第一部分矿山供电系统及设备

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1、矿山电工学 总学时 32学时 第一章矿山供电系统及设备 本章主要内容 电力系统的基本概念 供电系统的结线方式 典型矿山系统分析 变电所及配电点选择及布置 煤矿电气设备 开关 电缆等 第一节 概述 一 电力系统 由各级电压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 典型电力系统如图1 1 电气设备图形符号及含义表1 1 图1 1 表1 1 1 发电厂 发电站 将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能 二次能源 的工厂 种类 水力 火力 核能 风力 地热及太阳能发电厂 3 电网 电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所 称为电力网或电网 电网以电压等级来

2、区分 例如lOkV电 网 2 变电所 配电所的任务是接受电能和分配电能 不改变电压 而变电所的任务是接受电能 变换电压和分配电能 二 电力系统的额定电压 衡量电能质量的两个基本参数 规定 频率偏差正负0 2Hz 电压偏差正负5 电压偏差是指电气设备的端电压与其额定电压之差 一 三相交流电网和电力设备的额定电压 1 电网 线路 的额定电压 根据需要 水平 技术 经济分析后确定 2 用电设备的额定电压 如图所示 用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同 3 发电机的额定电压 高于同级电网电压5 一次绕组的额定电压 当变压器T1直接与发电机相联时 其一次绕组额定电压应与 发电机额定电压相同 当

3、变压器T2不与发电机相联而是连接在线路上时 可看作是 线路的用电设备 因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同 二次绕组的额定电压 变压器二次侧供电线路较长 如为较大的高压电网时 其二 次绕组额定电压应比相联电网额定电压高10 其中5 是用于补偿变压器满负荷运 行时绕组内部的约5 的电压降 另外5 用以补偿线路上的电压损耗 若二次侧供 电线路不长 直接供电给高低压用电设备时 仅考虑补偿变压器满负荷运行时绕组 内部5 的电压降 4 电力变压器的额定电压 5 电压高低的划分 行业要求不同划分不同 一般以1140V为高低压区分点 表1 2 3kV以下电气设备与系统额定电压等级 注 1 电气设备和电

4、子设备分为供电设备和受电 设备两大类 受电设备的额定电压也是系统的额 定电压 2 直流电压为平均值 交流电压为有效值 3 在三相交流栏下 斜线 以上为相电压 以 下为线电压 无斜线者均为线电压 4 带 者只用于电压互感器 继电器等控 制系统的电压 带 v 者为单台供电的电压 带 者只用于矿井下 热工仪表和机床控制系统 的电压 带 者只限于煤矿井下及特殊场合 使用的电压 表1 3 3kV及以上的设备与系统额定电压和其对应的设备最高电压 表1 4 煤矿常用电压等级及应用范围 三 电力负荷分级及对供电的要求 1 工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求 一级负荷 中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上

5、造成 重大损失者 以及特别重要的负荷 主水泵 主扇 双电源供 电 必要时增设应急电源 二级负荷 中断供电 在政治 经济上造成较大损失者 主 皮带 主提升机 双电源供电 当负荷较小时可以专线供电 三级负荷 不属于一 二级的负荷 对供电电源无特殊要求 单回路供电 2 企业对供电的基本要求 安全 可靠 优质 经济 第二节 矿山供电系统 一 供电系统结线方式 供电系统结线是指由各种电气设备及其连接线构成的电路 其功能是汇集和分配电能 结线中的母线又称汇流排 它实质上是电源线路或变压器 与多个用户馈出线的连接处 1 系统或网络结构的基本方式 结线方式 放射式 干线式和环状式是三种基本方式 a单电源单 回

6、路 b单 电源双回 路 c双电 源双回路 1 放射式 2 干线式 a直接连接 式 b贯穿 连接式 3 环状式 2 矿山各级变电所常用结线方式 1 母线的结线方式 单母线 单母线分段 双母线 桥式接线 断路器与母线的位置 内桥 外桥 全桥 采用内桥式接线 采用外桥式接线 采用全桥式接线 倒换线路方便 倒换变压器方便 操作灵活 投资较大 二 矿井供电系统 矿井供电系统 由矿井地面变电所 井下中央变电所 采区变电所 工作 面配电点按照一定方式相互连接起来的一个整体 矿井供电方式 u大型矿井一般采用三级供电方式 地面变电所 井下中央变电所 采区变电所 u中小型矿井一般采用二级供电方式 地面变电所 采区

7、变电所 一 深井供电系统 二 浅井供电系统 3 平硐开采供电 当矿层 埋藏较浅 低于100m 分布范围较 广时 往往采用平 硐开采的供电系统 此时 对于其深部的用电设备 可利用在小 风井 斜井或钻孔附近设置的地面变电 亭提供低压电 能 当需要 向平硐提供直流电时 可先经地面变电 所整流 再用电缆 下送 至于对平硐开拓且井深在150m的用电设备 供电 其系统则 与深井 供电的相同 此时往往在盲井1 3附近设立一个地面变 配 电所 其各道 段 是否设置井下中央变 配 电所 需视具体情况而定 由变电亭向井下敷设的电缆 要穿过内径为120 150ram的钢管 为承担电缆的重量 要将每条电缆与吊挂它用的

8、钢丝绳绑在一起 三 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 择矿山地面变电所的位置要考虑以下情况 1 靠近主要负荷和入井电缆井筒 以便减少金属导线消耗量 降低电 能损耗 2 架空线与变电所地址同时确定 以便给各级电压线路进出变电 所留有走廊 3 尽量不设在空气污秽的地区 否则需采取防污措施 应将其设 在常年主导风向上风侧 以避开污染源 4 使其具有适宜的地形及地质条件 如避开滑坡 在煤田上避免压 煤 躲开采空区 塌陷区 5 不应设在采矿场爆破危险区和炸药库爆炸危险区 不应设在稳定 的排废场内 并与之有适当的安全距离 变电所的生产建筑物和构筑物 与运输繁忙的标准轨距铁路的距

9、离一般不小于40m 6 交通方便 利于变 配电设备的运输 7 应有扩展的余地 2 地面变电所的布置 地面变电所的布置是根据电压等级 各级电压配电装置的形式 母线种 类 出线走廊的条件以及地形情况等因素 因地制宜地决定的 lOkV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 电压等级的配电装置在工业广场较大 无污染的矿山 可采用户外架构式的 配电装置 变电所的布置包括主变压器 室内外配电装置和主控室等重要部分 在 电气设备布置中 为保证运行时电气设备人员的安全 以及检修维护和搬运 的方便 在 高压配电装置设计技术规程 中 对室内外配电装置的各部件 规定了最小的电气绝缘安全距离

10、其中最基本的是空气中的最小安全净距 它表明带电部分到接地部分或带电部分之间的最小安全净距离 2 井下中央变电所 1 位置选择原则 确定中央变电所的位置时 应根据以下原则确定 1 尽量位于负荷中心 以减少电缆长度 降低电能损耗 和电压损失 2 通风良好 电缆进出线要方便 便于设备运输 3 变电所顶 底板的岩层要稳定 无淋水 并尽量减少 压煤等不利因素 因此 并下中央变电所通常设在井底车场靠近副井井筒的 地方 并与中央水泵房相连 条件许可时 可将架线式电机车 的变流所设在中央变电所内 以减少用室的开拓量 2 硐室要求 硐室用非燃性材料支护 其尺寸取决于室内电气设备的数量 大小及它 们之间的通道 并

11、应考虑留有20 的扩充余地 为便于通风 当硐室长超过 6m时 应在其两端各设一个出口 其中一个与井底车场大巷相通 并装有栅 栏 防火两用门 另一个与水泵房相通时 彼此间应有装栅栏 防火两用门 的隔墙 为防止巷道积水流人硐室 应使其地面高出它与出口大巷相连处的 底板标高0 5m 从硐室出口的防火门起 5m之内的巷道均应采用非可燃性材 料支护 3 井下中央变电所电气设备的布置应遵守下列原则 1 井下中央变电所内设备间的电气连接 除在开关柜内可采用硬 母线外 均需采用电缆 高压电缆应敷设在电缆沟中 低压电缆可悬挂 在墙上 2 设备台数较多时 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

12、也可采用单列布置 3 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 4 硐室尺寸按设备最大数量及布置方式确定 高压配电设备的 备用位置按设计最大数量的20 考虑 且不少于2台 低压设备的备用回 路 按最多馈出回路数的20 考虑 主变压器为2台及以上时 不需要留 备用位置 5 电气设备在布置时 相互之间的距离以及接地线的要求要符合 煤矿安全规程 的规定 4 中央变电所的硐室与设备布置图 3 采区变电所 1 供电方式 如图l一16所 示为采区变 电所一工作 面配电点供 电方式 这 种供电方式 仅适于炮采 和一般机械 化采煤工作 面 如图1 17 所示为采 区变电所

13、 一移动变 电站一工 作面配电 点供电方 式 新的做法 采区变电 所的低压 接线 u当变压器容量小于320 kVA或是采用660 V电压供电时 可采用 一根电缆一台馈电开关的接线方式 如图6 8 a 所示 u当变压器容量为320 kVA且采用380 V电压供电时 如馈电开关 额定电流不够 可采用2台馈电开关两路电缆供电的方式 如图6 8 b 所示 2 采区变电所位置的确定原则 二 采区变电所的位置 确定中央变电所的位置时 应根据以下原则确定 1 尽量位于负荷中心 以减少电缆长度 降低 电能损耗和电压损失 2 通风良好 电缆进出线要方便 便于设备运 输 3 变电所顶 底板的岩层要稳定 无淋水 并

14、 尽量减少压煤等不利因素 为了比较方便地确定最大容量电动机 采煤机电动机 的最大供电距 离 列出了表1 6 25页 三 采区变电所的确室和设备布置 采区变电所的硐室要符合以下安全要求 1 变电所A室以及m室出口附近5m以内巷道支架 必须用耐火材 料支护 2 硐室出口应设铁板门与铁栅门 铁栅门平时关闭 铁板门平 时向外敞开 3 硐室中敷设的电缆不能带黄麻外皮 硐室必须设置足够数量 的扑灭电气火灾的灭火器材 4 硐室长度超过6m时 必须在不同硐室两端各设一个出口 以 便于通风与安全 电气设备在变电所硐室内的布置通常是高压设备集中布置在一 侧 低压设备布置在另一侧 根据具体情况 也可将高低压设备布

15、置在同侧 图6 9为典型的采区变电所电气设备的布置图 4 工作面配电点 工作面配电点是低压开关集中处 由于其经常要随工作面移动和搬迁 故 不设专用硐室 回采工作面配电点通常设在邻近的运输平巷的槽龛内或平 巷的一侧 距工作面50 70m 若非瓦斯煤尘突出的矿井 机采工作面配 电点可放在回风巷内 掘进工作面配电点大多设在掘进巷的一侧 距掘进 工作面80 lOOm 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 故一般应在每个配电点 加设一台电源进线自动馈电开关 补充 综采 掘进工作面供电系统 一 综采工作面 1 综采工作面供配电设备的特点

16、 1 供配电系统中 高压直接进人采区 低压已达3 3 kV 目前最大的移动变电站容量已超过3000 kVA 且变压器中性点采 用电抗器或经电阻接地的方式 并与保护装置配合 2 移动变电站全部采用干式变压器 一次侧电压为6kV 12 5 kV 二次侧电压有5 KV 4 16 KV 3 3 KV 2 3 kV 1 1 kV不 同等级 自然冷却方式 耐压 过热系数高 2 综采工作面供电系统 综采工作面供电系统主要由高压供电系统 变电系统和低 压配电系统三部分组成 1 10 kV高压供电系统 10 kV高压供电系统由高压配电箱 高压双屏蔽软电缆和 高压电缆连接器等组成 2 变电系统 变电系统由移动变电站构成 通过三相隔爆干式变压 器将10 kV高压变换成1 140 V的动力电压 作为综采工 作面动力设备的工作电压 3 低压1 140 V配电系统 移动变电站送出1140V接至低压隔爆馈电开关 通过馈电开 关的控制和保护 由屏蔽橡套电缆接至电磁启动器 给综采工 作面中用电设备送电 1140 V供电线路采用分相屏蔽电缆 以配合漏电保护装置 一 旦电缆漏电 就可切断电源 防止因漏电导致短路故障 确保安