煤矿电气安全 李国欣讲解

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1、煤矿电气安全与保护,中 国 矿 业 大 学 电气安全与智能电器研究所 二OO九年十一月,2,煤矿电网的保护与监控 电气防爆技术 事故案例分析,3,供电可靠性要求高 井下人员 瓦斯 涌水 生产 损失惨重，教训深刻 同一电压等级的供电级数多 地面变电所、井下中央变电所、采区变电所、移动变电站 负荷集中 大功率设备多 大功率设备多且相对集中，负荷变化对供电系统影响大 运行环境恶劣 事故频繁 环境潮湿，粉尘多，移动型设备多，挤压碰撞多 电缆供电为主 高压电缆一般有几十公里，单相接地电流大，易拉起电弧，不易自恢复 新型电力电子设备逐渐增多 谐波含量超标 自然功率因数低 供电设备技术水平参差不齐 设备多且

2、难以统一，配合复杂，管理维护困难,矿 井 供 电 的 特 点,4,1 煤矿电网供电结构 2 保护整定原则及配置 3 存在问题及解决思路 4 井下配电自动化监控系统,煤矿电网继电保护,5,一 煤矿电网供电结构,6,1 煤矿电网供电结构在正常运行方式下为辐射状类似于配电网，但传输线路上并无T型分支线路，同时也不存在像10kV配网中的线路分段开关，其又具有输电网的特点。 2 地面的各高压配电点基本上是由35kV或110kV变电所6kV母线直接供电，而下井线路供电级数较多，其中央变电所以下部分每一级之间供电距离大都很短，有的线路长度不足500m。 3 煤矿电网中的所有高压开关设备都安装在变电所内，如高

3、压断路器都位于选煤厂等变电所中，高压防爆开关都位于中央变电所、各采区变电所或配电硐室中。,几个特点,7,二 保护整定原则及配置,3110kV电网继电保护装置运行整定规程 （1996年6月1实施） 煤矿安全生产规程 （2005年1月1日起实行） 煤矿井下供电三大保护整定细则 煤炭工业出版社 矿井漏电保护 煤炭工业出版社,8,煤矿电网电气设备保护配置表,9,煤矿电网电气设备保护配置表 （续）,10,对矿井电气保护装置的基本要求,1选择性 当供电系统发生故障时，电气保护装置应能有选择地将故障段切除，即断开距离事故点最近的开关设备，从而保证供电系统的其他部分能正常运行。 为了保证电气保护装置的动作有选

4、择性，上级开关保护动作值应比下级开关保护的动作值大1.1倍以上，而且要求上级开关的动作时间比下级开关的动作时间长0.5s0.7s。,11,对矿井电气保护装置的基本要求,2快速性 一般要求电气保护装置能快速切除故障。但有些情况下快速动作与选择性相矛盾。例如，选择性漏电保护，在线路出现漏电后，经一定选择时限，再通过开关的动作，这就影响了故障的快速切断。在不能同时满足以上两个要求时，一般应首先满足选择性的要求。 对用来监视电力系统不正常工作状态的保护装置，如过负荷保护，就不需快速动作，应有一定的延时。,12,对矿井电气保护装置的基本要求,3灵敏性 电气保护装置对其保护范围内的故障和不正常运行状态的反

5、应能力称为灵敏性。不同的保护装置和被保护设备对灵敏系数的要求也不相同。井下被保护的变压器、线路等所有电气设备，其过流保护的最低灵敏系数为1.5，后备保护灵敏系数为1.2。,13,灵敏度校验,满足灵敏性的要求保护装置保护范围应该在事先规定好的范围内，不论短路点位置，短路类型如何，都能正确反应。 保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，它主要决定于被保护的元件和电力系统的参数和运行方式。,14,对矿井电气保护装置的基本要求,4动作可靠性 动作可靠性是指在线路和电气设备发生故障时，保护装置应能可靠动作，不会出现拒绝动作，也不会出现误动作。例如，鼠笼异步电动机正常启动电流为额定电流的57倍，这时若保护

6、装置动作，电动机就会停止运转，此动作为误动作；若电动机出现短路故障，线路流过短路电流，此时装置不动作，称为拒动。这都是不可靠动作，因此必须进行正确整定和定期校验。,15,可靠系数,由于理论计算和实际情况之间存在一定的差别，即必须考虑各种因素的影响，如: （1）实际的短路电流大于计算值； （2）对瞬时动作的保护还应考虑到非周期分量使总电流增大的影响； （3）保护装置中继电器实际启动电流可能小于整定值； （4）考虑必要的裕度。 从最不利的情况出发，即使同时出现以上几个因素的影响，也能保证在预定的保护范围以外发生故障时，保护装置不误动作，因而必须乘以大于1的可靠系数。过流保护考虑到设备的过负荷一般取

7、1.2，井下的保护为电脑程控综合保护器，速断的保护的可靠系数取1.1。,16,高压线路越级跳闸原因分析,1.整定方法 2.运行方式差异 3.保护装置问题 4.线路较短,17,整定方法不合理,线路的速断保护有如下整定方法：,灵敏度校验：, 被保护电缆干线距变压器二次侧出口 最远点两相短路电流（线路的末端）,整定方法为煤炭工业部制定的煤矿井下供电的三大保护细则（煤炭工业出版社）中第6条中用于1200V及以下低压电缆线路的速断保护的整定计算。,18,采用该方法整定带来的影响：,19,系统运行方式差异较大对整定的影响,某矿系统运行方式： 1. 系统参数： 最大短路容量：449.03MVA 最小短路容量

8、：152.49MVA,20,21,由于某些下井线路未加限流电抗器，母线的短路电流较大，如某条线路的母线最小三相短路电流为3.15kA（最小两相短路电流2.7KA），且它的下一级出线保护的电流互感器的变比为200/5，而目前井下保护装置的可选的最大短路电流为10倍电流互感器的额定电流，即2KA。,保护装置对整定计算的影响：,22,线路较短对保护的影响：,当线路较长时，其始端和末端的短路电流差别较大，因而短路电流的变化趋势比较陡，保护范围较大。 当线路较短的时候，线路的短路电流变化平缓，速断保护的整定值考虑了可靠系数后，其保护范围将很小甚至等于零。 如在井下有的电缆线路大约只有500米，上下级的短

9、路电流很难区分，保护范围为零，此时的瞬时速断形同虚设。在灵敏度不满足要求的情况下，应采用同一灵敏系数法，保证最小保护范围 。,23,线路较短对保护的影响：,此时不可避免的发生越级跳闸,24,煤矿生产的工作条件是具有十分特殊性的，其电网的安全、稳定运行是煤矿企业安全生产的重要保障。要保障煤矿企业主设备安全可靠运行，正确、合理的保护定值整定是必不可少的措施之一。 目前煤炭系统内，继电保护整定管理水平总体上比较低，至今没有形成统一的，被系统内认可的整定计算规范，目前各单位还处于手动计算，各自为营的状态。,25,解决思路,制定更加完善的井下保护整定规程 井下配电自动化系统,26,井下配电自动化监控系统

10、,高压开关保护器全部采用数字化综合保护，以提高保护的可靠性，并在地面建立调度监控系统，对井下变电所进行远程监控，构成全矿井下供配电系统的自动化监控系统。 实现视频、音频及系统监测监控三网合一，全面完善煤矿井下供电系统的远程监控、调度指挥的功能。,27,28,功 能,在地面进行井下供配电系统的电气量监测、信号量监视、开关分合控制操作； 通过地面调度监控工作站或在井下通过遥控器在线调整保护定值，设定保护投退； 保护装置数字化，保护动作精度高、速度快，可靠性高； 事件顺序记录和故障录波功能； 报表打印。,提高供电系统保护可靠性，缩小事故影响范围，缩短事故影响时间，为井下变电所无人值守创造条件。,29

11、,井下配电自动化系统的几个问题,底层单元设计：本安 模块化 通信方式选择：总线+以太网 井下网络结构设计：自愈型环网 数据库设计 和其它自动化系统的联系,30,网 络 结 构,31,煤 矿 电 网 电 气 防 爆 技 术,32,33,电火灾引起瓦斯/煤尘爆炸的条件 防爆电气设备的种类 矿用防爆设备的应用与分析 存在问题及解决思路,煤 矿 电 网 电 气 防 爆 技 术,34,电火花引起瓦斯/煤尘爆炸的条件及其预防方法,瓦斯、煤尘爆炸是井下危险性最大的事故 爆炸时，气体急剧膨胀，产生很大压力和大量的一氧化碳，对爆炸地点的生产设施及人的生命均有强烈的破坏性 必须采取有力的预防措施，杜绝其发生,35

12、,瓦斯、煤尘爆炸的条件,瓦斯，通常指甲烷（CH4），又名沼气 瓦斯爆炸的条件 在空气中的含量（浓度）达到516%的范围 8.5%的浓度最易引起爆炸 9.5%的浓度爆炸压力最大 遇到温度超过650750以上的电火花或灼热的导体,36,煤尘爆炸的条件 当煤尘尺寸在1m1mm的范围内，挥发分指数超过10% 飞扬在空气中的含量为303000g/m3 其中以112gm3爆炸最猛 700800的点燃温度,37,爆炸必须具备两个条件,一定的气体浓度 足够的火花能量,38,瓦斯、煤尘爆炸的预防方法,将瓦斯和煤尘的含量严格控制在非爆炸的范围内 瓦斯：主要是加强通风 使总回风巷中的瓦斯浓度小于0.75% 工作面的

13、瓦斯浓度达到12%时，就应当停止机电设备运行，撤离人员，进行处理 煤尘：可用洒水或撒岩粉的方法来迫使煤尘降落，使飞扬的煤尘减少 使煤尘在空气中的含量在20g/m3以下,39,对电气设备采取严格的防爆措施，使之不会引起瓦斯、煤尘 完善井下供电系统的保护装置，预防电气设备及电缆线路产生短路故障 建立健全各种有效的安全制度及操作制度，保证井下电气设备及系统正常运行,40,防爆电气设备的种类,防爆电气设备 适用于有爆炸危险场所内的电气设备 正常运行或事故状态下产生的能量，不足以或无法接触点燃易燃气体，使之爆炸 电气设备的防爆型式 隔爆型 本质安全型 增安型 正压型 充油型 特殊型 充砂型、无火花型、浇

14、封型、气密型,41,隔爆型 指将所有能产生火花、电弧和危险温度的零部件都放到具有足够强度的壳体之内，当壳体内部发生爆炸时，不致引起外部爆炸性混合物爆炸的电气设备 符号为“d” 本质安全型 指电路系统中，在正常状态和故障状态下，产生的电火花和温度，都不能引起爆炸性混合物爆炸的电气设备 符号为“i”,42,增安型 在零部件上采取适当的措施，使其在正常运行时不产生火花、电弧和危险温度的电气设备 符号为“e” 正压型 通过保持内部保护气体的压力高于周围爆炸性环境压力的措施来达到安全的电气设备 符号为“p” 充油型 将可能产生火花、电弧和危险温度的带电零部件浸在油中，使其不引起油面上爆炸性混合物爆炸的电

15、气设备 符号为“o”,43,充砂型 在外壳内充填砂粒或其它规定特性的粉末材料，使之在规定的使用条件下，壳内产生的电弧或高温不能点燃周围爆炸性气体环境的电气设备 符号为“q” 无火花型 在正常运行条件下不产生电弧或火花，也不产生能够点燃周围爆炸性混合物的高温表面或灼热点，且一般不会发生有点燃作用的故障的电气设备 浇封型 将能产生点燃爆炸性混合物的电弧，火花或高温的部分浇封，使它不能点燃周围的爆炸性混合物的电气设备 符号为“m”,44,气密型 用熔化、挤压或胶粘的方法进行外壳的密封，这种外壳能防止壳外气体进入壳内的电气设备 符号为“h” 特殊型 结构上不属于上述各类型，而采用其它防爆措施的电气设备

16、 符号为“s”,45,防爆电气设备的类别,防爆电气设备因使用地点不同，根据GB38362000分为两类 I 类 煤矿用防爆电气设备 II类 除煤矿外的其他爆炸性气体环境用防爆电气设备,46,电气设备中应用广泛的是隔爆型设备 Exd I 隔爆型设备要求隔爆外壳要有耐爆性和隔爆性能，有足够的机械强度，能耐受内部爆炸性混合物可能产生的最大压力，并严格控制结合面的间隙、宽度及加工光洁度，使电气设备外壳内部发生的电火花及爆炸不致引燃外部爆炸性混合物。,47,48,小设备关系大安全我国矿井供电设备安全现状,在我国瓦斯矿井中，有多达20余万台的供电设备。任何一台设备存在安全隐患，都会给矿井安全带来难以预测的后果。近年来发生的数起特别重大瓦斯爆炸事故，都因井下电气产生的火花所致。煤矿安全技术专家对45户重点监测煤炭企业调查后指出，矿井电气安全状况差，供电系统稳定性、可靠性差。因此，打造本质安全型井下供电电路和设备，成为实现煤矿安全的迫切要求。,49