高温升（不妨碍以后正常工作）。
（6）、极限电流
它是用来考核断路器的动稳定性，是该电流流过断路器产生的电动力不致使断路器机械部分发生永久性变形。
（7）、分合闸时间
分合时间越短越好，最好的断路器和闸时间0.02秒。
操作机构：
它是用来使断路器合闸，维持合闸和跳闸的装置。
种类：
a、手动操作机构（特点：
合闸时间长，且不需要自动重合闸，设备简单，人力操作，目前井上下应用较多；b、电磁操作机构（特点：
结构简单，操作方便，缺点：
需要直流操作电源，6KV变电所、35KV变电所应用）；c、弹簧储能操动机构（利用预先储存在弹簧中的能量进行合闸，弹簧中的能量是由电动机或手动将弹簧拉长或压缩。
目前主要应用在-650中央泵房高压开关柜上；d、液压式操动机构，目前矿井未用。
四、电器选择的一般原则
1、根据用途和使用环境分一般型和矿用型
其中：
一般型分户内和户外两种类型；矿用型分矿用一般型、
安全型、防爆型和隔爆兼安全火花型等。
2、根据正常工作条件选择电器参数：
a.额定电压
b.额定电流Ie≧Ig
c.温升允许电流Iy≧Ig
d.额定开断电流Iek＞Id
e.额定开断容量Sek
f.动、热稳定性校验
五、架空线及变电所母线选择
架空线分铝胶线（价格低，导电好，抗拉强度低）、钢胶线（价格低，导电性能差，抗拉强度大）、铜胶线（导电率大，抗腐蚀性好，但价格贵、抗拉强度差）、钢芯铝胶线（价格低，导电性好，抗拉强度高，被广泛采用）。
1、材料：
根据导电性能，抗拉强度和经济效益，一般选用架空线为纲芯铝胶线，我矿35KV架空线采用LGJ-150-400m.
2、截面：
主要根据矿井负荷大小选择，一般选择Iy﹥IM
我矿1#主变满负荷电流201A，2#主变满负荷252.5A
正常运行一台。
LGJ-150载流量445A﹥矿井最大工作电流。
变电所母线材质选型同架空线，一般选铝母线排。
六、短路电流的限制及限流电抗器
限制短路电流对选择开关设备很有好处，电网中短路电流过大造成所选择电器容量过大，很不经济，有时甚至无法选择合适的电器，其途径就是增加回路的总阻抗。
方法：
1、改变电网的运行方式，将并联运行改分裂运行。
2、在回路中串入限流电抗器来增加回路的总阻抗。
选择限流电抗器要适当，电抗越大，对限流有好处，但由于电抗器增加造成电压损失增加，对正常运行不利，应在电压波动的允许范围内选择。
七、高压电机：
分异步电动机和同步电动机，异步电动机分绕线式电动机式和鼠笼式电动机，鼠笼式电动机分防爆电动机和不防爆电动机。
无论是异步电动机或同步电动机都有定子绕组和转子组成。
1、异步电动机
工作原理：
在电动机的定子绕组中通入对称三相电流，就在定子的两极产生一个旋转磁场，转子导体切割磁力线产生感应电势和电流，这个电流与磁场相互作用就产生了电动力，电机转子在电磁力的作用下带动负载就转动，这就是异步电动机的简单工作原理。
N=60f/P（1-s）
2、同步电动机
工作原理：
同步电动机与异步电动机的绕组基本相同，它的转子则是与定子相同极数的固定极性的磁极组成，当定子绕组接上对称三相电源，就会在电机的气隙中产生一个与转子同极数的旋转磁场，旋转磁场的磁极根据异性相吸的原则，吸引转子磁极以相同的转速旋转，故称之为同步电动机。
N=60f/P
八、继电保护
1、常见故障及危害
由于煤矿特殊生产环境和条件，煤矿供电系统在运行中有可能发生一些故障和不正常运行状态，常见的主要故障有：
⑴、相间和接地短路；⑵变压器、电动机、电力电容器等由于长期过负荷运行和损伤造成匝间或相间局部短路故障。
不正常运行状态主要是指：
过负荷、一相断线、一相接地及漏电。
危害：
a、短路故障往往造成严重的后果，影响供电系统的正常运行，并伴随着强烈的电弧和电动力，使故障设备遭受损害。
b、长期过负荷将使设备绝缘老化。
c、一相断线易于引起电动机过负荷。
d、对中性点不接地系统（井下）一相接地易造成电弧接地过电压并使其他两相对地电压升高3倍，两种过电压都可能引起相间短路。
e、尤其在煤矿井下，接地电弧能引起火灾和瓦斯煤尘爆炸，漏地造成人身触电外，还能引起瓦斯、煤尘爆炸。
因此当故障发生或出现不正常运行状态时，必须可靠的使故障线路或设备断电，防止事故扩大造成严重后果。
2、保护装置的种类及要求
为保证矿井供电的安全可靠，供电系统的主要设备和供电线路上都要装设继电保护装置。
①、作用
a.当被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障元件断开。
b.当设备出现不正常的运行状态时，保护装置一般作用于信号，以便及时采取措施，在煤矿井下，一般作用于跳闸。
过流继电器
操作电源
②、保护装置构成
执行元件
逻辑元件
信号输入
测量元件
跳闸
③、继电器的种类，按测量物理量不同分，电流、电压、功率方向、阻抗器等继电器。
按作用原理分：
电磁型、感应型、半导体型，其中半导体型分整流型和晶体管。
根据测量元件与主回路的连接方式不同分为一次作用方式（直接）与主回路连接和二次主回路连接（经互感器连接）。
④、执行元件作用于跳闸的方法，分直接动作式（执行元件的电磁机构直接动作于跳闸）；间接动作式（经继电器接点接通跳闸线圈），前着主要用于低压，后者主要用于高压供电设备，后者的操作电压有直流和交流两种，我矿35KV降压站操作电源为直流电。
⑤、对继电器的几个基本要求
a.选择性（最近动作）；b.快速性（动作时间）；
b.灵敏性（反应能力即灵敏系数）；d.可靠性（不应误动或拒动）
第四部分供电安全技术
一、井下电气设备工作条件
1、井下巷道、峒室和采掘工作面的空间狭窄。
2、由于顶板压力及放炮的影响，电气设备及电缆易受掉矸和片邦的砸压。
3、井下空气潮湿，常有滴水，电气设备易受潮。
4、井下有瓦斯与煤尘，在一定条件下可以点燃和爆炸。
5、井下电气设备起动频繁，负载变化较大，容易过载。
二、触电危险及其预防方法
触电：
人身触及带电体或接近高压带电体时，使人身成为电流通路的一部分。
触电对人体组织的破坏：
电击和电伤。
电伤：
往往是人体触及高电压时，由于电弧形成了强电流通过人身而造成烧伤（强电流瞬时通过人身的某一部分造成人体表面器官的破坏）。
电击：
人体触及电器，电流通过人身引起生理变化所致。
1、安全电流：
触电的危险取决于通过人体的电流与作用时间的乘积，一般用毫安.秒。
I=K/√t。
I-----造成心室颤动时身体的电流（毫安mA）
t-----触电时间8.3ms~5s
K----常数mA.S1/2，它与人体的体重及发生心室颤动的机率有关。
K值不同国家有不同的标准，美国K=116~185，加拿大、俄罗斯为165，一般取116~185。
人身的触电安全电流：
美国10mA，法国50mA，
升级会员 