井下供电.ppt

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1、5.矿井井下供电 5.1 矿井供电系统的结构矿井供电系统的结构u矿井供电方式的决定因素矿井供电方式的决定因素矿区范围矿区范围采用机械化方式采用机械化方式矿层结构矿层结构采煤方法采煤方法矿层埋藏深浅矿层埋藏深浅井下涌水量大小井下涌水量大小u典型供电方式：深井、浅井、平硐三种典型供电方式：深井、浅井、平硐三种u井下供电系统的结构井下供电系统的结构井下中央变电所井下中央变电所 井下供电的中心，它直接由地面变电所供电，并向下列设备及地点配电：1）采区变电所及高压电动机，例如主排水泵的高压电 动机；2）井底车场及附近巷道的低压动力及照明；3）井下电机车需要的直流电。采区变电所采区变电所 采区变电所为采区

2、用电中心，其任务是将井下中央变电所送来的高压电或是地面直供的高压电变为低压电，并将此电力配送至采掘工作面及其它设备。移动变电站移动变电站 移动变电站就是由特制的高压配电装置、干式变压器及低压配电装置所组成的整体。放在车子上，在平巷（顺槽）的轨道上移动，距工作面一般为50300m。移动变电站用来为工作面电气设备供电。工作面配电点工作面配电点 为了便于操作工作面的动力设备，必须在工作面附近巷道中设置控制开关和起动器。由这些装置所组成的总体叫做工作面配电点。工作面配电点可以分为采煤与掘进两种。它是随着工作面的推进而定期地移动的。工作面配电点是由采区变电所或移动变电站供电，并通过控制开关及起动器把电能

3、送至工作面用电设备。中央变电所中央变电所典型的井下供电系统图典型的井下供电系统图5.2 井下供电设备井下供电设备5.2.1 5.2.1 概述概述 矿用电气设备分为两大类，即矿用一般矿用电气设备分为两大类，即矿用一般型电气设备和矿用防爆电气设备。型电气设备和矿用防爆电气设备。u 矿用一般型电气设备矿用一般型电气设备 矿用一般型电气设备是一种煤矿井下用的非防爆型电气设备，它只能用于井下无瓦斯煤尘爆炸危险的场所。对矿用一般型电气设备的基本要求是：外壳坚固、封闭，能防止从外部直接触及带电部分；防滴、防溅、防潮性能好；有电缆引入装置，并能防止电缆扭转、拔脱和损伤；开关手柄和门盖之间有连锁装置等。矿用一般

4、型电气设备外壳的明显处，均有清晰的永久性凸纹标志“KY”。u 矿用防爆型电气设备矿用防爆型电气设备 使用在煤矿井下的防爆电气设备，应为国家标准(GB3836)中防爆电气设备的I类。矿用防爆型电气设备共分有九种防爆型式：隔爆型：隔爆型：隔爆型是指将所有能产生火花、电弧和危险温度的零部件都放到具有足够强度的壳体之内，当壳体内部发生爆炸时，不致引起外部爆炸性混合物爆炸。符号为“d”。本质安全型：本质安全型：本质安全型是指电路系统中，在正常状态和故障状态下，产生的电火花和温度，都不能引起爆炸性混合物爆炸。符号为“i”。增安型：增安型：增安型是指在零部件上采取适当的措施，使其在正常运行时不产生火花、电弧

5、和危险的温度。符号为“e”。正压外壳型：正压外壳型：正压外壳型是指通过保持外壳内部保护气体的压力高于外部环境大气压力，以阻止外部爆炸性气体进入外壳内。符号为“p”。充油型：充油型：充油型是指将可能产生火花、电弧和危险温度的带电零部件浸在油中，使其不引起油面上爆炸性混合物爆炸。符号为“o”。充砂型：充砂型：充砂型是指一种在外壳内充填砂粒或其它规定特性的粉末材料，使之在规定的使用条件下，壳内产生的电弧或高温不能点燃周围爆炸性气体环境。符号为“q”。n n型（旧标准称无火花型）：型（旧标准称无火花型）：n型是指在正常运行条件下不产生电弧或火花，也不产生能够点燃周围爆炸性混合物的高温表面或灼热点，且一

6、般不会发生有点燃作用的故障。浇封型：浇封型：浇封型是指将可能产生点燃爆炸性混合物的火花或过热的部分封入复合物中，使它们在运行或安装条件下不能点燃爆炸性气体环境。符号为“m”。气密型：气密型：气密型是指用熔化、挤压或胶粘的方法进行外壳的密封，以防止壳外气体进入壳内。符号为“h”。特殊型：特殊型：特殊型是指结构上不属于上述各类型，而采用其它措施达到防爆的目的。符号为“s”。井下供电设备的选用首先应符合煤矿安全规程第444条的规定，如表所示：使用场所类别煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井和瓦斯喷出区域瓦斯矿井井底车场、总进风巷和主要进风巷翻车机硐 室采 区进风巷总回风巷、主要回风巷、采区回风巷、工作

7、面和工作面进风巷低瓦斯矿井*高瓦斯矿井1.高低压电机和电气设备*矿用防爆型(矿用增安型除外)矿 用一般型矿 用一般型矿 用防爆型矿 用防爆型矿用防爆型(矿用增安型除外)2.照明灯具*矿用防爆型(矿用增安型除外)矿 用一般型矿 用防爆型矿 用防爆型矿 用防爆型矿用防爆型(矿用增安型除外)3.通信、自动化装置和仪表、仪器矿用防爆型(矿用增安型除外)矿 用一般型矿 用防爆型矿 用防爆型矿 用防爆型矿用防爆型(矿用增安型除外)表中：*表示使用架线电机车运输的巷道中及沿该巷道的机电设备硐室内可以采用矿用一般型电气设备（包括照明灯具、通信、自动化装备和仪表、仪器）；*煤（岩）与瓦斯突出矿井的井底车场的主泵

8、房内，可使用矿用增安型电动机；*允许使用经安全检测鉴定，并取得煤矿矿用产品安全标志的矿灯。u 矿用电气设备的通用要求矿用电气设备的通用要求 由于煤矿井下环境潮湿，还有煤块、岩石冒落的危险，并存在爆炸性混合物，因此用于煤矿井下的电气设备应具备以下一些基本条件，也即矿用电气设备的通用要求：电气设备的外壳应具有一定的防护能力；具有良好的防潮性能，以保证电气设备良好的绝 缘性能；各种类型的电气设备在满足技术要求的前提下，应尽量减小体积，且操作、维修方便，以适合井 下工作环境狭小的特点。5.2.2 井下的主要供电设备u矿用一般型矿用一般型 开关柜开关柜矿用一般型开关柜其旧型号包括GKW型、GKF型，新型

9、号有KYGG和KYGC等。主要技术数据如右表：名称名称单单位位技技术术参数参数额额定定电压电压kV3、6、10最高工作最高工作电压电压kV3.6、7.2、12额额定定电电流流A5630、1250额额定短路开断定短路开断电电流流kA12.5、25额额定短路关合定短路关合电电流流(峰峰值值)kA31.5、63额额定短定短时时耐受耐受电电流流(2s)kA12.5、25额额定峰定峰值值耐受耐受电电流流(峰峰值值)kA31.5、63u矿用变压器矿用变压器 矿用变压器可以分为矿用一般型变压器和矿用隔爆型变压器：矿用一般型变压器矿用一般型变压器 按照绝缘介质的不同可分为油浸式和干式。目前煤矿常用的矿用一般型

10、变压器主要是矿用干式变压器。矿用一般型干式变压器常用型号为KSG系列，其型号含义如右图所示矿用隔爆型变压器矿用隔爆型变压器 是专门为了适应井下有甲烷混合气体和煤尘等有爆炸危险的环境而设计的变压器。常用型号有KBSG系列、KBSGT系列等。KBSG系列变压器其型号含义如下图所示 KBS额定容量/额定电压干式三相隔爆型矿用Gu矿用高压隔爆开关矿用高压隔爆开关 矿用高压隔爆开关是由多种高压电器、保护装置、测量用仪器仪表和隔爆装置组成的成套配电装置。目前常见的高压隔爆开关型号为BGP系列或被作PBG系列。BGP系列的型号含义如下图所示。u低压馈电开关低压馈电开关 矿用隔爆型馈电开关，用于低压配电线路中

11、，作为配电开关。它具有隔爆性能，在有爆炸危险混合物和煤尘的矿井中能安全可靠使用。常见的馈电开关为BKD系列和KBZ系列。其型号含义如图所示：u低压磁力起动器低压磁力起动器 起动器是供电动机起动和停止用的具有过载保护的一种控制电器。隔爆型磁力起动器是一种组合电器，主要由隔离开关、接触器、熔断器、继电保护装置、按钮等元件组成，并将其装在隔爆外壳中。型号主要有QBZ系列，QBD系列，QJZ系列。QBZ系列磁力起动器型号含义如下：u矿用隔爆兼本质安全型组合开关矿用隔爆兼本质安全型组合开关 矿用隔爆兼本质安全型多回路电磁起动器简称矿用组合开关，主要是用来控制煤矿井下采煤掘进、运输等成套设备的组合电器。常

12、用的QJZ系列矿用隔爆兼本质安全型组合开关的型号含义如下图所示：u矿用隔爆型移动变电站矿用隔爆型移动变电站 移动变电站通常放在工作面附近区段坪巷的轨道上，可随着工作面的推进而移动。由于高压电能送至工作面附近，从而缩短了供电距离，减少了电能损耗和低压电缆的需用量，提高了供电的经济性，同时也保证了供电电压质量。矿用隔爆移动变电站常用型号有KSBGZY系列和KBSGZY2T系列。u矿用电缆矿用电缆 煤矿井下常用的动力电缆主要有铠装电缆、橡套电缆、塑料电缆等类。铠装电缆主要在井筒和巷道中作井下输电干线向固定设备供电用；橡套电缆主要在采掘工作面供移动机械连线用；而塑料电缆近年来已在煤矿得到了各种应用。5

13、.3 5.3 井下保护井下保护u 煤矿井下供电的三大保护：煤矿井下供电的三大保护：过流保护 保护接地 漏电保护u 对矿井电气保护装置的基本要求：对矿井电气保护装置的基本要求：选择性快速性灵敏性可靠性u 保护整定原则及配置保护整定原则及配置3110kV电网继电保护装置运行整定规程 （1996年6月1实施）煤矿安全生产规程 （2005年1月1日起实行）煤矿电工手册 煤炭工业出版社煤矿井下供电三大保护整定细则 煤炭工业出版社矿井漏电保护 煤炭工业出版社5.3.1 5.3.1 过流保护过流保护过电流故障有短路、过载和单相断线三种情过电流故障有短路、过载和单相断线三种情况。况。井下短路分为三相、两相两种

14、，而单相接地井下短路分为三相、两相两种，而单相接地不属于短路，但可发展为短路。不属于短路，但可发展为短路。过负荷也称为过载，必须具备过流和超时这过负荷也称为过载，必须具备过流和超时这两个条件，才称为过负荷。两个条件，才称为过负荷。供电线路或用电设备一相线断开时称为断相。供电线路或用电设备一相线断开时称为断相。电动机的此种运转状态叫做单相运行。可电动机的此种运转状态叫做单相运行。可导致温度上升，甚至烧毁电动机。导致温度上升，甚至烧毁电动机。煤矿井下线路越级跳闸原因分析煤矿井下线路越级跳闸原因分析u 整定方法不合理整定方法不合理 速断保护按躲过负荷电流的某个倍数整定，比按短路电流整定得到的值要小得

15、多，发生短路后沿线保护均启动，跳闸取决于开关的机械特性。u 解决方法解决方法 正确整定u 短线路造成保护定值无法区分短线路造成保护定值无法区分短线路短路电流的变化平缓，始末端短路电流差值小，按躲过线路末端最大短路电流整定，一般保护灵敏度1。电力系统规程建议在灵敏度小于1的情况下不适宜装设电流速断保护，但是煤炭规程规定井下必须装设速断保护，不准甩掉不用。此时一般按同一灵敏系数法整定，造成线路在最小运行方式下有保护范围，然而在最大运行方式下可能发生越级跳闸。u 解决方法：解决方法：在短线路增设限流电抗器，注意端电压、井下条件限制。改变保护原理：差动保护u 短线路造成保护定值无法区分短线路造成保护定

16、值无法区分u 系统的运行方式差异较大系统的运行方式差异较大系统运行方式差异较大，按躲过线路末端最大短路电流整定，一般保护灵敏度1；电力系统规程建议在灵敏度小于1的情况下不适宜装设电流速断保护，但是煤炭规程规定井下必须装设速断保护，不准甩掉不用；此时一般按同一灵敏系数法整定，造成线路在最小运行方式下有保护范围，然而在最大运行方式下可能发生越级跳闸。u解决方法解决方法电力自动化系统：随运行方式切换保护定值改变保护原理：差动保护u 系统的运行方式差异较大系统的运行方式差异较大u 短路电流过大短路电流过大 短路电流短路电流超出了保护装置短路电流的最大保护超出了保护装置短路电流的最大保护范围范围（现在井

17、下高压综保一般为（现在井下高压综保一般为10倍）倍），如线，如线路末端母线的最大三相短路电流为路末端母线的最大三相短路电流为3340A,而线而线路的路的CT的变比为的变比为200/5，也就是保护的最大电，也就是保护的最大电流只能选取流只能选取2000A。u 解决方法解决方法 改变改变CT变比变比 加装限流电抗器加装限流电抗器 改变保护原理：差动保护改变保护原理：差动保护5.3.2 保护接地 为了减少人身触电电流和非接地电气设备对地电流的火花能量，防止电气事故的发生，煤矿安全规程规定：“电压在36V以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、构架，铠装电缆的钢带（或钢丝）、铅皮或屏蔽

18、护套等必须有保护接地。”（a）没有保护接地 （b）有保护接地通过人体的电流与流经接地极的电流有如下关系：接地电阻越小，则流经人体的电流就越小，电流大部分由接地极入地。所以，只要将接地电阻的数值控制在规定的范围以内，就可以使通过人身的电流达到安全值以下，确保了人身的安全。此外，由于装设了保护接地装置，碰壳处的漏电电流大部分将经接地极入地。即使设备外壳与大地接触不良而产生火花，但由于接地装置的分流作用，使电火花能量大大减小，从而避免了引爆瓦斯、煤尘的危险。煤矿安全规程煤矿安全规程中对接地电阻有明确的规定：中对接地电阻有明确的规定：“接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过接地网上任一保护接地点的

19、接地电阻值不得超过22。每一移动式和手持式电气设备至局部接地极之。每一移动式和手持式电气设备至局部接地极之间的保护接地用的电缆芯线和接地连接导线的电阻间的保护接地用的电缆芯线和接地连接导线的电阻值，不得超过值，不得超过11。”5.3.3 5.3.3 漏电保护漏电保护 由于煤矿井下供电的特殊性，煤矿安全规程中规定：“严禁井下配电变压器中性点直接接地。”。在中性点对地绝缘的供电系统中，若发生一相带电导体直接或经一定的过渡阻抗接地，流入大地中的电流增大，这种情况属于漏电故障。在电网发生漏电故障时，必须采取有效的保护措施，否则会导致人身和设备的危害。煤矿安全规程第457条规定：地面变电所和井下中央变电

20、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。井下低压馈电线必须装设检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置，保证自动切断漏电的馈电线路。目前煤矿电网的接地保护多采用零序电流、零序无功功率方向等的保护原理。其中零序电流原理是基于故障线路零序电流大于非故障线路零序电流的特点，区分出故障和非故障元件，从而构成接地保护。零序无功功率方向原理是利用故障线路零序电流（线路流向母线）滞后零序电压90 、非故障线路零序电流（母线流向线路）超前零序电压90 的特点来实现。由于这一原理对零序电流的大小要求降低，使之在实际电网中得到广

21、泛应用，但其对零序电流互感器的角特性要求较高。对中性点不接地电网的，显然，通过零序电流的大小和方向是很容易区分故障支路和非故障支路的；中性点经消弧线圈接地的电网发生单相接地故障时，流过故障支路零序电流互感器的电流由原来的电容性电流可能变成电感性电流（过补偿），或者电容性电流幅值减小（欠补偿），或者电阻性电流（全补偿）。用前面的零序电流原理、零序电流功率方向原理来区别故障支路与非故障支路是不行的，给接地保护带来困难。u 其他的接地保护原理：其他的接地保护原理：首半波保护原理谐波电流方向保护原理注入法原理零序电流有功分量原理 都存在一定的局限性与不足。5.3.4 5.3.4 三专两闭锁三专两闭锁

22、在煤矿安全规程中明确规定了掘进工作面实现“三专两闭锁”。“三专”即供电系统中所说的专用变压器、专用开关、专用线路，“两闭锁”指的是风电闭锁、瓦斯电闭锁。u“三专三专”供电的有关规定供电的有关规定 煤矿安全规程规定：低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机，可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，或与采煤机工作面分开供电。高瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机应采用三专(专用变压器、专用开关、专用线路)供电。u“两闭锁两闭锁”有关规定有关规定 煤矿安全规程规定，高瓦斯矿井必须装备矿井安全监控系统。没有装备矿井安全监控系统的矿井的煤巷、半煤巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进工作面，必须装备甲烷风电闭锁装置或甲烷断电

23、仪和风电闭锁装置。没有装备矿井安全监控系统的无瓦斯涌出岩巷掘进工作面，必须装备风电闭锁装置。5.3.5 5.3.5 杂散电流的危害与防治杂散电流的危害与防治 杂散电流是指不按指定路径流通的电流。在煤矿井下，主要是指不按规定路径流通的电流。所谓规定路径，是指“变流所正极馈电线架线机车钢轨回电线变流所负极”这一通路。1 1牵引变电所；牵引变电所；2 2馈电线；馈电线；3 3接触线；接触线；4 4钢轨；钢轨；5 5回流线；回流线；6 6电机车；电机车；7 7管线；管线；8 8绝缘夹板；绝缘夹板；9 9金属假顶；金属假顶；1010采区煤仓采区煤仓u 杂散电流的危害杂散电流的危害对管线及金属结构的腐蚀，

24、使电雷管发生先期放炮；人身触电 干扰井下通信系统 造成漏电保护误动作 等等 随着煤矿井下的电压等级、设备容量等均不断增加，杂散电流的危害问题将更加突出。煤矿安全规程第七百一十四条规定：变电所（站）、整流站、绞车房等重要场所，以及大中型采掘运输设备应配备通信设备。通信设备应不受接触网、高压线、雷雨放电和杂散电流的影响。爆破安全规程（GB 672286 UDC 622.81）规定，“爆破作业场地的杂散电流值大于30mA时，禁止采用普通电雷管”。煤矿井下牵引网络杂散电流防治技术规范规定，有关地点的杂散电流值“不应大于60mA”。u杂散电流的防治措施杂散电流的防治措施降低轨道纵向电阻和轨道接缝电阻 设

25、法减小轨道的接缝电阻；尽量采用电阻率较低的钢轨；保证各平行回流钢轨之间每隔一段距离连接一根导线，以及道岔各部分和道岔心之间有导线连接，为杂散电流提供一条低电阻通路。降低机车电流提高牵引电压 缩短供电区间长度 增设变流所，成本较高；设立回流线，电流从回流电缆返回到牵引变电所，相当于缩短了轨道的长度（供电区间长度）。增大轨地过渡电阻保证良好的轨地绝缘，“对道床经常清理，应无杂物、无浮煤、无积水”。消除采区和掘进巷道中的杂散电流在运输主巷道与采区或掘进巷道交界处安装绝缘道夹板，有助于减小杂散电流；消除架线的泄漏电流定期维护架线绝缘瓷 合理排流 排流时间不能过长 改变井下直流牵引变流所电网极性正电源接钢轨，而负电源接架线