机电运输安全管理

1、第四章 机电运输安全管理第一节 矿井供电系统及井下电网保护一、煤矿供电系统的要求与分类（一）矿井供电的基本要求电力是现代化煤矿企业的动力，为了适应煤矿企业的特点，对供电有如下要求：（1）可靠性。要求矿井供电具有连续可靠性。煤矿一旦断电，不仅会影响产量，而且有可能引发瓦斯聚集、淹井、人身事故或设备损坏，严重时将造成矿井的破坏。因此煤矿安全规程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60000t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、提升等要求。（2）安全性。由于煤矿井下特殊的工作环境，供电线路和电气设备易受损坏，可能造成人身触电、电气火灾和电火花引起瓦斯煤尘爆炸等事故，所以必须严格按照有关规定要求，确保安全供电。（3）经济性。在保证可靠和安全供电的前提下，还要保证供电质量，力求供电系统简单，安装、运行操作方便，建设投资少和运行费用低等。一般从以下3个方面着手：尽量降低基本建设投资；尽量降低设备材料及有色金属的消耗；注意降低供电系统的电能消耗和维护费用。（4）供电质量高。对煤矿供电不但在容量

2、上要满足其生产的要求，而且电能质量也应满足要求，否则将会造成设备的损坏。用电设备都是按照一定的额定电压设计制造的，用电设备在额定电压下工作性能最好，但实际上由于种种原因送到用电设备的电压与额定值总有一些差别，两者之间的差，称为电压偏移。 在一定的转速下，异步电动机的转矩与电压的平方成正比。电压下降会引起异步电动机的转差率增加和绕阻电流增大，从而使电动机发生过热现象。电压产生下降可能引起电动机停止或不能启动。若系统频率低于电动机额定频率，则电动机的转速也要下降。所以，电压和频率是衡量电力系统供电质量的两个基本参数。 良好的电能质量是指电压偏移不超过额定值的5%，频率偏移不超过（0.20.5）Hz。（5）留有发展余地。在矿区各级变电所建设时，要充分估计未来的发展，要留有发展余地，有扩建的可能性。（二）矿井供电系统的分类根据停电所造成的影响不同，即根据负荷的重要性以及供电中断所造成的危害程度来划分。煤矿电力用户可分为三级管理，以方便在不同情况下分别对待：（1）一级用户。是指凡因突然中断供电可能造成人身伤亡或重要设备损坏、造成重大经济损失或在政治上产生不良影响的负荷。例如：矿井主通风机、井下主

3、排水泵、副井提升机等。这类用户应采用不同母线的双回路电源进行供电，以保证有一供电线路故障的情况下，仍能继续供电。（2）二级用户。是指凡因突然停电造成较大数量的减产或较大经济损失的。例如：煤矿主井提升机、地面空压机、采区变电所等。对这类用户一般采用双回路供电或环形线路供电。（3）三级用户。是指除一、二级用户以外的其它用户。例如：学校宿舍、地面附属车间及矿井机修厂等。对这类用户一般只设一回路供电。用户分级管理便于调整电力负荷，合理供电。在供电系统发生故障或检修、限制用户用电负荷时，就能区别对待，以保证对二级用户全部或部分供电，确保对一级用户不中断供电。二、矿井供电系统的概况矿区用电由电力系统或地方发电厂供给，图4-1即电力系统一例。图4-1 典型电力系统煤矿企业的电源，一般来自电力网。矿井都设有地面变电所，送到矿井地面变电所的电压一般不超过35kV。地面变电所将电压降低到310kV之后供矿井用电设备使用。如果矿井比较集中，矿区用电功率甚大，则输电电压要超过35kV，甚至高达1l0kV或220kV。在这种情况下，在矿区需要设区域变电所。区域变电所将电压降低后，以35kV或更低的电压向各矿井的

4、地面变电所供电。矿山供电系统是由矿内各级变电所的变压器、配电装置、电力线路以及用户，按照一定方式连接起来的一个整体。现在我国矿山常用的供电系统有深井供电方式和浅井供电方式两大类。深井供电方式的特点是：井下所有的用电设备均由敷设在副井井筒内的高压电缆供电，通过井下中央变电所和采区变电所及工作面配电点，分别输送到各个机械设备上去。浅井供电方式的特点是：井底车场仅设立一个配电所，而采区的用电设备是由地面变电所用架空线送高压至采区相对应的地面处，用地面变电亭降为低电压，然后通过钻孔（或小风井）送至井下向采区供电。供电系统是根据井田范围、井下涌水量、矿层结构和埋藏深度等条件来选择。一般地说，若煤层埋藏深度不超过100150m，且涌水量较小，采区离井底车场较远的矿井，可以考虑采用浅井供电方式，此外大都采用深井供电方式。就目前情况来看，深井供电方式用得最普遍，图4-2就是典型深井供电系统的单线连接示意图，我们就以此为例来说明矿井供电系统。图42 典型深井供电系统矿山地面变电所是煤矿供电的总枢纽。地面变电所的电源一般来自同一区域变电所的不同母线，通过两路架空线引来，电压一般可采用35kV。变压器将35

5、kV的电压降为6kV（或10kV），并送到其母线上。从6kV（或10kV）的母线上引出电源向提升机、主要通风机、井下中央变电所等设备供电。在两段母线上分别装有电压互感器、避雷器及静电电容器。电压互感器为测量仪表及继电保护的电源；避雷器用于保护变电所内电气设备免受落雷过电压的危害；静电电容器用于提高功率因数。此外，还有两台动力变压器（6000/400），以供矿井地面的低压机械及照明用电的需要。井下中央变电所的电源是由地面变电所用沿副井井筒敷设的6kV（或10kV）高压电缆引进的。为了保证井下主要设备（如主排水泵）供电的可靠性，下井高压电缆应不少于两条回路。当其中一条电缆被损坏而不能送电时，其余电缆应能保证供给井下原有的全部负荷的用电量。 井下中央变电所一方面向井底车场附近的高压排水泵、牵引变流所设备供电；另一方面通过变压器将6kV（或10kV）电压降为660V（或380V）供给井底车场附近的低压动力设备，如翻车机、小水泵、照明变压器等设备用电；同时经高压电缆，将6kV（或10kV）电能送到各采区变电所。采区变电所再将6kV（或10kV）电压降为660V或1140V向采掘工作面供电。供电系

6、统必须符合下列规定：（1）矿井应有两回路电源。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；两回路都能担负矿井全部负荷；在两回路电源上都不得分接任何负荷；电源线路上严禁装设负荷定量器。10kV及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设。（2）各级配电电压等级：高压不应超过10000V；低压不应超过1140V；照明、信号、电话和手持式电气设备的额定电压，不应超过127V；远距离控制线路的额定电压，不应超过36V。采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。（3）严禁井下配电变压器中性点直接接地。严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机向井下供电。（4）直接向井下供电（包括经过钻孔的供电电缆）的高压馈电线上，严禁装设自动重合闸，手动合闸时，必须事先同井下联系。在井下低压馈电线上装设可靠的漏电、短路检测闭锁装置时，可采用瞬间1次自动复电系统。如果在局部通风机线路上发生故障而停风时，首先必须排除故障，但严禁在停风区内或瓦斯超限的巷道中处理故障，然后必须按照规程的有关规定执行。（5）为了防止地面雷电波及井下引起瓦斯、煤尘以及火灾等灾害，必

7、须遵守下列规定：经由地面架空线路引入井下的供电线路（包括电机车架线），必须在入井处装设避雷装置；由地面直接入井的轨道，露天架空引入（出）的管路，都必须在井口附近将金属体进行不少于2处的良好的集中接地；通信线路必须在入井处装设熔断器和防雷电装置。（6）为了保证安全供电，防止人身触电，电气设备在进行检修、搬迁等作业时，必须遵守先停电、检查瓦斯，在其巷道风流中瓦斯浓度低于1%时，再用与电源电压等级合适的验电笔验电，验明无电后，方可进行导体对地放电，控制设备内部有放电装置的，不受此限。所有开关的闭锁装置必须能可靠地防止擅自送电，防止擅自开盖操作，开关把手在切断电源时必须闭锁，并悬挂“有人工作，不准送电”的警示牌，只有执行这项工作的人员才有权取下此牌送电。三、供电系统的电气保护 煤矿生产是一个由许多环节组成的系统。在煤矿井下使用电能存在一系列危险，如人身触电、电火灾以及电火花引起的瓦斯、煤尘爆炸等。因此，确保井下供电安全，对保障矿井的安全生产和加速现代化矿井建设具有重要的意义。煤矿井下电网的“三大保护”（漏电保护、过电流保护、保护接地）对保证煤矿井下低压电网和电气设备的安全运行，避免各类事故的发

8、生，发挥着重要的作用。 （一）漏电保护 1基本概念 在电力系统中，如果带电导体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度，使经该阻抗流入大地的电流增大到一定程度，那么说明该带电导体发生了漏电故障，流入大地的电流叫漏电电流。 在变压器中性点绝缘的低压供电系统中，发生单相接地（包括直接接地和经过渡阻抗接地）或两相、三相对地的总绝缘阻抗下降到危险值的电气故障就叫做漏电故障。由此可见，漏电故障分为单相漏电、两相漏电、三相漏电三种类型，其中前两种属于不对称漏电故障，后一种属于对称性漏电故障。 按照漏电故障存在的区域特征，又可以把漏电故障分为集中性漏电和分散漏电两种。集中性漏电是指漏电故障发生在电网中的某一处或某一点，而电网其余部分的对地绝缘水平保持正常。分散性漏电是指整个电网或整条线路的对地绝缘水平均匀下降并低于允许水平的漏电。在井下供电中遇到的大多数漏电故障是集中性漏电故障，分散性漏电故障极为少见。 漏电的主要原因有：（1）电器设备或电缆使用时间长又得不到正常的维修，造成绝缘性能下降。（2）电气设备长期工作在有淋水的环境中，致使设备受潮而造成漏电。（3）在连接时，将火线与地线相连，造成直接漏电，或由于接线

9、不牢，由于外力将电缆碰掉而造成漏电。（4）运行中的电缆被长期埋压或掉落浸泡于水中，使电缆绝缘层老化或被井下水的酸性侵蚀而渗透、受潮产生漏电。（5）维修电气设备时，将工具和材料等导电体遗留在设备内部，造成一相连接金属外壳而漏电。 煤矿井下空气潮湿，环境条件恶劣，又是工作人员和生产机械比较集中的地方，电网若发生漏电，可能导致人员触电、瓦斯与煤尘爆炸以及电雷管的先期引爆；长期存在的漏电电流，会使电缆、电气设备的绝缘进一步恶化，从而造成相间短路，甚至发生危及矿井安全的电气事故。因此，对于矿井电网必须装设漏电保护装置。 漏电保护的主要作用有：（1）防止人身触电。漏电保护可以缩短人身触电的时间，减小通过人身的电流，从而保证人身安全。（2）防止漏电电流烧损电气设备。在电网中出现漏电故障后，漏电保护装置会及时地将故障线路或设备从电网中切除，避免漏电电流长期存在。（3）防止漏电火花引爆瓦斯和煤尘。对于380V或660V电网，漏电电流达88mA或42mA时，产生的火花就能引爆瓦斯。目前采用的漏电保护还无法保证完全杜绝漏电电流点燃瓦斯。但是，由于漏电保护可以缩短漏电故障存在的时间及降低漏电电流的数值，因此，它大大降低了漏电火花引爆瓦斯、煤尘的可能性 2附加直流检测式漏电保护 （1）工作原理： 电网若发生漏电故障，最容易检测到的是故障相对地绝缘电阻下降。这样，如果在三相电网与大地之间附加一独立的直流电源，则在三相对地的绝缘电阻将有一直流电流通过，该电流的大小变化就直接地反映于电网对地绝缘电阻的变化。有效地检测和利用该电流，就可以构成附加电源直流检测式漏电保护。 这种保护的电气原理如图4-3所示。图4-3 直流检测式漏电保护原理图三相电网与大地之向附加一独立的直流电源，电源U正极流出的直流电流I经过欧姆表-地-三相绝缘电阻ra、rb、rc-三相电网-

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