第八章矿山供电.ppt

电力工程系Department of Electrical Engineering供电技术供电技术蒋智化15939117110第八章第八章 矿山供电系统矿山供电系统第一节第一节 矿山供电系统简介矿山供电系统简介 煤矿地面降压变电所的受电电源，一般来自电力系统的区域变电所或发电厂，经变压器降压后在配给煤矿各个用户，组成煤矿供电系统 根据矿井及井田范围、煤层埋藏深度、矿井年产量、开采方式、井下涌水量，以及开采的机械化和电气化程度等不同，煤矿又分为深井和浅井两大典型供电系统n深井供电：开采煤层深、用电负荷大的矿井，通过井筒将3～10kV高压电经电缆送人井下n浅井供电：如煤层埋藏深度距地表为100～150m，且电力负荷较小时，可通过井筒或钻孔将低压电经电缆直接送入井下，井下不需要开设专门的变电硐室，此种系统称浅井供电n根据实际情况，也可采用上述两种方式同时向井下供电或开采初期采用浅井供电，后期采用深井供电方式一、深井供电系统一、深井供电系统n图1所示为一典型深井供电系统，电源取自35kV电力网，经双回输电线路送至矿井地面变电所n井下供电的特征是高压电能经过敷设在井筒中的电缆送至井下中央变电所，再经过配电装置、电缆转送到采区变电所(或移动变电站)、主排水泵站等。

图1-12  典型的深井供电系统n为了保证供电可靠，井下中央变电所采用单母线分段，主排水泵应分别连接在母线的两段上井底车场附近硐室和巷道的低压动力用电，由井下中央变电所内的降压变电器供给n采掘机械的供电，由采区变电所内的降压变压器供给井下架线式电机车的直流电源，是由中央变电所提供的6kV交流电经降压整流后转换而成 二、浅井供电系统二、浅井供电系统n浅井供电系统图2是浅井供电系统图，它的供电特点是井下不设中央变电所，而是把地面变电所的380V或660V低压电能直接通过电缆经井筒送至井底车场配电所，供给车场动力及照明用n采区供电，由架空线路将高压电能送至采区地面后，再经钻孔(用钢管加固孔壁)中的高压电缆送到采区变电所，降压后再供给采掘动力设备；或在采区地面设变电亭，降压后直接 把低压电能经钻孔中的电缆送至采区配电所图2 浅井供电系统图1—矿井地面变电所；2—架空线路；3—变电亭；4—采区变电所；5—配电所；6—工作面配电点；7—井筒；8—钻孔n为了防雷，在架空线路两端的电柱上应装设避雷器，并在变压器的进线侧装设跌落式熔断器，以利于保护和检修n电缆经钻孔直接向井下提供低压电能，不仅能减少硐室的开拓费用，而且不用昂贵的高压电缆和高压设备，也减少了高压触电的危险，既简便又经济。

但钻孔后钢管用后不能回收，且地面变电亭在冬季和雨季维护检修困难在供电设计中，应根据实际情况进行经济技术比较后，才能确定合理的供电系统 三、矿井各级变电所三、矿井各级变电所1、地面降压变电所n地面降压变电所是矿井供电的枢纽，他担负着向井上、井下配电的任务n从图1可看到，电源线路为两台60KV架空线路，装有两台主变压器，采用内桥式结线，一次侧高压开关为GN5型，断路器为少油的SW2型；二次测6KV电能分别引入室内两段母线上，母线的分段处设有联络开关变压器二次侧所有的电气设备都装设在成套高压开关柜内，它们呈两侧排列在高压配电室内低压配电盘以及控制、信号盘和操作电源等设在另一个房间内n60KV设备均设在室外，除变压器二次侧的引线采用矩形铝母线外，其一次侧设备连接一般采用铝绞线；承受力较大部分采用钢芯铝绞线n当受电电压为35KV时，采用GBC-35型成套配电装置，除变压器设在室外，6KV和35KV成套装置分别设于楼上楼下室内这样布置简洁、紧凑，室外占地面积小，便与管理，并不受气候变化的影响35kV设备如不采用成套装置，仍设在室外，其布置方式同60kV设备 2 2、井下中央变电所、井下中央变电所n井下中央变电所是全矿井下供电中心，接受从地面变电所送来的高压电能后，分别向采区变电所及主排水泵等高压设备转供电能，并通过变电所内的矿用变压器降压后，再向井底车场附近的低压动力和照明供电。

 位置的选择位置的选择: :n变电所的位置应设于负荷的中心，且地质条件要好，顶、底板稳定，不淋水，通风良好，便于运输和进、出电缆n中央变电所与水泵房地面应在同一水平上，其硐室及硐室人口5m以内的巷道必须用石料或耐火材料建成为了防水，硐室的人口应比井底车场轨面高出0.5m中央变电所的长度大于10m时，必须在硐室的两端各设一个独立出口，以便于通风和事故时工作人员退出设备布置设备布置n中央变电所内的配电设备应采用成套配电装置，布置原则为：①变电与配电部分应用防火门或防火墙分成两个间隔，带油设备不设集油坑②高压与低压配电装置应分开布置，高压集中在一侧，低压布置在高压的对侧或一侧的另一端，但它们之间应留有0.8m以上的通道；设备和设备与墙壁之间应留有0.5m以上的通道，如果设备不需要从两侧或后面进行检修时，设备之间与墙壁之间可不留通道；变电所中间的通道或装有运输轨道的通道，其宽度应不小于1.5m③考虑到负荷的增加，变电所内设备的布置应留有20％的备用位置图3    井下中央变电所的位置及平面布置图1—副井井筒；2—主井井筒；3—中央变电所；4—水泵房；5—高压开关柜；6—硅整流器柜；7—直流配电箱；8—低压配电装置；9—矿用变压器 3 3、采区变电所、采区变电所 采区变电所是采区供电中心，其任务是将中央变电所送来的高压电能变为低压电能，并将电能配送到采掘工作面配电点或用电设备。

(1)位置的选择和设备布置 采区变电所的位置选择是否合理，对于供电安全和供电质量有直接影响，一般由供电电压等级、供电距离、采煤方法及采区巷道布置方式、机械化程度、采煤机组容量大小等因素所决定选址应满足如下要求： 1）设于能向最多生产机械供电的负荷中心，使低压供电距离合理，并力求减少变电所的移动次数； 2)顶底板坚固、无淋水及通风良好的地方，以保证变电所硐室内的温度不超过附近巷道温度50C； 3)便于变电所设备运输n此外，采区变电所不能设在工作面的顺槽中，一般设于采区运输斜巷与轨道斜巷之间的联络巷内，如图4(a)所示图4（b)所示为采区变电所的设备布置图，对其硐室防火、设备的布置及相互间的距离要求，同井下中央变电所图4 采区变电所的位置及设备布置图1、2—采区变电所；3—采取绞车房；4—隔爆开关柜；5—矿用动力变压器;6、7—隔爆自动开关；8、9—隔爆手动开关；10—检漏继电器；11—照明变压器 4 4、移动变电站、移动变电站 对于机械化程度较高的采区，特别是综采工作面，它设备多，用电容量大，采区范围广，回采速度快，使用固定变电所既不经济，又满足不了技术上的要求时，应采用移动变电站。

四 井下变电所的主接线1 1 井下中央变电所的主接线井下中央变电所的主接线n井下中央变电所的主接线接线原则是： 1)高压母线采用单母线分段，其段数应与电源进线数目相对应，段与段之间设有母线联络开关，正常时母线分列运行 2)一级负荷如高压水泵电动机等应均匀地分别接到各段母线上；向各采区供电的高压电缆和整流设备也应分别接到不同的母线段上 3)如低压设有主排水泵时，低压母线也应接成单母线分段，低压动力变压器不应少于两台 4)变电所中除配电装置内可用母线连接外，设备间的连线必须用电缆一般高压电缆敷设于沟内；低压电缆悬挂在墙壁上；照明电缆沿拱顶敷设，灯间距离为3～4m图5 井下中央变电所的主接线GKW—1—矿用一般型高压开关柜；TM1、TM—矿用变压器；Ω—检漏继电器DW80—200A馈电开关；DW80—350和DW81—350F—350A馈电开关；2 2 采区变电所的主接线采区变电所的主接线n为了保证供电安全，采区变电所内除动力变压器为一般矿用型外，其余的高、低压设备均为隔爆型配电装置变压器二次侧接有两台总开关的接线方式，用于负荷电流大于1台总开关额定电流或分支供电。

两台总开关只能接1台检漏继电器，如每台接用1台检漏继电器，不仅达不到选择性动作的目的，还增大了漏电危险性 当采区负荷较大，1台变压器不能满足需要时，可采用2台或2台以上的变压器供电这种结线可使低压侧分列运行，当有1台变压器因故障停止运行时，不致使采区全部停电，但正常运行的另1台变压器起不到备用作用图6  采区变电所的主接线(a)单一电源和变压器，低压恻1台总馈电开关；(b) 单一电源和变压器，低压恻2台总馈电开关；(c) 单一电源2台变压器；(d) 双电源2台变压器；1—馈电开关；2—磁力启动器；3—照明综合保护器；4—高压配电开关；Ω—检漏继电器第二节第二节 采区供电采区供电一 概 述 目前我国井下采区供电方式有以下三种： （1）对于煤层埋藏较浅的矿井，可在地面设变电亭，低压动力线经钻眼送到顺槽及工作面这种供电方式只适用于小型矿井 （2）另一种是采用固定的采区变电所供电方式，动力变压器固定地安装在采区变电所，通过放射式电缆电网向用电比较集中的配电点供电，由配电点再向各采煤、掘进、运输等机械的电动机供电 （3）目前综采及高档普采机组工作面广泛采用的是移动变电站深入顺槽的供电方式 。

二 移动变电站对机械化程度较高的采区，特别是综合机械化采区，设备比较多，设备的单机容量和总容量都很大，且采区范围广，回采速度快，因此，要提高采区工作电压和缩短供电距离就必须采用移动变电站 国产移动变电站的型号原为KSGZY，经更新换代后的新系列移动变电站的型号为KBSGZY目前使用的KBSGZY型系列矿用隔爆型移动变电站的额定容量为315kVA～1000kVA，高压侧额定电压为6kV，低压侧额定电压为1.2kV和0.69kV，分别用于千伏级和660V采区供电系统移动变电站由1台FB一6型隔爆负荷开关、1台KSGB型隔爆干式变压器和1台DZKD型低压馈电开关组成高压负荷开关箱包括高压电缆连接器1 1 隔爆高压负荷开关箱隔爆高压负荷开关箱 高压负荷开关箱包括FB一6型高压负荷开关和两只AGKB一200／6000电缆连接器 图8-4 FB—6型负荷开关结构图1—电缆连接器 2—隔爆箱体 3—锁钉 4—操作手柄 5—外接地螺钉 6—变压器 接线盒法兰 7—压气式负荷开关 8—TA1高低压联锁按钮 9—TA2急停按钮 10—拉杆 11—机构轴 12—操作机构 13—TA3安全联锁按钮 14—终端元件RD 15—接线板与内接地 16—橡套引线 17—观察窗 18—护框 19—螺帽 20—分、合闸指示 21—过渡弯管2 隔爆干式变压器nKBSGZY型移动变电站的变压器为干式隔爆变压器，变压器铁心采用损耗很小的冷轧硅钢片叠压而成，线圈由H级聚酰亚胺复合漆包扁铜线绕制而成。

n变压器高压绕组为星形接法，有-4％、-8％或±5％额定电压的分接抽头，借分接板上的连接片进行电压调整；变压器的低压绕组有星形和三角形两种接法，相应的额定电压为1200V和690Vn变压器外壳由钢板焊成，两侧用4mm厚钢板压制成瓦楞形，箱顶和箱底用6mm厚钢板弯成拱形，其上焊有散热片变压器内部设有温度继电器作为绕组的过热保护3 隔爆低压开关箱n低压开关箱主要由DZKD低压馈电开关组成DZKD型隔爆低压馈电开关是BSGZY型移动变电站的低压侧专用配套开关，其容量有500、400和315A三种315A馈电开关为315kVA及以下的主变压器配套开关，400A馈电开关为500～800kVA主变压器配套开关，500A馈电开关为1000kVA主变压器配套开关目前630A馈电开关也已研制成功，可为今后更大容量的主变压器配套4 移动变电站的使用n使用要求 1)必须配合型号为PGB一6型高压防爆配电装置和UGSP型6kV高压电缆一起使用，不允许用其他型号的高压开关和电缆代替 2)低压侧1140V电压使用UPQ千伏级电缆，660V电压使用660V橡套屯缆 3)移动变电站不准并联供电。

4)移动变电站的各防爆箱盖及电缆连接器均严禁在带电的情况下打开，而必须在上段变电所断电后才能进行 5)移动变电站的安装、运行均须严格遵守《煤矿安全规程》及《电力工业技术管理》的有关规定三 采区供电的设计方法n在进行采区供电设计时，应首先向有关部门收集下列原始资料作为设计的依据1)采区巷道及机械设备布置图 了解采区区段数目、区段长度、工作面长度、采区走向长度、巷道断面尺寸、上下副巷标高和用电设备在采区内的分布情况；(2)采区各用电设备的详细技术特征；(3)电源情况 了解附近现有变电所及中央变电所的分布情况，并了解供电能力及高压母线上的短路容量等情况；(4)矿井瓦斯等级、煤层走向、厚度、倾角、煤质硬度、顶底板情况、支护方式等情况；(5)采煤方法、煤的运输方式、通风方式及工作组织循环等情况；(6)采区煤的产量、各种电气设备的价格、当地电价、硐室开拓价格、职工人数及平均工资等资料n其次，在进行采区供电设计时，要满足以下几点要求：(1)供电设计应满足安全可靠、电能质量好和技术经济合理等要求；(2)条件允许时应尽可能采用较高的供电电压和较先进的设备；(3)供电系统应具有较完善的短路、断相、过负荷、欠电压、漏电、漏电闭锁等保护和电压、电流及故障指示；(4)严格遵守《煤矿安全规程》及其他有关规定。

采区供电设计遵循的原则n确定采区变电所、工作面配电点和移动变电站的位置，拟定采区供电系统，进行负荷计算并确定无功功率补偿方案和计算补偿电容器容量，选择变压器台数、容量及型号，选择供电电缆，计算短路电流；选择开关与启动器，整定计算继电保护装置，确定采区保护接地系统；确定采区变电所硐室和设备布置方案，进行采区供电经济计算与统计采区供电设计遵循的原则1 采区变电所位置的选择n采区变电所的位置取决于低压供电电压、供电距离、采煤方法及采区巷道布置方式、机械化程度、采煤机组的容量大小等因素采区供电电压等级选择应以一些经验数据依据，同时要确保最大最远的电动机能正常启动，并保证磁力启动器能正常吸合n采区变电所的位置的选择应满足下列要求： (1)设于能向最多生产机械供电的负荷中心，使低压供电距离合理，并力求减少变电所的移动次数； (2)顶板坚固，无淋水且通风良好，保证变电所硐室内的温度不超过附近巷道500C； (3)便于变电所设备运输采区供电设计遵循的原则2采区高压供电系统的拟定 (1)供综采工作面的采区变（配）电所一般由两回电源线路供电，除综采外，每个采区应为一回路； (2)双电源进线的采区变电所，应设置电源进线开关。

当两回路电源同时供电时，母线应分段并设联络开关，正常分列运行； (3)单电源进线的采区变电所，当变压器超过两台或有高压出线时，应设进线开关； (4)采区变电所的高压馈出线宜用专用的开关柜； ⑸由井下主变电所向采区供电的单回电缆供电线路上串联的采区变电所，不得超过三个采区供电设计遵循的原则3、采区低压供电系统的拟定原则 (1)在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的设备最省； (2)原则上一台启动器只控制一台设备； (3)当采区变电所动力变压器超过一台时，应合理分配变压器负荷，原则上一台变压器负担一个工作面的用电设备； (4)变压器最好不并联运行；采区供电设计遵循的原则(5)从变电所向各配电点或自配电点到各用电设备宜采用辐射式供电，上山及下顺槽输送机宜采用干线式供电；(6)配电点启动器在三台以下者，一般不设配电点进线自动馈电开关；(7)工作面配电点最大容量电动机用的启动器应靠近配电点进线；(8)供电系统应尽量避免回头供电；(9)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，或与采煤工作面分开供电；第三节第三节 煤矿供电安全技术煤矿供电安全技术一一 概概 述述 1.煤矿供电安全的重要性：–煤矿供电安全是保证煤矿生产的先决条件之一，但井下供电设备所处的工作环境特殊，所以井下极易发生人身触电事故，以及漏电和短路故障。

这些故障都将引起瓦斯、煤尘爆炸所以，煤矿井下供电必须采用可靠的保护装置和安全措施，以防止故障的发生和发展，确保人身和设备的安全2.井下供电设备所处的特殊工作环境： (1)巷道、硐室和采掘工作面的空间狭窄，人体触及电气设备的机会多； (2)由于煤层和岩石的压力以及放炮等影响，井下的电气设备尤其是电缆可能受到砸压； (3)井下空气潮湿，硐室又经常有滴水、淋水现象，湿度达96％，因此电气设备极易受潮和发霉； (4)有些巷道及机电硐室内空气流通不畅，温度高，电气设备散热条件差； (5)井下电气设备移动次数多、启动频繁、负荷变化大、过载机会多； (6)井下含有瓦斯、煤尘，当达到一定量值时遇有电弧、电火花及局部高温时引起燃烧和爆炸3 保证井下供电安全的基本要求①井下供电电压等级–高压，不超过10000 V；–低压，不超过1140 V ；–照明、信号、和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127V；–远距离控制线路的额定电压，不超过36V；–采区电气设备使用3300 V供电时，必须制定专门的安全措施②井下重要负荷的双电源双回路供电；③井下电网的中性点运行方式：不接地④尽量杜绝井下电气设备正常运行或故障时的电火花的外露⑤当电火花的外露不可避免时：–减少电火花的存在时间–降低电火花的强度二二矿用电气设备防爆矿用电气设备防爆1、对井下电气设备的基本要求：–防尘、防水、防锈–耐湿热；–体积小；–坚固；–防爆2、瓦斯爆炸的特点①瓦斯爆炸的两个必要条件– 瓦斯浓度：瓦斯主要是甲烷(CH4)构成，又名沼气。

在正常温度和压力下，瓦斯浓度含量达5％～16％时，遇到点燃热源就会爆炸–点火源：实验表明，当电火花或灼热导体的温度达到650度～750度或以上时，就有引起瓦 斯爆炸的可能②点火源的种类：灼热导体、电火花、机械火花、雷击火花③电火花最容易引起瓦斯爆炸的浓度是8.5％，而爆炸力最大的瓦斯浓度是9.5％④瓦斯气混有煤尘的情况 煤尘粒度在1mμ～1 mm范围内，挥发指数(即煤尘中所含挥发物的相对比例)超过10％，且飞扬在空气中的含量达30～2 000g/m3时，遇有700度一800度点燃温度时便会爆炸，爆炸后还生成大量一氧化碳，它比瓦斯爆炸具有更大的危害性⑤预防瓦斯爆炸的途径：–限制瓦斯、煤尘它们在空气中的含量；–控制井下各种引爆的火源和热源，使之不外露或低于点燃温度3、防爆电气设备的类型及原理n根据所采取的防爆措施，GB3836把防爆电气设备分为隔爆型、增安型、本质安全型、正压型、充油型、充砂型、无火花型、浇封型、气密型和特殊型 防爆开关防爆开关防爆电机防爆电机防爆灯防爆灯下一页下一页上一页上一页返返 回回 防爆电器防爆电器 ①隔爆型电气设备–结构及防爆原理：具有间隙的隔爆外壳具有足够的机械强度，即使在壳内发生瓦斯爆炸，外壳也不致于变形，并且从间隙逸出壳外的火焰已受到足够的冷却，不足以点燃壳外的瓦斯和煤尘，即把爆炸仅限制在壳内，故称隔爆外壳。

–性能：耐爆性、隔爆性具有隔爆外壳的电气设备称为隔爆型电气设备隔爆外壳既能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，也能阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播–隔爆性能三要素：间隙宽度、隔爆面宽度、隔爆面粗糙度–特点：使用场所不受限制、使用量大②增安型电气设备–正常运行条件下不会产生电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物的高温的电气设备，在其结构上采取措施，提高安全程度，以避免在正常或规定的过载条件下出现电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物的高温的电气设备，称为增安型电气设备–实质：地面电气设备采取增安措施–特点：价格低、体积小、重量轻，但应用受限制③本质安全型电气设备全部电路均为本质安全电路的电气设备称为本质安全型电气设备所谓本质安全电路是指在规定条件下，在正常工作或规定的故障状态下，产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路在井下，当爆炸混合物的浓度为8.5％时，遇到0.28mJ能量的火花即可爆炸因此，安全火花所产生的能量必须低于某一安全值，一般认为是0.02mJ在此值以下能量的电火花是安全的4、井下设备的型号及其选用规定①分类：Ⅰ类用于煤矿，Ⅱ类用于非煤矿；外壳有 Ex 标志；②防爆型式及代号防爆型式防爆型式代号代号防爆型式防爆型式代号代号防爆型式防爆型式代号代号防爆型式防爆型式代号代号隔爆型d充砂型q正压型p气密型h增安型e浇封型m充油型o特殊型s本质安全型i无火花型n    ③煤矿常用防爆设备的防爆标志 说明说明标志标志说明说明标志标志矿用隔爆型ExdⅠ矿用隔爆兼本安型Exd [ib]Ⅰ或Exd [ia]Ⅰ矿用本质安全型ExibⅠ或ExiaⅠ 矿用增安型ExeⅠ矿用增安兼本安型Exe [ib]Ⅰ  n防爆标志及铭牌n本安型设备和关联设备的本质安全部分分为ia和ib：–ia：正常工作 + 一个故障 + 任意组合的两个故障均不能引起点燃的电气设备。

–ib：正常工作 + 一个故障条件下不能引起点燃的本质安全型电气设备 n在规定条件下不会引起周围爆炸性环境点燃的电气设备分为两类： Ⅰ类：煤矿井下电气设备 Ⅱ类：除煤矿、井下之外的所有其他爆炸性气体境用电气设备 Ⅱ类又可分为ⅡA、ⅡB、ⅡC类,标志ⅡB的设备可适用于ⅡA设备的使用条件；ⅡC可适用于ⅡA、ⅡB的使用条件n温度组别 爆炸性环境用电气设备按其最高表面温度划分为T1-T6组别 : T1 T2 T3 T4 T5 T6450 ℃300 ℃200℃ 135 ℃100 ℃85℃三 井下供电三大保护n保护接地、漏电保护、过流保护，通常称为煤矿井下电气网络的三大保护–保护接地–漏电保护–过流保护。