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1、煤 矿 电 气 安 全 1 主要内容 煤矿供电系统及井下常用电气设备 中性点运行方式及高压漏电保护 低压漏电保护 煤矿电网的其它保护 电气防爆技术 煤矿电气事故案例分析 2 煤矿供电系统及特点 煤矿电网运行中存在的问题 煤矿电网的研究方向 煤矿供电系统 3 煤矿高压供电系统 一 矿井对供电的要求 煤矿企业为电能的重要用户 由于煤矿生产的 特殊性 在供电上要求更为严格 煤矿安全规 程 第四百四十一条要求 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 矿井应有两回路电源线路 是指应有2个或2个 以上的 分别来自电力网中不同的区域变电所或 发电厂的电源线路
2、这是由煤矿生产的特殊性所 决定的 4 一 矿井对供电的要求 对煤矿矿井的供电必须实现如下要求 1 供电可靠 2 供电安全 3 保证充足的供电能力 4 技术经济合理 5 供电可靠 v供电可靠就是要求对矿井的供电连续 不间 断 第一类负荷突然中断供电 将会造成人 身伤亡 设备损坏且难以修复 给国民经济 带来很大损失 v对这些第一类负荷 必须确保其供电的可靠 性 并且煤矿用户在电力网中属于第一类用 户 因此每一矿井应有两回路电源线路 6 供电安全 v煤矿生产主要是井下作业 工作环境恶劣 特殊 受地质等自然因素影响极大 v矿井供电系统一旦发生故障或事故时 极易 引起矿井火灾 瓦斯与煤尘爆炸 淹没矿井
3、等重大事故和人身触电伤亡事故 v因此必须严格遵照 煤矿安全规程 及其他 相关行业规定进行矿井供电作业 并确保安 全 7 保证充足的供电能力 v鉴于煤矿用户属于第一类用户 电力网必须 对煤矿用户提供充足的供电能力 即当任一 回路发生故障停止供电时 另一回路应能担 负矿井全矿负荷 如此才能确保煤矿生产的 连续性 v矿井设计时 不仅要考虑矿井达产时有充分 的电力供应 还应考虑将来矿井发展时电力 消耗的增加 在用电负荷紧张的地区 保证 矿井充足的供电能力尤为重要 8 技术经济合理 v电能质量好 v投资费用与维护费用低 9 二 矿井电压等级 电压等级用途 交 流 电 36V 127V 220V 380V
4、 660V 1140V 3 6 10kV 35 60kV 110 220 330kV以上 矿用低压隔爆磁力起动器的控制 回路及信号回路 井下照明 信号 煤电钻 地面照明 低压动力 地面或井下低压动力 井下低压动力 采区大型采煤机组等 大型机械的电动机或输电 高压输电 超高压输电 直 流 电 110 220 440V 250 550V 40 80 110 120V 2 5 4V 一般动力 架线式电机车 蓄电池电机车 矿灯 10 三 矿井供电系统的结构 v矿井供电方式的决定因素 v矿区范围 v采用机械化方式 v矿层结构 v采煤方法 v矿层埋藏深浅 v井下涌水量大小 v典型供电方式 深井 浅井 平硐
5、三种 11 深井供电系统 适用矿层埋藏深 倾角小 采用立井和 斜井开拓 生产能力大的矿井 如下页图6kV高压电能从矿井地面变电 所母线引出 先由沿井筒敷设的铠装电缆送 至井下主变电所 再送到采区变电所或移动 变电站降压 得到660V或1140V低压电 然 后经过采掘工作面配电点 向采掘机械等设 备供电 12 地面部分 13 井下部分 14 浅井供电系统 对矿层埋藏不深 距地表100 200m内 的情况 处于经济和运行方便的考虑 一般采 用浅井供电系统 1 对于采区距井底车场较远 2km 井下负荷小 涌水量不大的矿井 可经架空线 路 将6 10kV高压电由地面变电所送至与采 区位置相应的地面变电
6、亭 再降压至380或 660V 再沿钻眼送至井下采区变电所 15 浅井供电系统 2 当采区负荷小而井底车场负荷大时 对井底车场的供电 可沿井筒敷设高压下井 电缆供电 对采区的供电 可沿钻眼敷设低 压电缆提供 3 对采区巷道很长 负荷又大 为保证 正常电压 可经高压架空线路 将电能送至 与采区对应位置的配电点 沿钻眼敷设高压 电缆 向井下采区变电所供电 再由该变电 所降压 向工作面提供低压电力 16 浅井供电系统 地面变电所 17 浅井供电系统 深井与浅井供电系统的不同 在于浅井井 底车场的配电所代替了深井系统中的井下变电 所 以及采用钻眼向采区供电的方式 钻眼供电的优点 1 将由矿井地面变电所
7、至采区变电所的 电缆线路换成可靠的架空线路 节约有色金属 和投资 2 井下巷道中没有高压电缆 人员设备 更安全 18 浅井供电系统 钻眼供电的优点 3 减少井下变电所硐室的开拓 4 再由沼气煤尘突出的采区 由于使用变电亭 使防爆高压配电箱和矿用变压器的使用大大降 低 缺 点 1 需要进行钻孔 下套管 且套管不能回收 2 需要加设架空线路 修建变电亭 3 冬季施工维护困难 19 平硐供电系统 对矿层埋藏较浅 低于100m 分 布范围广的矿井一般采用平硐开采的供电 系统 对深部的用电设备 可利用小风井 斜井或钻孔附近设置的地面变电亭提供低 压电力 当需要向平硐提供直流电时 可 先经地面变电所整流
8、再用电缆下送 对 平硐开拓且井深在150m的用电设备供电 其系统与深井供电相同 20 四 矿井各级变电所及配电点 1 矿井地面变电所 1 位置选择原则 1 靠近主要负荷和入井电缆井筒 减少金属导 线消耗 降低电能损耗 2 架空线与所址同时确定 一边为各级电压线 路进出变电所留出走廊 3 设在常年主导风向上风侧 避开污染源 4 具有适宜的地形和地质条件 5 避开危险区和排废场 与铁路距离 40m 6 交通方便 有扩展空间 21 1 矿井地面变电所 2 2 地面变电所的布置 一般10kV及以下电压等级的配电装置采 用户内式成套配电装置 35kV及以上电压的 采用户外架构式配电装置 对特殊地区或场合
9、 应用时35kV 110kV变电所也采用户内式配电 装置 为保证运行时电气设备和人员的安全以 及检修维护和搬运的方便 对室内外的配电装 置的各个部件 规定了最小的电气绝缘间距 22 2 井下主变电所 3 1 位置选择原则 应尽量靠近负荷中心 并根据通风良好 交通方便 进出线易于敷设 顶底板条件及 保安煤柱的位置等因素 综合加以考虑 一般设在靠近副井的井底车场范围内 23 2 井下主变电所 4 井下主变电所的位置示意图 1 副井井筒 2 主井井筒 3 井下主 配 变电所 4 主水泵房 5 井底车场巷道 24 2 井下主变电所 5 2 硐室要求 A 硐室用非燃性材料支护 B 硐室长度超过6m时 应
10、在两端各设一 出口 一个与井底车场大巷相通 并安有栅栏 防火两用门 另一个与水泵房相连 彼此间 应有装栅栏 防火两用门的隔墙 25 3 设备布置 1 布置原则 A 井下主变 配 电所内设备间的电气 连接 除在开关柜内可以采用硬母线外 均需 要采用电缆 高压电缆一般应敷设在电缆沟中 低压电缆可悬挂在墙上 B 为缩短硐室长度 一般采用双列布置 但当设备台数较少 低压开关采用配电盘时 也可采用单列布置 井下主变电所设备布置原则 1 26 井下主变电所设备布置原则 2 C 硐室内分成变压器室 配电室两间 以防 火门相隔 配电室的高低压设备应分开布置 D 硐室尺寸按设备最大数量及布置方式确定 E 所有电
11、气设备外壳必须接地 接地母线距 地0 3 0 5m 且沿硐室内壁敷设 由于井 下主接地极距井下主变电所很近 故除检漏 继电器的辅助接地极外 一般不再另设局部 接地极 27 井下主变电所的布置方式 由井下条件 和所采用的高低压配电装置的类型来决定 v 对于低沼气矿井 高压开关柜台数 不太多 且采用矿用一般型手车式 GKFC 1型 低压开关采用矿用低压配 电屏设备时 井下主变电所的布置 采用 下页图所示的单列布置形式 当用电负荷 较大 高压开关柜台数较多时 高压开关 柜也可用双列布置 2 井下主变电所设备布置方式 28 低沼气矿井接线示意图 29 低沼气矿井井下主变 电所设备示意图 30 v 对于
12、高沼气 煤与沼气突出的矿井 其井下主变电所采用后页图所示的布置 方式 图中变电所高低压开关柜均为隔爆设 备 高低压设备均为双列布置 2 井下主变电所设备布置方式 31 高沼气矿井接线示意图 32 高沼气矿井井下主变电所 电气设备设置示意图 33 3 采区变电所 1 供电方式 传统方式 采区变电所 工作面配电点方式 这种供电方式以低压向全采区负荷供电 较安全 但由于所用电缆 开关较多 供电系 统相对复杂 且电能和电压损失较大 同时低 压电缆长 供电容量受限制 一般用于炮采和 普通机械化采煤 34 DB 高压配电箱 QA 自动馈电开 关 SM 磁力起动器 SH 手动起动器 35 3 采区变电所 供
13、电方式 综采矿井常用方式 6kV 采区变电所 移动变电站 工作面配电点方式 优点 1 与传统方式相比 由高压直接深入 工作面 简化了低压供电系统 缩短了低压供 电距离 减少了电能损耗 保证了电压质量 可满足正常运转和启动的需要 系统简单 电 网安全可靠程度增加 同时减少了电缆截面和 低压开关数量 36 3 采区变电所 供电方式 2 采用了干式变压器 提高了采区供 电的防爆性能 利于安全 便于检修 3 移动变电站可根据需要移动或固定 不需建造变电所硐室 37 38 缺点 1 6kV高压直接送入采区动作面附近 且低压侧电压为1140V 对安全不利 2 采用了移动变电站 需要拓宽巷道 铺设轨道 同时
14、因地质条件的不同 使 移动变电站的安装 运输和维护受到空间 的限制 3 采区变电所 供电方式 39 3 采区变电所 2 位置确定原则 1 位于负荷中心 并保证向采区内最远距离 最大容量负荷供电 2 一个采区尽量采用一个采区变电所 3 尽量设在顶底板稳定 无淋水地点 4 通风 运输方便 40 3 采区变电所 3 采区变电所硐室 工作两年以上的采区变电所硐室 视为永久性建筑 应采用不燃性材料支护 工作时间较短时 可不设硐室 利用上 山间或顺槽间联络巷 应用不燃性材料支 护 41 3 采区变电所 4 采区变电所的布置方式及设备 采区变电所设备的布置 一般高压设备 与低压设备分开 变电设备 配电设备分
15、开 的原则 各设备布置的尺寸需满足规程要求 硐室内不设电缆沟 高低压电缆沿墙敷设 硐室门的两侧及顶端 预埋内径为电缆外 径1 5倍的电缆套管 且离地面0 3 0 5m敷 设 42 采区变电所设备布置图 43 1 工作面配电点的设置 工作面配电点接受由采区变电所或移动 变电站送来的低压电能 通过控制开关 磁 力启动器 用软电缆向回采或掘进工作面的 设备供电 由于经常需要随工作面移动搬迁 一般 不设专用硐室 4 工作面配电点 44 2 配电点控制开关的设置 由于工作面配电点距采区变电所较远 并因采掘工作面电气设备经常移动 负荷重 启动频繁 工作条件差 维护量大 一般 应在每个配电点加设一台电源进线
16、自动馈电 开关 该开关与配电点的其他磁力启动器设 在一起 以便于停送电操作和管理 维护 4 工作面配电点 45 干线式胶带输送机供电方式 46 47 某矿地面供电系统 部分 48 某矿井下供电系统 部分 49 v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 v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 v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 v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 v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 v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 v供电设备技术水平参差不齐 设备多且难以统一 配合复杂 管理维护困难 矿 井 供 电 的 特 点 50 煤矿电网可能存在的问题 v设计生产能力小 经过多次扩容改造 使得 电网结构复杂 v对供电系统缺乏整体性的规划 使得运行管 理混乱 v保护的越级和无选择性跳闸 v单相接地电容电流的治理 v电能质量的改善 v其它安全隐患 51 煤矿电网的研究方向 v 供电系
