第一章礦井供電系統(tǒng)

1、 第一節(jié) 礦井供電概述 第二節(jié) 礦井供電系統(tǒng) 第三節(jié) 井下變電所 一、煤礦對供電的基本要求 電力是煤礦的主要能源，為確保安全供電和生產(chǎn)，煤礦對供電有四個基本要求： 1供電安全電安全包括人身安全、礦井安全、設(shè)備安全三方面。由于井下的特殊工作環(huán)境，為防止觸電、電火災(zāi)和瓦斯、煤塵爆炸事故， 須嚴(yán)格按照國家最新公布煤礦安全規(guī)程中的有關(guān)規(guī)定進行供電設(shè)計、安裝與運行，同時嚴(yán)禁井下違章作業(yè)。 2供電可靠 供電可靠是指不間斷供電。根據(jù)負(fù)荷的重要程度，煤礦電力負(fù)荷分為三類，各類負(fù)荷 對供電可靠性的要求不同，采取的供電方式也不同。 為確保安全生產(chǎn)，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障或檢修需要限電時，對三類負(fù)荷可全部停止供電，對二

2、類負(fù)荷可部分或全部停電，以確保對一類負(fù)荷的不間斷供電。 3供電質(zhì)量 供電質(zhì)量是指供電電壓、頻率基本穩(wěn)定為額定值。我國煤礦一般要求電壓允許偏差不超過額定電壓的正負(fù)5%，頻率允許偏差不超過正負(fù)（0.20.5）Hz。頻率的質(zhì)量是由發(fā)電廠保證的；電壓的質(zhì)量是靠調(diào)整變壓器分接頭、降低電源內(nèi)阻抗和輸電線路上的電壓損失保證的。 4供電經(jīng)濟 供電經(jīng)濟是指礦井供電系統(tǒng)的投資、電能損耗及維護費用盡量少。這就要求合理地確定供電系統(tǒng)，優(yōu)選質(zhì)量高、損耗小、價格低的系統(tǒng)設(shè)備，但是必須在滿足上述三個要求的前提下，盡量保證供電的經(jīng)濟性。此外，考慮到以后的發(fā)展，在煤礦供電設(shè)計時還應(yīng)留有擴建的余地。 二.供電電壓等級 1. 供電

3、線路電壓等級取決于供電的功率及供電距離。供電功率越大，輸送距離越遠(yuǎn)，需要的電壓等級越高。這是因為供電功率越大，線路中的電流越大；距離越遠(yuǎn)，線路的阻抗越大。從而使得線路的功率損失和電壓損失越大。在功率一定的條件下，提高供電電壓可減少電壓及功率損失，提高供電質(zhì)量和經(jīng)濟性。 2.電壓等級 1)國家規(guī)定的電壓等級 交流： 低壓 24V、36V、127V、220V、380V。 高壓 3kv、6KV、10KV、35KV、63KV、110KV、154KV、220KV。 超高壓 330KV、500KV、750KV。 直流： 110V、220V、250V、500V。 目前，我國正進行西北電網(wǎng)750KV輸變電示范

4、工程建設(shè)，這是目前亞洲最高電壓等級的輸變電工程。國內(nèi)的廠家已經(jīng)能夠生產(chǎn)交流750KV的輸變電設(shè)備，這標(biāo)志著我國在這一領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到世界先進水平。另外我國也有幾條大功率、超高壓的直流輸電線路已投入運行，其中包括三峽常州500KV直流輸電工程。 2)煤礦常用電壓等級 交流： 35KV 地面變電所的電源進線電壓。 10KV 地面變電所的電源電壓或下井電壓及大型設(shè)備的動力用電電壓。 6KV 目前煤礦大型設(shè)備的主要動力用電電壓及井下電壓。 3.3KV 大型綜采工作面及高產(chǎn)高效工作面的動力用電電壓。 1140KV 一般綜采工作面的常用動力用電電壓。 660V 井下采掘運等設(shè)備的動力用電電壓。 380V 地面

5、低壓動力或小型礦井井下的動力用電電壓。 220V 地面照明或單相電器的用電電壓。 127V 井下電鉆、照明及信號裝置的用電電壓。 36V 礦用電器控制回路常用電壓。 直流： 250V（500V）井下架線式電機車的用電電壓。 110V (220V) 地面變電所直流操作、繼電保護的直流電源和大型提升機控制系統(tǒng)的電源。 310KV電壓下井的特點 20世紀(jì)80年代初，隨著煤礦采掘機械化的發(fā)展和生產(chǎn)率的大幅度提高，我國和世界其他先進產(chǎn)煤國均出現(xiàn)了很多大型甚至是特大型礦井，井下用電負(fù)荷增幅很大，原來6KV的供電電壓已不能滿足要求，因此開始采用10KV電壓下井。 10KV電壓下井提高了供電的經(jīng)濟性并增加了供

6、電范圍。針對不同的井型，其優(yōu)點有以下幾個方面： 1)大型礦井 （1）降低高壓電網(wǎng)的電能損耗。由于10KV輸電比6KV輸電的電能損耗小，同時也沒有10KV/6KV變壓器的損耗，所以，降低了高壓電網(wǎng)的電能損耗。 （2）減小下井電纜截面。由于電壓越高，電流就越小，輸電所需導(dǎo)線的截面也越小，10KV輸電下井電纜截面比6KV下井電纜截面減小約一半。 （3）減少設(shè)置在風(fēng)井的35KV/6KV的變電站。多數(shù)大型礦井需要從風(fēng)井引入下井電纜供給井下采區(qū)的負(fù)荷，由于供電距離遠(yuǎn)、負(fù)荷大，要在風(fēng)井設(shè)置35KV/6KV變電站。采用10KV變電站，則可省去設(shè)置35KV/6KV變電站，從而節(jié)約了投資，提高了供電可靠性。 2）

7、中小型礦井 (1)目前的中小型礦井，部分采用電力系統(tǒng)的10KV電源供電。若利用10KV直接下井，有以下優(yōu)點： (2)減少因設(shè)置變電所而造成的主變壓器多余容量的初裝增容費。減少年運行費。其中主要包括主變壓器的損耗、多余容量的基本電費、固定資產(chǎn)折舊及設(shè)備大修費用等。 (3)簡化供電系統(tǒng)，減少電網(wǎng)事故，提高電壓運行可靠性。 (3)簡化供電系統(tǒng)，減少電網(wǎng)事故，提高電壓運行可靠性。 經(jīng)過運行考核，充分肯定了10KV電壓下井的安全可靠性及可行性，并且在煤礦安全規(guī)程中明確規(guī)定：“高壓不超過10000V”。但由于電壓的升高，增大了安全隱患,所以我國在煤礦安全規(guī)程執(zhí)行說明中作出了明確規(guī)定： （1）采用的10KV

8、礦用電氣設(shè)備，必須通過部級技術(shù)鑒定； （2）10KV系統(tǒng)投入運行前，必須按有關(guān)規(guī)定進行驗收、檢查、試驗； （3）10KV系統(tǒng)投入運行后，必須按有關(guān)規(guī)定進行各項試驗及整定工作； （4）必須裝設(shè)10KV單項接地保護、保護接地，并按有關(guān)規(guī)定進行各項試驗； （5）10KV紙絕緣電纜的連接，應(yīng)使用環(huán)氧樹脂澆注的接線盒； （6）10KV/6KV礦用監(jiān)視屏蔽型橡套電纜的相互連接及其與設(shè)備的連接，必須采用10KV專用的電纜終端。 三、煤礦供電電源 煤礦供用電源一般來自電力系統(tǒng)，只有尚未建成電力系統(tǒng)的地區(qū)才由地方發(fā)電廠或自備電廠供電。 電力系統(tǒng)是指由發(fā)電廠、各級變電所、輸電線路組成的整體。典型的電力系統(tǒng)如圖11

9、所示。 電力系統(tǒng)一般包括兩個或更多個的發(fā)電廠，各發(fā)電廠之間通過變電所以輸電線路線路相連，稱為并網(wǎng)，以便互為備用，保證供電可靠，并可合理地調(diào)配各發(fā)電廠的負(fù)荷。 發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓目前尚不超過26KV，而一般用電負(fù)荷距離發(fā)電廠較遠(yuǎn)，故需要在發(fā)電廠中設(shè)置升壓器，將電壓升高后再進行遠(yuǎn)距離輸電，以保證供電質(zhì)量和降低供電損耗。 變電所根據(jù)輸電距離和容量不同可分為區(qū)域（樞紐）變電所、地方變電所、礦井地面變電所。電力系統(tǒng)內(nèi)有多個電壓等級，以保證經(jīng)濟合理地供電。 對煤礦系統(tǒng)的供電，應(yīng)根據(jù)其附近的電源和煤礦的具體情況而定。為保證供電可靠，煤礦安全規(guī)程規(guī)定：礦井應(yīng)有兩回路電源線路。當(dāng)任一回路發(fā)生故障而停止供電時

10、，另一回路應(yīng)能擔(dān)負(fù)礦井全部負(fù)荷。礦井的兩回路電源線路上都不得分接任何負(fù)荷。正常情況下，礦井電源應(yīng)采取分列運行方式（即兩回路電源獨立供電，互不連接），一回路運行時另一回路必須帶電備用，以保證供電的不間斷性。 由礦井的各級變電所、各電壓等級的配電線路共同構(gòu)成了礦井供電系統(tǒng)。對礦井的供電一般采用兩種典型方式：深井供電系統(tǒng)和淺井供電系統(tǒng)。 一.深井供電系統(tǒng)當(dāng)煤層埋葬較深、井田范圍較大、井下用電量較大時一般采用深井供電系統(tǒng)。其特征為：由地面變電所、井下變電所和采區(qū)變電所構(gòu)成三級高壓供電。圖12為典型的深井供電系統(tǒng)。 （1）地面變電所的電源為雙回路，電源進線電壓為35KV，經(jīng)主變壓器將電壓變?yōu)?KV或10

11、KV，再經(jīng)6（10）KV母線將電能分配給地面各高壓用電設(shè)備，其中一、二類負(fù)荷分別由兩段母線供電；并用雙回路高壓電纜通過井筒向井下中央變電所供電。地面變電所還設(shè)有低壓變電器，將6（10）KV電壓變?yōu)?80V/220V向地面低壓動力及照明負(fù)荷供電。 （2）井下中央變電所的分段母線和高壓配電箱將6（10）KV高壓電能分配給井底車場附近的高壓用電設(shè)備和采區(qū)變電所，主排水泵、電機車的變流設(shè)備等一、二類負(fù)荷分別由兩段母線供電。井下中央變電所設(shè)有動力變壓器，將6（10）KV電壓變?yōu)?60V或380V，向井底車場附近的低壓動力設(shè)備供電；還設(shè)有照明變壓器綜合裝置，將電壓變?yōu)?27V，向井底車場及附近巷道和硐室中

12、的照明設(shè)備供電。 （3）采區(qū)變電所設(shè)置的動力變壓器將電壓變到660V或380V，通過低壓電纜分送到工作面配電點，再由工作面配電點分送到工作面及附近巷道的各用電設(shè)備，配電點還沒有煤電鉆變壓器綜合裝置將電壓變?yōu)?27V，向工作面的煤電鉆供電。采區(qū)變電所及附近巷道中的照明設(shè)在采區(qū)變電所中的照明信號綜合裝置等供電。若采區(qū)內(nèi)有綜合工作面，6KV（10）KV電能由采區(qū)變電所中的高壓配電箱配送到工作面附近平巷的移動變電站將電壓變?yōu)?140V，再送到工作面配電點。 二、淺井供電系統(tǒng) 淺井供電系統(tǒng)適用于煤層埋葬較淺且井下負(fù)荷較小的中、小型礦井。圖13為一個較典型的淺井供電系統(tǒng)。 我國淺井供電主要有以下三種方式：

13、 （1）井底車場及其附近巷道的低壓用電設(shè)備，可由設(shè)在地面變電所配電變壓器T4、T5的低壓母線引出的低壓電纜通過井筒送到井底車場配電所供電。井下架線電機車所用的直流電源，可由地面變電所整流后用電纜沿井筒送到井底車場配電所獲得。 （2）當(dāng)采區(qū)負(fù)荷不大且沒有高壓用電設(shè)備時，采區(qū)用電地面由變電所經(jīng)高壓架空線路，將高壓電能送到設(shè)在采區(qū)上方的地面變電所或變電亭，然后把電壓變?yōu)?60V或380V后，用低壓電纜經(jīng)鉆孔送到采區(qū)配電所，由采區(qū)配電所再送給工作面配電點和低壓用點設(shè)備。 （3）當(dāng)采區(qū)負(fù)荷較大或有高壓用點設(shè)備時，用高壓電纜鉆孔將高壓電能送到井下采區(qū)變電所，然后變壓給采區(qū)負(fù)荷供電。在淺井供電系統(tǒng)中，為防止

14、受到鉆孔孔壁塌落的擠壓，電纜應(yīng)穿鋼管敷設(shè)。 采用淺井供電系統(tǒng)，可節(jié)省昂貴的井下高壓電氣設(shè)備和電纜，減少井下變電銅室的開拓量和觸電的危險，比較經(jīng)濟、安全。其不足之處是需鉆孔和敷設(shè)鋼管，且鋼管不能回收。 礦井究竟采用哪種供電方式，應(yīng)根據(jù)具體情況比較后確定。 一.井下中央變電所 井下中央變電所又稱井下主變電所，是井下供電的中心，它擔(dān)負(fù)著整個井下受電、配電、變電的重要任務(wù)。 1井下中央變電所位置的確定原則 (1)盡量位于負(fù)荷中心,以節(jié)省電纜并減少電能損耗和電壓損失. (2)電纜進出線和設(shè)備運輸要方便. (3)變電所通風(fēng)要良好,以便散熱和降低瓦斯?jié)舛? (4)變電所頂?shù)装逡獔怨?無淋水,以防電氣設(shè)備損壞

15、,受潮. 綜合上述條件,一般中央變電所設(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.井下中央變電所的主結(jié)線 井下中央變電所的主結(jié)線如圖所示. 煤礦安全規(guī)程規(guī)定:對井下中央變電所供電的線路不得少于兩回路,當(dāng)任一回路停止供電時,其余回路應(yīng)能擔(dān)負(fù)井下全部負(fù)荷的供電. 井下中央變電所的高壓母線一般都采用單母線分段結(jié)線,母線段數(shù)與井下電纜數(shù)相對應(yīng).每一條下井電纜都通過高壓進線開關(guān)與一段母線相連,相鄰母線之間裝有聯(lián)絡(luò)開關(guān).正常情況下聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開,采用分列運行方式,分別由下井電纜向各段母線的負(fù)荷供電.當(dāng)某條電纜由于故障而退出運行時,將母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合,由其他電纜保證對

16、負(fù)荷供電. 3.井下中央變電所的硐室與設(shè)備布置 井下中央變電所的硐室布置應(yīng)符合煤礦安全規(guī)程中有關(guān)井下機電硐室的規(guī)定,滿足防火,防水和通風(fēng)的要求. 為了防火,硐室應(yīng)采用砌碹,并裝設(shè)向外開的防火鐵門,鐵門敞開時不得防礙巷道交通,鐵門上應(yīng)裝有便于關(guān)嚴(yán)的通風(fēng)孔,以便于防火,滅火時隔絕通風(fēng).門內(nèi)可加設(shè)向外開的鐵柵欄門,但不得防礙鐵門的開閉.這樣既能保證通風(fēng),又能防止閑雜人員進入中央變電所.從硐室出口的防火鐵門起5M內(nèi)的巷道,應(yīng)砌碹或用不燃性材料支護.硐室內(nèi)必須設(shè)置撲滅電氣火災(zāi)的干式滅火器和砂箱. 為保證硐室的通風(fēng),當(dāng)中央變電所硐室長度超過6M時,應(yīng)在硐室兩端各設(shè)1個便于通風(fēng)的出口,保證硐室內(nèi)的溫度不超過

17、附近巷道5攝氏度. 為了防止井底車場或大巷向中央變電所和主排水泵房倒灌水,井下中央變電所和主排水泵房的地面應(yīng)比其與井底車場連接處的底板高出0.5M.硐室內(nèi)不應(yīng)有滴水現(xiàn)象. 井下中央變電所的電氣設(shè)備主要有:礦用高壓配電箱,整流配電裝置,礦用低壓動力變壓器,照明綜合保護裝置,礦用低壓自動饋電開關(guān)和檢漏繼電器等.在進行設(shè)備布置時,應(yīng)將變壓器與配電裝置分開布置,高壓配電與低壓配電裝置分開布置.各電氣設(shè)備之間應(yīng)留出0.8M以上通道,設(shè)備與墻壁之間應(yīng)留出不小于0.5M的通道.若無需從兩側(cè)或后面進行維護,檢修時,不小于1.8M.考慮到發(fā)展,變電所高,低壓配電設(shè)備應(yīng)按設(shè)計最大數(shù)量的20%留有備用位置,但最少不

18、能少于2臺.井下中央變電所的設(shè)備布置如圖所示. 二.井下采區(qū)變電所 采區(qū)變電所是采區(qū)供電的中心,它擔(dān)負(fù)著整個采區(qū)的受電,配電,變電任務(wù). 1.采區(qū)變電所的位置確定 采區(qū)變電所的位置決定于低壓供電電壓,供電距離,采煤方法及采區(qū)巷道布置方式,機械化程度,采煤機組的容量大小等因素. 1)采區(qū)各級供電電壓的范圍 在確定采區(qū)變電所的位置時,首先應(yīng)按工作面的機械化程度和供電質(zhì)量要求,選擇采區(qū)供電電壓以及移動變電站的設(shè)置地點.根據(jù)機械化工作面采煤機組功率大,供電距離遠(yuǎn)比其他機械設(shè)備遠(yuǎn),且啟動頻繁,重載啟動等特點,要求工作面輸送機和采煤機組電動機啟動時允許電壓損失符合要求,保證機組啟動時有足夠吸合能力. 一般

19、來說,炮采工作面選擇380V或660V供電;普通機械化采煤工作面選擇660V供電;綜合機械化采煤工作面選擇1140V供電;高產(chǎn)高效礦井綜采工作面選擇3300V供電.另外,綜采工作面均采用移動變電站供電. 2)采區(qū)變電所硐室的位置確定 在采區(qū)巷道中要具體確定采區(qū)變電所硐室的位置,還要按以下原則確定: (1)變電所盡量接近負(fù)荷中心,保證與距離最遠(yuǎn),容量最大的用電設(shè)備之間的電壓損失在允許范圍之內(nèi). (2)應(yīng)盡量少設(shè)變電所,并減少變電所的遷移次數(shù).在保證電壓損失不超出允許范圍條件下,一個采區(qū)最好只設(shè)一個采區(qū)變電所對全采區(qū)供電. (3)通風(fēng)良好,進出線及設(shè)備運輸方便. (4)頂,底板穩(wěn)定并避免淋水. 采

20、區(qū)變電所硐室不得設(shè)在工作面巷中,一般設(shè)在盤區(qū)運輸斜巷之間的聯(lián)絡(luò)巷內(nèi).采區(qū)變電所硐室不需要另留保安煤柱,利用運輸巷及軌道巷的煤柱即可. 在分層開采的盤區(qū)中,經(jīng)過電壓損失驗算及硐室費用的比較,也可以將變電所設(shè)在壓力穩(wěn)定的巖層中,由它向各層工作面供電,而不必每層工作面都開鑿變電硐室. 在開拓采區(qū)工作面巷道時,一般由采區(qū)變電所向掘進工作面供電,不另設(shè)掘進變電所.當(dāng)掘進大巷時,根據(jù)供電質(zhì)量的要求,可利用聯(lián)絡(luò)巷作變電所.如掘進速度較快,又無永久性采區(qū)變電所或聯(lián)絡(luò)巷可作掘進變電所時,應(yīng)用防暴移動變電站供電;采取安全措施,并經(jīng)有關(guān)部門批準(zhǔn),也可在大巷一側(cè)加寬巷道作臨時掘進變電所用. 2.采區(qū)變電所的主結(jié)線 1

21、)采區(qū)變電所的高壓主結(jié)線 一般采區(qū)變電所屬于二類負(fù)荷,可采用單回路專線供電.但隨著煤礦采掘機機械化程度的提高,尤其是高產(chǎn)高效礦井的出現(xiàn),綜采和綜掘設(shè)備在煤礦生產(chǎn)中已大量應(yīng)用,其產(chǎn)量和進尺對整個礦井生產(chǎn)具有很大的影響.因此,對綜合機械化采煤和掘進工作面常要求獨立的雙回路電源供電,以保證原煤產(chǎn)量和掘進進尺不受影響.此外,有采區(qū)分區(qū)水泵等一類負(fù)荷的采區(qū)變電所也采用獨立的雙回路供電.變電所中每臺動力變壓器必須設(shè)有1臺高壓配電箱進行控制和保護,3臺及以上高壓配電箱必須設(shè)有電源進線開關(guān).所有高壓開關(guān)都采用礦用隔爆型高壓配電箱,變壓器采用礦用一般型. (1)單電源進線.單電源進線有兩種結(jié)線方式:第一種為無高壓出線且變壓器不超過2臺的采區(qū)變電所,可不設(shè)電源進線開關(guān);第二種為有高壓出線的采取變電所,為了便于采區(qū)操作,一般設(shè)電源進線開關(guān)和高壓出現(xiàn)開關(guān). (2)雙電源進線.雙電源進線也有兩種結(jié)線方式:第一種為一路供電、一路備用（帶陰影的開關(guān)為分段）。兩路進線均設(shè)電源進線開關(guān)，如出