第二章 煤礦供電系統(tǒng)

第二章煤礦供電系統(tǒng)第1頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

電力是煤礦企業(yè)生產的主要能源，由于井下特殊的環(huán)境，為了減少井下自然災害對人身和設備的危害，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)的技術人員都應該知道具體的詳細情況。

本任務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)過程和工作質量不但關聯(lián)著其本身的安全，而且關聯(lián)著他人和周圍設施的安全，電工工作點分散、工作性質不專一，不便于跟班檢查和追蹤檢查。因此，煤礦電氣相關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2頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月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.電力網各種結線方式分類。7.井下局部通風機的供電第3頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

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，除必須嚴格遵守煤炭部頒發(fā)的《煤礦安全規(guī)程》及《煤炭工業(yè)設計規(guī)范》中有關的規(guī)定外，還應注意安全可靠、經濟合理性。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，如遇到電氣設備或線路產生電弧、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備的空間都比較狹窄，對電氣設備的體積應受到一定限制，且使人體接觸電氣設備的機會較多，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常有滴水及淋水，使電氣設備很容易受潮。6．井下有些機電硐室和巷道的溫度較高，因而使井下電氣設備的散熱條件較差。7．采掘工作面的電氣設備移動頻繁，且經常啟動。生產中由于受自然條件變化的影響，使用電設備的負荷變化較大，有時會產生短時過載。8.由于井下地質條件發(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，要求排水設備迅速開動，以保證礦井安全。此時應有足夠大的供電系統(tǒng)，以保證全部排水設備正常工作。第4頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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）對重要負荷供電應絕對可靠：如主排水泵、提升機、通風機、瓦斯泵、壓風機、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備安全；2）依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》和有關規(guī)定，進行操作，確保供電安全。煤礦井下中斷供電會導致通風中斷、瓦斯積聚，水泵停開可能會淹井等嚴重問題。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。第5頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月4.供電經濟在保證供電安全、可靠，質量的前提下：１）盡量降低基本建設投資;２）盡可能降低設備、材料、有色金屬的消耗;３）盡量降低電能消耗和維修費用等。3.供電質量：

1）要求用電設備在額定參數(shù)下運行；2）反映供電質量的指標主要有兩個：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。線路額定電壓UN電壓允許變化范圍35kV及以上5%UN10kV及以下7%UN低壓照明+5%UN～-10%UN第6頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月負荷分類的目的：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備損壞、造成重大經濟損失或在政治上產生不良影響的負荷。

2）舉例：主排水泵、提升機、通風機、瓦斯泵、壓風機等。

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、地面生產系統(tǒng)等。

3）供電要求：兩個獨立電源供電或專線。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。第7頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月１．電力系統(tǒng)中性點的運行方式決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。２．中性點運行方式１）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??；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。

應對措施：A．限時：單相接地時間不應超過0.5～2h；井下要求立即斷電。

B．裝設絕緣監(jiān)視、接地保護裝置。

C．轉換線路。（4）單相接地電容電流：架空線路：IE1=UL/350，電纜線路：IE2=UL/10

;

I=IE1+IE2當單相接地電容電流：3～10kV電網約為30A，2～63kV（35kV）電網約為10A時，易產生斷續(xù)電弧。斷續(xù)電弧將在電網產生L、C震蕩，在系統(tǒng)中產生（３～４）Ｕe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。B.66kV及以下高壓電網：線電壓仍對稱。四、電力系統(tǒng)中性點的運行方式第8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）中性點接地電容電流超過限度時，可采用中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)。（2）接法（圖1-7）。（3）消弧線圈的結構、工作狀態(tài)。結構：消弧線圈是一個有鐵心的可調電感線圈，有5～9個插頭，可調節(jié)匝數(shù)，減小間隙。線圈電阻很小，感抗很大，可看成純２）中性點經消弧線圈接地系統(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２h，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。第9頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）引入：介紹接線方法（圖1-8）。（2）優(yōu)缺點：（對應中性點不接地）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，構成短路，電流大（稱為大接地電流系統(tǒng)）。（3）適用：A．110kV及以上電壓等級的電網上（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)第10頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓(kV)用途供電電壓等級的確定供電受電0.0360.036井下電氣設備的控制回路與局部照明線路電壓高低與輸送功率和距離有關。在確定供電電壓時，應將兩種可用的電壓方案，作經濟比較。當經濟指標相差不大時，應優(yōu)先采用等級較高的方案。對單回路輸電架空線電壓等級的確定，可參考下式估算：U=5.5千伏0.1330.127井下照明及手持式電鉆0.230.22礦井地面照明0.400.38地面及井下低壓動力0.690.66井下采區(qū)低壓動力1.141.14井下綜合機械化采區(qū)低壓動力3.153井下綜合機械化采區(qū)低壓動力6.36井上下高壓電動機及配電電壓10.510井上下高壓電動機及配電電壓38.535礦區(qū)內部的配電電壓五、煤礦常用交流電壓等級及用途第11頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月２）干線式電網（圖1-3）（１）分類：單回路、雙回路。（２）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、電力網各種結線方式分類。2.電力網的結線方式1）放射式電網（圖1-2）.（１）分類：單回路、雙回路。（２）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、不經濟。（３）適用：負荷容量大或孤立的重要用戶1.電力網的分類１）電力網：由變電所及各種不同電壓等級的輸電、配電線路組成。２）任務：輸電配電。３）分類：以電壓高低、負荷性質、線路結構和中性點運行方式來進行分類。第12頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月３）環(huán)式電網（圖1-4）

（１）分類：開環(huán)、閉環(huán)。（２）優(yōu)缺點：優(yōu)點：總設備少，投資小，可靠性高；缺點：負荷容量相差太大時不經濟，繼電保護整定復雜。（３）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。第13頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）低瓦斯礦井掘進工作面局部通風機應采用裝有選擇性漏電保護的專用開關和專用線路供電；注：低瓦斯礦井掘進工作面的局部通風機供電要求達到“二?！保▽Ｓ瞄_關和專用線路）；（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機供電要求達到雙電源供電，且主供電電源應達到“三?！保▽Ｓ米儔浩?、專用開關和專用線路）；備用電源允許引自其他動力變壓器的低壓母線段，但其供電回路應采用裝有選擇性漏電保護的專用開關和專用線路供電。七、井下局部通風機的專用供電問題：第14頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月3）使用局部通風機供風的地點，其配電設備必須實行風電和瓦斯電閉鎖，保證在停風和瓦斯超限后切斷該區(qū)域內全部非本質安全型電氣設備的電源。注：（1）在實際應用中，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、瓦斯超現(xiàn)和積聚現(xiàn)象，都是因為局部通風機沒有實行專用線路供電，而是與工作面其他動力用電設備共用供電線路，在其他動力用電設備搬遷、檢修或發(fā)生短路事故時，都會造成局部通風機的停電運行。（2）“關于印發(fā)《煤礦瓦斯治理經驗五十條》的通知”（發(fā)改能源[2005]457）第四十五條規(guī)定：“保證井下局部通風機的連續(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機必須雙電源供電。（貴州[2008]83）并要求運行風機和備用風機自動切換。確保局部通風機供電的可靠性、連續(xù)性。第15頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)煤礦負荷的大小，分布特點及內部環(huán)境特點等因素進行綜合分析，經技術經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備的布置。分析煤礦各生產機械的分布情況，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備布置方案。八、變電所位置確定及設備布置第16頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

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。當方案比較經濟差異不大時，在設計中應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?shù)挠嗟兀ＷC電能的質量和安全經濟地送電。2.變電所所址選擇3.送電范圍的劃分第17頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月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）一級負荷一級負荷主要包括以下設備

(1)礦井主要扇風機。

(2)升降人員的立井提升機、礦井主提升設備。

(3)有淹沒危險的井下主排水設備。

(4)礦井抽放瓦斯設備。

(5)突出、高瓦斯礦井掘進頭的通風設備。(6)壓風機、監(jiān)測監(jiān)控設備。

(7)為井下供電的變電所。

2）二級負荷

(1)煤礦企業(yè)、井上、下主要生產環(huán)節(jié)的動力和照明設備。

(2)水源缺乏地區(qū)的生產、生活水源水泵及配有備用泵的消防水泵。

(3)

4t以上鍋爐設備。(4)礦燈充電設備。

(5)以電機車為主要運輸方式的整流及充電設備。

(6)自動交換機，大中型監(jiān)控設備及管理計管機的用電設備。

(7)電氣集中的鐵路運輸信號設備。

3）三級負荷凡不屬于一、二級負荷的均屬三級負荷。第18頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月5.供配電系統(tǒng)的形成

礦井供配電系統(tǒng)對于一級負荷應有兩個獨立的電源供電，當發(fā)生任何故障時，兩個電源的任何部分應不致同時受到損壞，并能迅速恢復供電；對二級負荷一般由兩回路供電，當同一用電單位由兩回及以上的電源線供電時，當任一回電源線故障時，應能保證一、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：第19頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月6.配出線的結線a.配電開關的種類：隔離開關、負荷開關、熔斷器和斷路器。b.隔離開關布置及適應對象：負荷開關+熔斷器：適用于容量小不重要的用戶；隔離開關＋斷路器：適用于容量大比較重要的用戶，單回路；隔離開關＋斷路器＋隔離開關：容量大的重要用戶，雙回路。c.停送電操作。停送電操作順序。２）總配電所的主結線（１）單母線：對三類負荷供電（２）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．

第20頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月A、主變壓器出線側所聯(lián)結的母線．a、單母線結線：適用情況：容量小，可靠性不高的負荷。b、雙母線結線：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）.

第21頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月有三種形式：a、用隔離開關作為進線開關：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：適用線路長，容量小。如：農村、小型企業(yè)。c、用隔離開關、斷路器作為進線開關：適用線路長，容量大。如：大、中型煤礦企業(yè)。

B、線路-變壓器組結線：適用：三類負荷第22頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月電源數(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：第23頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）深井供電系統(tǒng)A.特點：井下設立中央變電所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。第24頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）淺井供電系統(tǒng)A.特點：井下不設立中央變電所。

B.決定因素：煤層埋藏不深(一般離地表100～200m)、井田范圍大、井下負荷不大、涌水量小的礦井?？刹捎脺\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備，可由設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.當采區(qū)負荷不大或無高壓用電設備時，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備。第25頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

c.當采區(qū)負荷較大或有高壓用電設備時，用高壓電纜經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備和電纜，減少井下變電硐室的開拓量，所以比較經濟、安全。其不足之處是需打鉆孔和敷設鋼管，鋼管用完后不能回收。礦井供電究竟采用哪種供電方式，應根據(jù)礦井的具體情況經技術經濟比較后確定。第26頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）井下中央變電所的結線（１）單母線分段結線可靠性高，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．（２）運行方式：母線采用分列運行。（３）適用情況；可靠性高、負荷大（獨立雙電源）、對一二類負荷供電。第27頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月8、井下中央變電所的位置和硐室布置（1）位置選擇原則①盡量位于負荷中心，以節(jié)省電纜減少電能與電壓損失；②電纜進出線和設備的運輸要方便；③變電所通風要良好；④變電所的頂.底板堅固，無淋水?？紤]上述條件，一般變電所設置在井底車場附近，并與中央水泵房相鄰。有條件時還應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特別注意防水、通風及防火問題。為了防水，變電所地面應比井底車場的軌面標高高出0.5m。為了使變電所有良好的通風條件，當硐室長度超過6m時，應設兩個出口，保證硐室內的溫度不超過附近巷道5℃。變電所的出口裝設兩重門，即鐵板門和鐵柵欄門。平時鐵柵欄門關閉，鐵板門打開，以利于通風。在發(fā)生火災時，將鐵門關閉以隔絕空氣，便于滅火和防止火災蔓延。為了防火，硐室用耐火材料建成，其出口5m以內巷道也用耐火材料建成；硐室內的電纜須采用不帶黃麻保護層的；硐室內還必須設有砂箱及滅火器材。第28頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）設備布置Ａ.布置原則：中央變電所的設備布置在進行設備布置時，應將變壓器與配電裝置分開布置，高、低壓配電裝置分開布置。Ｂ.布置方式：設備與墻壁之間，各設備之間應留有足夠的維護與檢修通道，完全不需要從兩側或后面維護檢修的設備，可互相靠緊和靠墻放置?？紤]發(fā)展余地，變電所的高壓配電設備的備用位置應按設計最大數(shù)量的