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1、目 录,第一章,1,2,第二章,3,第三章,4,第四章,5,第五章,绪论,一、课程性质与任务 二、主要学习内容 三、教学方式与考核 四、主要参考书,课程性质与任务,1. 专业必修课 2. 课程特点： 专业性强 理论与实际联系性强 3. 教学要求与任务： 通过对本课程的学习，对矿山供电系统、煤矿井下用电安全有明确的了解，掌握电气设备的防爆原理、常用煤矿电气机械的构造及原理、井下三大保护的原理与作用，能进行一般井下供电系统的设计与计算。,主要学习内容,CH1 矿山供电系统和负荷 CH2 矿山供电系统故障分析 CH3 矿井电网三大保护 CH4 矿山供电系统设备及选择 CH5 矿山电气设备的控制,教学
2、方式与考核,1. 课程总计40（32）学时，其中课堂教学36（28）学时，实验教学4学时。 2. 课程考核： 平时成绩（20）+ 实验成绩（10）+ 考试成绩（70）100分,主要参考书,1.矿山电工学 / 唐轶 等编 中国矿业大学出版社 2011.2 2.矿山电工学 / 赖昌干 等编 煤炭工业出版社 1991.11 3.矿山供电 / 郭雨 等编 煤炭工业出版社 2009.5,CH1 矿山供电系统和负荷,学习要求 1. 一般掌握：典型电力系统的组成及有关的基本概念、矿山供电系统中的电气设备额定电压的确定、矿山电力负荷及计算、矿用变压器的选择。 2. 熟练掌握：电力负荷分级及对供电系统的要求、供
3、电系统的连接方式、矿山供电系统。,第一节 概述,一 电力系统 二 电力系统的额定电压 三 电力负荷对供电的基本要求及分级,一、电力系统,电力系统的概念：是由各种不同电压等级的电力线路将发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体 。,图1 一个简单的电力系统,电力系统组成,典型电力系统图,交流发电机(G),电力变压器(T),国内最高电压等级的变压器,断路器(QF),隔离开关(QS),熔断器(FU),刀开关(QK),熔断式开关(Q),负荷开关(Q),电流互感器(TA),电压互感器(TV),阀型避雷器(F),电抗器(L),电容器( C ),线路、母线(W) 电缆及终端(
4、X),2. 电力系统的主要环节（1）,（1）发电厂（站）： 指将其他形式的能量转换成电能的场所。 一般根据所使用的能源的不同，将电厂分为火力发电厂、水力发电站、核电站、潮汐电站、风力发电站等。,火力发电厂,水力发电厂,大亚湾核电站,风力发电场,2. 电力系统的主要环节（2）,（2）变电所：是汇集电能、变换电压的中间环节，它由各种电力变压器和配电设备组成。 按用途分： 升（降）压变电所、联络变电所、工矿企业变电所、农村变电所、整流变电所等。 按地位分：枢纽变电所、穿越变电所、终端变电所。 按供电范围分：区域（一次）变电所、地区（二次）变电所。,变电所图,2.电力系统的主要环节（3）,（3）电力网
5、：是指在电力系统中，变电所与各种不同电压的电力线路组成的网。是电力系统的重要组成部分，担负着输送、变换和分配电能的任务。 根据电压等级的不同，电力网可分为： 低 压 电 网：1.2kV及以下 高 压 电 网：3kV330kV 超高压电网：330kV1000kV 特高压电网：1000kV以上,高压输电线,二、电力系统的额定电压（1）,1. 额定电压：是指发电机、变压器和电气设备等在正常运行时具有最大经济效益时的电压。 2. 额定电压等级：由国家规定的各种标准额定电压。 作用：便于各种电力设备生产制造标准化和系列化。,第一章,表1-3（线电压，kV),二、电力系统的额定电压（2）,电气设备额定电压
6、的确定 我国国家标准规定：一般供电设备的额定电压应高出系统和用电设备的额定电压的5，用以补偿正常负荷时线路上的电压损失，使设备获得近似额定的电压。受电设备的额定电压与系统额定电压相对应。,二、电力系统的额定电压（2）,3.电气设备额定电压的确定(1),确定电气设备额定电压的一般规律： A. 发电机： 额定电压 VGN=1.05系统额定电压（VN） B. 变压器： 受电侧额定电压VTN1 与发电机相连时，VTN1=VGN 与线路（系统）相连时，VTN1=VN,3.电气设备额定电压的确定(2),B. 变压器 输出侧额定电压VTN2 与35kV及以上线路相连 VTN2=1.1 VN 与35kV以下线
7、路相连，但变压器的短路电压百分比 VS%7.5%，或连接长线路时 VTN2=1.1 VN 其他情况 VTN2=1.05 VN,3.电气设备额定电压的确定(3),C. 系统额定电压与设备额定电压 系统VN=用电设备VN 系统额定电压和设备额定电压值根据表1-2、1-3确定 下面举例说明电力系统中电气设备额定电压的确定方法.,请根据下面系统图已知参数确定各电气元件的额定电压.,6.3kV,6.3/363/121kV,110/10.5kV,330/38.5kV,6/0.4kV,二、电力系统的额定电压（4）,4. 煤矿常用电压等级及应用范围 36V及以下：井下电气设备控制及局部照明 127V：井下照明
8、及手持式电钻 220V：矿井地面照明 250V(DC)：电机车 380V：小型矿井井下使用 500V(DC)：井下电机车,4. 煤矿常用电压等级及应用范围,660V：井下低压动力 750V(DC)：露天煤矿工业电机车 1140V：井下综采动力 1500V(DC)：露天煤矿工业电机车 6kV: 井上、下高压电机及配电电压 10kV：特大型矿井井上、下高压电机及 配电电压 35、60、110kV：矿区受电电压或配电电压,三、电力负荷对供电的基本要求及分级,供电系统是煤矿生产的主要环节。它由各种电气设备及配电线路按一定接线方式组成。 供电系统的作用就是从电力系统获取高压电能，通过变换、分配、输送将电
9、能安全、可靠地送到各种不同的动力设备上，以满足煤矿现代化生产的要求。,（一）、电力负荷对供电的基本要求,1）保证供电的安全性； 2）保证供电的可靠性； 3）保证电能的良好质量； 4）保证供电系统的技术经济合理。,1）供电的安全性,安全性：*指在电能的供应、分配和使用中不应发生人身触电伤亡事故和设备毁坏事故。 人身触电伤亡：架线选择、触电保护、接地保护等 设备毁坏：继电保护、结线方式等 对煤矿生产的含煤尘、瓦斯、高湿度等特殊环境，为确保供电安全，还必须采取防触电、防潮、防爆、抗磨损等措施，正确选择设备、确定供电系统方案，并加强保护措施，经常进行检修。,2）供电的可靠性,可靠性：*指应满足用电户对
10、供电的连续性要求。即供电的不间断性。 煤矿供电（尤其是一级负荷）绝对可靠，即无论在任何情况下，都必须保证能提供一部分电能，保证人身与设备不受危害。,3）保证电能的良好质量,电能质量：*主要指满足用电户对电压和频率质量的要求，也包括电压波形。即要求电压幅值和频率保持在一定允许范围内，并使波形畸变不超过允许值。 电压幅值允许变化范围：,3）保证良好的电能质量,频率变化范围一般为500.2Hz 电压和频率超出允许范围的危害：影响电力系统的稳定运行，设备运行及出力恶化，生产质量受到较大影响。 波形畸变：交流电压波形畸变，表示电网含有高次谐波，谐波含量过高，会使继电保护、自动装置、计算机等不能正常工作，
11、所以一般波形畸变不允许超过5%。,4）技术经济合理,技术经济合理：*指供电系统在满足用电户对用电的安全性、可靠性、电能质量要求的前提下，供电系统的投资要尽量少、运行费用尽量低。包括使供电系统建设成本降低、提高设备运行效率，降低损耗，使系统有较好的运行效益。 应该在满足用电负荷对供电的前3个技术要求的条件下尽量使供电系统设计技术经济合理。,（二）电力负荷分级,电力负荷是决定电力系统规划、设计、运行及发电、送电、变电布局的主要依据，按用户对供电可靠性的要求分为三级。,1）、一级负荷,对突然中断供电将造成生命危害、导致重大设备破坏且难以修复、打乱复杂生产过程并使大量产品报废，给国民经济造成重大损失的
12、负荷为一级负荷。 如矿井的通风、排水、提升（付井）等负荷。对属于一级负荷的设备，为使其可靠运行，必须采用完全备用系统供电，即采用两个独立电源的双回路供电。,1）、一级负荷,独立电源：指不受其他电源故障影响或干扰的电源。 如分段母线的电源来自不同发电机，且其输变配各环节为分列运行的。 或母线之间无联系，或有联系，但当其中一个故障时其联系会自动断开，不影响其他供电的。,2）、二级负荷,指突然中断供电时将造成大量减产，产生大量废品，大量原材料报废，使工业企业内部交通生产停顿的负荷为二级负荷。 如矿井的地面空压机、提升运输运设备、井底车场的整流设备等。 二级负荷采用双回路供电。即要有线路备用。,3）、
13、三级负荷,凡中断供电不会在经济上或其他方面造成较大影响者，为三级负荷。 负荷有：机械修理厂、生活福利设施等。此类负荷一般对供电可靠性无特殊要求，不需要备用电源和设备,一般采用无备用系统结线方式。,第二节 矿山供电系统,一、供电系统接线方式 二、矿井供电系统 三、矿井各级变电所及配电点,一、供电系统结线方式（1）,基本概念 供电系统结线：是指由各种电气设备及其联接线构成的电路，其功能是汇集和分配电能。 结线方式按布置方式分：放射式、干线式、环式、双电源（独立）供电式 按运行方式分：开式网络、闭式网络 按可靠性分：无备用网络、有备用网络,（一）、供电电源系统结线,1）放射式（1）单回放射式：是在上
14、一级降压站（变电所）的馈出母线上引出多条回路，直接向下级降压站（变电所）或用电设备供电。属于无备用系统结线。各条引出线之间无联系，其沿线不分支接其他负荷。系统简单、运行维护方便；缺点是使用的开关、线路多，供电可靠性差。,（2）双回路放射式,单电源双回路：从一段母线上并列引出两回线路，每回线路有单独的开关控制。属于有（不完全）备用系统结线。适用二级负荷。供电可靠性高，运行可采用并列运行，也可一路运行一路备用，运行灵活。,（2）双回路放射式,双电源双回路（完全备用）：是在上级变电所设置2套电源, 分别接在不同的母线上，向下级变电站或用电设备供电。当任一路电源或线路发生故障时，可通过另一路电源或线路
15、向负载供电。由于这种接线从电源到负载都是双套设备投入工作，并且互为备用，所以供电可靠性高，适用于容量较大的一、二级负荷。但所用设备多、用线长、投资大，若负荷不大时将造成有色金属材料的浪费。,（2）双回路放射式,2、干线式供电,直接联络式：从一路高压配电干线上直接引出分支线向用户供电，分支线一般不超过5，且配电变压器容量不超过3000kVA。 一般适用于架空线上对三级负荷分散用户供电，也可用于井下电缆线路对多台顺槽输送机供电。 优点：回路少，高压配电装置数量减少、造价低。 缺点：当公用干线故障全部断电，可靠性较差。,（1）直接树干式接线方式,（2）串联型树干式接线,为提高干式接线的可靠性，各用户
16、采用进、出线均装隔离开关的方式引接分支线，形成串联型树干式接线，也称为链串型树干式接线。 这种接线又分为单回路树干式和双回路树干式2种。,单回路树干式接线,这种接线在每个用户的进、出线上均装有隔离开关QS。当干线上N点发生故障时，干线总开关QF将跳闸。,备用干线的干绕式接线方式,为提高单回路树干式接线方式的可靠性，可采用备用干线的方式供电。当干线上任一处或任一干线发生故障或需要检修时，可通过开关切换由备用干线从另一侧供电，从而进一步缩小停电范围。,双回路树干式接线,是每个用户或用电设备分别从2条干线上引入电源，当任一条干线出现故障或需要检修时，可用另一干线恢复供电。所以这种接线供电可靠性较高，可向二、三级负荷供电。,3、环状式接线,适用于电源对矿区用户相对位置居中或较远，而用户间距较近，且负荷相差不太悬殊的供电。供电可靠性高，运行、保护整定困难。,这种接线一般是在同电压之间的变电所构成环形，每个变电所都有两路进线，当其中一路发生故障时，可由另一
