总工程师培训电气(陈南艳).ppt

2012煤矿总工程师培训矿井供电,山西煤矿安全技术培训中心陈南燕二O一二年五月,2010版煤矿总工程师手册,手册基本思路及侧重点,煤矿总工程师手册矿井供电部分内容共4章，420页，28万字。由于供电技术发展较快，本次编写内容与原手册相比变化较大。矿井供电整体分为三部分：第一部分（第1、2章）介绍矿井供电的一般性结构和相关计算方法；第二部分（第3章）主要是矿井供电地面部分涉及的内容；第三部分（第4章）主要是矿井供电井下部分涉及的内容。,新手册的特色,兼顾原有体系、满足日常应用；突出新兴问题、便于拓展应用；介绍发展动态、提供改造思路。,供电基础知识及供电系统矿井供电计算矿井地面供电矿井井下供电,矿井供电基础知识及供电系统,矿井供电基础知识及供电系统,1矿井对供电的要求2矿井电压等级3矿井负荷分级及电源要求4.变电所常用主接线形式5.电网中性点运行方式6.电网监控7.数字化变电站8.矿井供电的特点9.煤矿电网可能存在的问题,6,一、煤矿供电基础知识,1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。其主要要求如下：,供电可靠,供电安全,保证充足的供电量,技术经济合理,2矿井电压等级,3矿井负荷分级及电源要求,4.变电所常用主接线形式,4.变电所常用主接线形式,4.变电所常用主接线形式,5.电网中性点运行方式,中性点的运行方式指的是中性点与大地之间的连接关系。中性点运行方式的选择主要取决于单相接地时电气设备的绝缘要求及供电可靠性。中性点运行方式的不同，直接影响到安全和经济问题，需要进行综合比较分析。,电网中性点运行方式的种类,大接地电流系统1）直接接地，又称为有效接地2）经低阻接地小接地电流系统1）不接地，又称为中性点绝缘2）经消弧线圈接地3）经高阻接地,电网中性点运行方式的种类,关于煤矿电网中性点运行方式的规定,煤矿安全规程第443条规定：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直接向井下供电。,我国、苏联、西德等国井下采用中性点不接地系统；其它国家，如英国采用中性点经高电阻接地的系统或其它类型的接地系统。,我国煤矿地面变电所一般采用中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地的系统。,中性点不接地方式,主要特点：单相接地电流小适用范围：3-10kV电网。因为在这类电网中，发生单相接地故障的比例很大。采用中性点不接地方式可以减少单相接地电流，从而减轻其危害。分析：单相接地电流，单相接地时的各相对地电压,中性点不接地方式-正常运行,三相对称，没有电流在地中流过。中性点对地电位为0各相对地电压等于相电压。其中C为电网对地电容（高压电网忽略电网对地绝缘电阻R）,中性点不接地方式单相接地,当发生金属性接地时，接地故障相对地电压为零。中性点对地的电压上升到相电压，且与接地相的电源电压相位相反。非故障相对地电压由相电压升高为线电压。三相的线电压仍保持对称且大小不变，对电力用户接于线电压的设备的工作并无影响，无须立即中断对用户供电。单相接地电流，等于正常运行时一相对地电容电流的三倍，为容性电流。,中性点不接地方式-单相接地电流,电网模型：假设电网三相对称，忽略电网对地绝缘电阻，只考虑电网对地电容。电网正常时：三相电压对称，三相经对地电容流入大地的电流相量和为零，即没有电流在地中流动。各相对地电压等于相电压。发生单相接地时，接地相对地电压为零，而非故障相对地电压变为线电压。因而容易造成两相短路。单相接地电流,单相接地故障对电网的影响,单相接地时，由于线电压保持不变，使负荷电流不变，电力用户能继续工作，提高了供电可靠性。由于接地点的电弧或者由此产生的过电压可能引起故障扩大，发展成为多相接地故障。非故障相电压升高到线电压，所以在这种系统中，电气设备和线路的对地绝缘应按能承受线电压考虑设计，从而相应地增加了投资。在中性点不接地系统中，应装设交流绝缘监察装置，当发生单相接地故障时，立即发出信号。规程规定：系统发生单相接地时，继续运行的时间不得超过2h，并要加强监视。,由于煤矿井下巷道狭窄，空气潮湿，电气设备和电缆的绝缘容易受潮，电缆也可能遭受脱落的岩石和煤块砸坏，甚至被移动的机器设备等挤压。从而造成漏电和接地事故。据有关的统计资料记载，在此情况下，80%以上的电气短路故障都属于单相漏电和接地事故。单相漏电和接地故障，有可能带来巨大的危害，如引起人身触电，瓦斯煤尘爆炸和电气雷管先期爆发事故，对通讯、控制线路产生电磁干扰。此外，单相间歇性电弧接地还有可能产生过电压。线路对地电容与电感元件之间也有可能引起铁磁谐振过电压，使那些绝缘薄弱环节相继击穿。同时，单相接地电弧又可能进一步烧坏相间绝缘。所有这些都有可能造成相间短路，引起电缆放炮或电气设备烧毁等严重事故。,单相接地对煤矿的危害,中性点不接地系统适用范围,单相接地电流与电网电压和电网对地电容有关。对于短距离、电压较低的输电线路，因对地电容小，接地电流小，瞬时性故障往往能自动消除，故对电网的危害小，对通讯线路的干扰小。对于高压、长距离输电线路，单相接地电流一般较大，在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与重燃，出现间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形成过电压，可能击穿设备绝缘，造成短路故障。为了避免发生间歇电弧，要求6-10kV电网单相接地电流小于20A。因此，中性点不接地方式电缆供电距离比较长的煤矿不适宜。,煤矿安全规程第457条规定：矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。,中性点不接地的高压电网，接地电流主要成分为电容电流，而矿井电网供电主要采用电缆线路，其对地电容大，造成单相接地电流大。单相接地电流过大可能引起电气火灾和电雷管超前引爆等事故；规程规定接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2欧姆，为保证在发生单相接地故障时产生的接地电压不超过安全电压系列的最高值42V，则单相接地电流应限制在21A以下，故规程规定高压电网的单相接地电容电流不超过20A；,457条规定的含义,中性点经消弧线圈接地情况,中性点经消弧线圈接地时电流向量图,电容接地电流消弧线圈流过的电流完全补偿的条件即有：,中性点经消弧线圈接地,原理：单相接地电流主要是电容电流。如果能够在发生单相接地时部分或全部抵消掉电容电流，则单相接地电流将大减小。方法就是在中性点处加入消弧线圈。消弧线圈的工作原理：消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，线圈的电阻很小（消耗功率小），电抗很大（保证对地绝缘水平），电抗值可用改变线圈的匝数来调节。发生单相接地故障时，通过消弧线圈使接地处流过一个与容性接地电流相反的感性电流，从而减小、甚至抵消接地电流，消除接地电弧引发的问题，提高供电可靠性。,消弧线圈的补偿方式,完全补偿消弧线圈提供的电感电流等于接地电容电流，接地处电流为0。易满足谐振条件，形成串联谐振，产生过电压。欠补偿电感电流小于接地电容电流，单相接地时接地电流为容性。因线路停电或系统频率降低等原因使接地电流减少，可能出现完全补偿。故一般也不采用。过补偿电感电流大于接地电流，单相接地电流为感性。过补偿方式在电网中得到广泛使用。但过补偿程度要合适.自动跟踪补偿单片机或微机控制,中性点经消弧线圈接地系统的适用范围,中性点经消弧线圈接地系统与不接地系统同样有着在发生单相接地故障时，可继续供电2小时，提高供电可靠性.电气设备和线路的对地绝缘应按线电压考虑.中性点经消弧线圈接地后，能有效地减少单相接地故障时接地处的电流，迅速熄灭接地处电弧，防止间歇性电弧接地时所产生的过电压，故广泛应用在不适合采用中性点不接地的3-35kV系统。,各种高压电网中性点运行方式比较,各种低压中性点运行方式比较,6.电网监控,指高压开关保护器全部更换成智能化综合保护，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,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。,网络结构,7.数字化变电站,智能变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分三层构建，即站控层、间隔层、过程层，两级网络，能够实现智能设备间信息数字化共享和互操作，可实现网络化二次功能、程序化操作、状态检修、电网故障分析隔离等功能的智能化的变电站。特点:,一次设备智能化二次设备网络化基础数据完备化信息交换标准化运行控制自动化信息展示可视化,分析决策在线化设备检修状态化保护决策协同化设备安装就地化系统设计统一化二次系统一体化,IEC（国际电子技术委员会）61850,当前电力系统中，对变电站自动化的要求越来越高，为方便变电站中各种IED（智能电子设备）的管理以及设备间的互联，就需要一种通用的通信方式来实现。IEC61850提出了一种公共的通信标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，它是由国际电工委员会第57技术委员会(IECTC57)的3个工作组负责制定的。此标准参考和吸收了已有的许多相关标准变电站通信体系IEC61850将变电站通信体系分为3层:变电站层、间隔层、过程层IEC61850标准是由国际电工委员会第57技术委员会于2004年颁布的、应用于变电站通信网络和系统的国际标准。作为基于网络通讯平台的变电站唯一的国际标准,变电站内的智能电子设备(IED,测控单元和继电保护)均采用统一的协议,通过网络进行信息交换。IEC61850的特点是1)面向对象建模;2)抽象通信服务接口;3)面向实时的服务;4)配置语言;5)整个电力系统统一建模。IEC61850建模了大多数公共实际设备和设备组件。它解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题。采用该标准还可使变电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用（PlugandPlay）的特性，极大的方便了系统的集成，降低了变电站自动化系统的工程费用。在我国采用该标准系列将大大提高变电站自动化系统的技术水平、提高变电站自动化系统安全稳定运行水平、节约开发验收维护的人力物力、实现完全的互操作性。以太网：当前广泛使用，采用共享总线型传输媒体方式的局域网。,数字化变电站,矿用过渡型数字化变电站系统结构图,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难以统一，配合复杂，管理维护困难,8.矿井供电的特点,9.煤矿电网可能存在的问题,设计生产能力小，经过多次扩容改造，使得电网结构复杂；对供电系统缺乏整体性的规划，使得运行管理混乱；保护的越级和无选择性跳闸；单相接地电容电流的治理；电能质量的改善；其它安全隐患。,深井供电：地面变电所井下中央变电所采区变电所工作面配电点,二矿井供电系统,电力网,深井供电,中央变电所,浅井供电,煤矿供电常用计算,1负荷计算2短路计算3电容电流估算4.电容电流的测量5.电容电流的治理,煤矿供电常用计算,1负荷计算,类似矿井估算法已知条件估算法生产能力核定算法需用系数法,2短路计算,2短路计算,架空线路电容电流估算电力电缆电容电流估算6kV10kV,3电容电流估算,4.电容电流的测量,直接接地测量很危险，对电网有冲击和损坏。经电容接地测量也较危险，电容需要最后放电。测量方法：停电后在某一相并入电容并接地，送电后测量电容电压U2，已知电网相电压U1和并联电容C1，电网电容C=C1*(U1-U2)/U2。经电阻接地比较安全，测量也很准确。方法是首先使一出线停电，然后将某一相经电阻接地，最后送电。测量电网中性点对地电压和流过电阻的电流，根据公式算出电网对地电容电流。,5.电容电流的治理,电容电流大的危害（发生单相接地后）易造成二次故障：接地发展为短路（放炮）易产生单相电弧接地过电压：可达2.53倍的相电压峰值易产生铁磁谐振过电压：PT熔断器熔断或烧毁干扰通信系统治理措施分区供电（分列运行、采用隔离变压器）中性点改造为经消弧线圈接地采用消弧消谐柜(接地分流)：容易扩大事故，治标不治本,矿井供电地面部分,矿井供电地面部分,一、地面供电系统二、地面供电设备三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐波治理六、过电压及其防护七、电容电流危害与治理八、电气设备的运行与维护,56,矿井供电地面部分,一、地面供电系统二、地面供电设备三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐波治理六、过电压及其防护七、电容电流危害与治理八、电气设备的运行与维护,57,一、地面供电系统,矿井地面变电所主接线相关规定及要求：矿井地面变电所的主变压器一般选用两台。当一台停止运行时，其余主变压器容量应能保证矿井全部一、二级负荷用电需要。有两回进线的变电所的各级电压主母线，一般采用分段单母线。出线回数较多、连接的电源较多、负荷大或污秽环境中的3560kV户外配电装置，可采用双母线。主变压器一次侧接线（1）桥式接线（2）双母线接线,一、地面供电系统,矿井地面变电所主接线相关规定及要求：主变压器二次侧的接线对于610kV侧的接线，矿井一般均采用单母线分段接线。其中大、中型矿井，因主变压器容量较大可用断路器分段；而中、小型矿井，因主变压器容量较小且出线回路数较少，可采用隔离开关分段。无电力变压器，且出线回路较少的矿井610KV配电所，亦可采用单母线分段接线。对于5台以上主变压器的变电所，可考虑采用双母线或带旁路母线的接线方式。,一、地面供电系统,某矿地面供电系统（部分）,矿井供电地面部分,一、地面供电系统二、地面供电设备三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐波治理六、过电压及其防护七、电容电流危害与治理八、电气设备的运行与维护,61,二、地面供电设备,1、母线2、支柱绝缘子及穿墙套管3、隔离开关4、负荷开关5、高压断路器6、高压熔断器7、高压开关柜8、电力变压器,9、电力电缆10、电力架空线路11、限流电抗器12、电力电容器13、电流互感器14、电压互感器15、配电直流屏,二、地面供电设备,母线变电所中各种电压等级配电装置的母线，以及电器间的连接大都采用铜、铝或钢的矩形、圆形、管形裸导线(体)和多芯绞线。,支柱绝缘子及穿墙套管高压支柱绝缘子对导电部分起到绝缘和支持的作用。具体包括户内支柱绝缘子、户外支柱绝缘子、户外针式绝缘子和户外棒型绝缘子等。高压穿墙套管作导电部分穿过墙壁或其他接地物的绝缘和支持用。,二、地面供电设备,隔离开关隔离开关用于有电压无负载条件下接通或分断电路。隔离开关的触头敞露于空气中，其通断状态明显可见，有利于防止意外事故的发生，并可增加检修人员的安全感。负荷开关负荷开关是指在正常条件下关合、承载和开断额定电流以及在规定的事故短路电流下，按规定的时间承载短路电流的开合装置。负荷开关的结构和隔离开关相似，在断开时，触头有可见的断开点，所以也可起隔离开关的作用。,户内高压真空负荷开关,户外高压隔离开关,二、地面供电设备,高压断路器高压断路器的断流能力很强，不仅可以分合负荷电流，也可以切断强大的短路电流。高压熔断器熔断器结构简单，具有良好的短路保护和过负荷保护功能，广泛应用于输配电系统和工矿企业。熔断器是人为地在电路中设置的一个最薄弱的发热元件，当流过熔体的电流超过一定数值时，熔体自身产生的热量自动地将熔体熔断，达到开断电路的目的及保护其他电器设备不致受到损害。,户外高压真空断路器,高压熔断器,二、地面供电设备,高压开关柜高压开关柜（即高压成套电器）是按一定的接线方案将有关的一、二次设备组合起来的一种成套配电装置。高压开关柜的每个柜就是一个间隔，构成一个电气回路。制造厂生产各种一次接线方案的开关柜，构成不同的电器回路间隔。应用时，可按设计的电气主接线方案，选用各种接线方案的开关柜，组合起来构成整个配电装置。,二、地面供电设备,高压开关柜高压开关柜是由以下几部分组成：母线和母线隔离开关、断路器及其操作机构、隔离开关操作机构、电流互感器及电压互感器、电力电缆及控制电缆、仪表、继电保护和操作设备。为了保证电力网安全运行、确保设备和人身安全、防止误操作，开关柜必须具有“五防”联锁功能，即：防止接地开关处于闭合位置时关合断路器、负荷开关；防止在带电时误合接地开关；防止误入带电间隔。,二、地面供电设备,电力变压器变压器是输送交流电时所使用的一种变换电压和变换电流的设备。它通过磁路的耦合作用把交流电从原边输送到副边，利用绕制在同一铁芯上的原绕组和副绕组的匝数不同，把原边的电压和电流从某种数量等级改变为另外一种等级。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。,油浸式电力变压器,二、地面供电设备,电力电缆电缆易做成较大的导体截面，输送容量大，线路压降小,但成本较高。,电力架空线路通过绝缘子架设在电杆的横担上。架空线必须具备良好的导电性能和足够的机械强度以及耐腐蚀的性能，并尽可能质量轻而价廉。导线的材料一般采用铜、铝等金属，在输电线路中多采用钢芯铝绞线。,电力的输送通常采用两种形式：架空线路和电缆线路。,二、地面供电设备,限流电抗器交流设备中，为限制和调节电流必须在独立的回路中接入电抗器。干式空芯电抗器采用环氧玻璃纤维包封多层，与油浸式电抗器相比，具有重量轻、线性度好、机械强度高、噪音低、安装方便等优点。因此干式空芯电抗器广泛用于电力行业，是传统的油浸式电抗器的替代产品。,二、地面供电设备,电力电容器电力电容器按用途可分为8种：并联电容器、串联电容器、耦合电容器、断路器电容器、电热电容器、脉冲电容器、直流和滤波电容器、标准电容器等。其中并联电力电容器连接于额定频率为50Hz的工频交流系统中，作提高系统的功率因数用。包括油浸式和环氧浇注干式两种。,高压并联电力电容器,二、地面供电设备,电流互感器电流互感器是为便于二次侧仪表测量需要转换为统一的电流（我国规定电流互感器的二次额定电流为5A或1A）的升压(降流)变压器，它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器的一次绕组与电路相串联，二次绕组与仪表和继电器的电流线圈相串联。,电流互感器,二、地面供电设备,电压互感器电压互感器的一次绕组与电路相并联，二次绕组与仪表和继电器的电压线圈相并联。电压互感器使用中注意事项：一、二次侧都应接有熔断器作短路保护用；连接时要注意电压互感器的极性电压互感器二次侧的一端必须接地，以免一、二次间绝缘击穿时危害二次设备和工作人员。,油浸式电压互感器,二、地面供电设备,配电直流屏直流配电屏适用于变电厂、发电厂、工矿企业、邮电通信、高层建筑等场合，作为直流操作、继电保护、控制信号及事故照明等不停电的直流电源之用。,矿井供电地面部分,一、地面供电系统二、地面供电设备三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐波治理六、过电压及其防护七、电容电流危害与治理八、电气设备的运行与维护,75,一煤矿电网供电结构,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,三、继电保护,煤矿高压电网的继电保护，应当满足可靠性、选择性、灵敏性及速动性四项基本要求，如果由于电网运行方式、装置性能等原因，不能兼顾选择性、灵敏性和速动性的要求，则应在整定时，按照如下原则合理取舍：（1）下一级电网服从上一级电网；（2）局部问题自行消化；（3）尽可能照顾下一级电网的需要；（4）保证重要用户供电。目前矿井供电系统做为主保护应用的最多的有电流保护、距离保护和差动保护等。其中差动保护包括线路纵联电流差动保护（以下简称纵差）、变压器纵差保护、母线电流差动保护等。,三、继电保护,矿区主变保护配电变压器保护线路保护电力电容器保护母线与联络开关保护高压电动机保护,三、继电保护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（2010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,煤矿电网电气设备保护配置表,煤矿电网电气设备保护配置表（续）,三、继电保护某矿高压线路越级跳闸原因分析,1.整定方法不合理2.运行方式差异较大3.保护装置问题4.线路较短,整定方法不合理,线路的速断保护某矿采用的是：,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。,系统运行方式差异较大对整定的影响,某矿系统运行方式：1.35kv系统参数：最大短路容量：449.03MVA最小短路容量：152.49MVA2.定义的运行方式：最大运行方式：一路35kv进线最大运行方式下，两台发电机组投入运行。最小运行方式：一路35kv进线在最小运行方式下，发电机组退出运行。,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：,三、继电保护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。,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,三、继电保护井下配电自动化监控系统,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。,网络结构,自动化监控功能,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。,矿井供电地面部分,一、地面供电系统二、地面供电设备三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐波治理六、电容电流危害与治理七、过电压及其防护八、电气设备的运行与维护,93,四、自动装置,自动重合闸对自动重合闸装置的基本要求：1直接向井下供电的高压馈电线上，严禁装设自动重合闸。2煤炭系统中一般采用一次重合的重合闸装置。3用控制开关或通过遥感装置将断路器断开，或将断路器投于故障线路上，而随即由保护将其断开时，自动重合装置均应不动作。4在任何情况下,自动装置的动作次数应符合预先的规定。5自动重合闸动作后，应自动复归。6自动重合装置，应能在重合闸后加速继电保护的动作；必要时，可在重合闸前加速其动作。7自动重合闸装置应具有接收外来闭锁信号的功能。,备用电源自动投入备用电源自动投入装置的装设备自投的接线,矿井供电地面部分,一、地面供电系统二、地面供电设备三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐波治理六、电容电流危害与治理七、过电压及其防护八、电气设备的运行与维护,95,五、无功补偿与谐波治理,电能质量基本概念电能质量（Powerquality，PQ）是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。从不同角度理解通常包括电压质量、电流质量、供电质量、用电质量。电能质量可以定义为导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。在现代电力系统中，电压暂降和中断已成为最重要的电能质量问题。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电，同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120。目前煤矿主要电能质量问题：谐波、三相电压不平衡、末端电压低。,五、无功补偿与谐波治理,我国目前的相关标准：GB/T12325-2008电能质量供电电压允许偏差GB/T15945-2008电能质量电力系统频率允许偏差GB/T15543-2008电能质量三相电压允许不平衡度GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波GB/T12326-2008电能质量电压波动和闪变,五、无功补偿与谐波治理,谐波的基本概念国际上公认的谐波含义是：“谐波是一个周期电气量的正弦波的分量，其频率为基波频率的整数倍”。谐波次数必须是个正整数。它的定义为：“以谐波频率和基波频率之比表达的整数”。一般用h表示。谐波波形的举例：,五、无功补偿与谐波治理,煤矿电网的谐波问题煤矿电网的谐波问题是在20世纪80年代随着大量引进和使用进口的晶闸管供电的直流提升机而出现的。由于对谐波问题认识不足和资金等多方面原因，多数引进的直流提升机未配备谐波滤波装置。这些设备运行时对煤矿电网产生了严重的影响。煤矿电网谐波污染供电环境，危及电网及其供电设备的安全稳定运行，严重的影响煤矿企业的经济效益。,五、无功补偿与谐波治理,煤矿电网的谐波问题煤矿谐波源调速设备：直流调速、变频调速、变频软启动整流设备：充电器、整流器节能设备：节能灯、开关电源等,五、无功补偿与谐波治理,谐波对煤矿电网的危害：谐波对电网的危害除造成线路、变压器、电机附加损耗外，更重要的是使电网波形受到污染，供电质量下降，危及各种用电设备的正常运行。,五、无功补偿与谐波治理,电能质量的治理内容及目标使注入公用电网的谐波电流及公共连接点的谐波电压在国标限值以内；提高用户用电的功率因数；使电压波动和闪变在国标限值以内；使电压凹陷、凸起、短时中断的幅值和持续时间在设备容许范围内。使用户设备在电磁兼容允许范围内安全经济运行，把对电网的干扰限制在国标限值以内。,矿井供电地面部分,一、地面供电系统二、地面供电设备三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐波治理六、过电压及其防护七、电容电流危害与治理八、电气设备的运行与维护,六、过电压及其防护,外部过电压外部过电压又称雷电过电压、大气过电压，是指电力系统内的电气设备及地面建筑物遭受直接雷击或雷电感应时而产生的过电压，由大气中的雷云对地面放电而引起的。雷电过电压分直击雷过电压和感应雷过电压两种。直击雷过电压是雷直接击中电工设备导电部分时所出现的过电压。雷击中正常情况下处于接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放电称为反击。感应雷过电压是雷击中电工设备附近地面，在放电过程中，由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压。通常用线路耐雷水平和雷击跳闸率表示输电线路的防雷能力。,六、过电压及其防护,内部过电压电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压叫内部过电压。它是由于电网中磁能转化为电能，和各部分之间的电容的能量传递产生的电网电压升高。内部过电压有暂态过电压、操作过电压和谐振过电压。暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压，又称工频过电压。操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快、持续时间较短的过电压。谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。内部过电压的能量都来源于电网本身，过电压的大小与电网工频电压成正比，一般不超过相电压的7倍，这是确定电力系统内各种电气设备正常绝缘水平的主要依据。,六、过电压及其防护,内部过电压的抑制工频过电压的抑制谐振过电压的抑制操作过电压的抑制防雷保护装置避雷针SLE半导体少长针消雷装置AR限流避雷针DXH01ZU（、）（TY）型避雷针避雷线氧化锌避雷器,六、过电压及其防护,输电线路防雷通常情况下，为了解决线路防雷基本任务，将雷击事故减少到可以接受的程度，以保证供电的可靠性与经济性，一般设有四道防线：第一道防线是保护导线不受或少受雷直击。为此可采用避雷线，个别情况下可用独立避雷针或改用电缆。第二道防线是雷击塔顶或避雷线时不使或少使绝缘发生闪络。为此，需改善杆塔的接地电阻，特殊情况下可以加藕合地线、或适当加强绝缘、或在个别杆塔上用避雷器。第三道防线是当绝缘发生冲击闪络时，尽量减小由冲击闪络转变为稳定电力电弧的概率，从而减少雷击跳闸率次数。为此应减少绝缘上的工频电场强度，或电网中性点采用不直接接地的方式。第四道防线为即使发生跳闸也不中断电力的供应。为此，可采用自动重合闸装置，或用双回路以及环网供电。并不是所有线路都要具备以上四道防线，而是要因地制宜，合理采用，把雷害引起的停电事故次数减少到可以接受的程度。,六、过电压及其防护,针对这四道防线，传统的防雷措施有：1）架设避雷线或加装旁路地线并减小保护角避雷线的主要作用是防止雷直击导线，减小击杆率，从而降低跳闸率。减小保护角可以减小绕击率，从而也能降低跳闸率。分流作用，以减小流经铁塔的雷电流，从而降低塔顶电位，提高耐雷水平。通过对导线的藕合作用可以减小线路绝缘子的电压，增大耦合系数，提高耐雷水平。对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。旁路地线是一种防绕击的有效方法，特别是在两高山顶这种地形。,六、过电压及其防护,2）降低杆塔接地电阻降低杆塔接地电阻可以减小雷击杆塔时的电位升高，是提高线路耐雷水平和降低雷击跳闸率最有效也是最经济的方法。3）架设耦合地线利用耦合地线与导线的耦合作用，加大了耦合地线和避雷线与导线的耦合系数，从而提高线路的耐雷水平。4）装设自动重合闸装置由于线路绝缘具有自恢复性能，大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此，安装自动重合闸装置对于降低线路的雷击事故率具有较好的效果。,六、过电压及其防护,5）加装线路避雷器，降低跳闸率6）提高线路的绝缘水平可采用增加绝缘子串片数的方式以加强线路绝缘。,7）加装单针负角保护可预防杆塔部位绕击雷的发生，减小绕击率，降低跳闸率。,六、过电压及其防护,变配电所一次防雷变电站遭受雷害可能来自两个方面：1）雷直击于变电所2）雷击线路，沿线路向变电所入侵的雷电波变电站的直击雷保护为了防止雷直击于发电厂、变电所，可以装设避雷针(线)，且必须使发电厂和变电站中所有被保护物体处于避雷针和避雷线的保护范围之内，同时还要求雷击避雷针和避雷线时，不应对被保护物体发生反击。变电站入侵波的保护对变电站入侵波的保护采取的主要措施是采用避雷器，且它与被保护设备之间的电气距离不能超过一定的值（最大电气距离lmax）。变电站内装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，这是变电所防雷保护的基本措施之一。,六、过电压及其防护,变电站进线段的保护对于35110kV全线无避雷线的线路，在进线段架设避雷线,且避雷线对导线的保护角不大于20；对于110kV及以上全线架设避雷线的线路，在进线段内应使保护角减小，并使进线段线路有较高的耐雷水平。这样做可以减少直击雷形成侵入波的概率，削弱侵入波的陡度，降低侵入波的幅值并限制流入避雷器的雷电流。变压器的防雷保护保护变压器首先在要靠近变压器一、二次侧设置站用型避雷器,这样能够预防因雷电的侵入而破坏线路的绝缘功能,同时,避雷器的安装要尽力靠近变压器,并降低线路的长度,主要是为了避免雷电在线路上的过多压力。避雷器的接线要和变压器的金属外壳及低压侧中性点相连接,这样,当雷电使避雷器运动时,作用在一次侧主绝缘上的电压就只剩下避雷器的残压,最终就能避免雷电对变压器的损坏。,六、过电压及其防护,变配电所二次防雷变电站二次防雷措施以防感应雷为主，屏蔽、均压、分流、接地是二次防雷保护中最重要的四个因素。屏蔽：用金属材料构造一个闭合空间，且接地，如计算机外壳静电屏蔽磁场屏蔽电磁场屏蔽信号传输线的屏蔽均压：保护区内的金属装置作等电位连接建筑物的电位均衡连接建筑物顶上的各种金属设备的等电位连接电气装置的均压连接分流：采用避雷器来限制雷电过电压波，将雷电流分流入地。接地：接地是使雷电流通过低阻抗接地系统向大地泄放共用接地独立接地：特殊要求要设置独立接地时，两地极间用接地保护器连接,六、过电压及其防护,变电站二次雷电防护系统由三部分组成，各部分都有其重要作用，不存在替代性：外部防护：由接闪器、引下线、接地体组成，可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放，其中变电站接地电阻要求小于0.5或1.0。过渡防护：由合理的屏蔽、接地、布线组成，可减少或阻塞通过各入侵通道引入的感应，主要采用屏蔽电缆，金属机柜屏蔽等措施，屏蔽电缆要求两端接地。内部防护：由均压等电位连接、过电压保护组成，可均衡系统电位，限制过电压幅值。,六、过电压及其防护,目前变电站二次系统防雷工作应主要采取如下措施电源部分对电源系统回路进行过电压分级保护。在总交流配电屏、直流总馈电柜、各小室交(直流)分屏、二次设备屏、监控系统逆变电源屏、通信电源屏等各级配电线路进线处加装相应等级浪涌保护器SPD(SurgeProtectiveDevices)。在站用变低压总配电入口处，应在两根母线上各加装一只B级三相电源避雷器;在各小室交(直流)分屏进线处加装C级电源避雷器，依次，根据防护等级，在其它屏柜加装相应SPD。室外电源线路应套金属管屏蔽或采用铠装电缆，金属管及电缆铠装层两端必须良好接地。,六、过电压及其防护,通信部分远动通道接口处应按通道类型加装相应防雷器，保护小室内变电站二次设备间主要采用以太网、RS485、RS422、RS232、FDK/CAN、LONWORK等方式通信，应在通信口两端分别安装相应的信号防雷器，防止感应过电压击毁通信端口或引起设备集成电路芯片损坏；对于远距离传输用的光纤将光纤的金属加强筋(铠装层)在进入机房时作良好的接地。信号部分从高压场进入保护室的电缆非常多(交流采样，开关量回路等)，现在所采取的主要措施是隔离和屏蔽。变电站二次设备采集的模拟量，必须经过设置在自动化系统各种交流回路中的隔离变压器或电容进行隔离，而且对隔离变压器的一次与二次之间必须有隔离层和屏蔽层，屏蔽层必须安全接地。自动化系统的开关量输入和输出回路，采取光耦合隔离或继电器隔离。另外，对于测控装置，应将装置电源与遥信电源分开。,矿井供电地面部分,一、地面供电系统二、地面供电设备三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐波治理六、过电压及其防护七、电容电流危害与治理八、电气设备的运行与维护,电网对地电容电流的测量,直接接地测量很危险，对电网有冲击和损坏。经电容接地测量也较危险，电容需要最后放电。测量方法：停电后在某一相并入电容并接地，送电后测量电容电压U2，已知电网相电压U1和并联电容C1，电网电容C=C1*(U1-U2)/U2。经电阻接地比较安全，测量也很准确。方法是首先使一出线停电，然后将某一相经电阻接地，最后送电。测量电网中性点对地电压和流过电阻的电流，根据公式算出电网对地电容电流。,单相接地电容电流的治理,限制单相接地电容电流的方法主要有：,改变系统运行方式缩小系统规模改变中性点接地方式采用接地分流装置,改变系统运行方式：该方法一般将系统运行方式由并列运行改为分列运行，相当于将6kV大系统分为2个或多个小系统，一般适用于电网规模不大，且从经济上考虑具备分列运行条件的系统。,缩小系统规模：该方法采用6kV隔离变压器，将6kV大系统从根本上分隔为多个接地小系统，该方法因为采用6kV隔离变压器，造价较高，损耗加大，且系统的运行方式不灵活，同时会造成系统构造复杂化。,治理方法综述,采用接地分流装置：接地分流装置从严格意义上讲并非一种完善的治理方案，它的主要作用仅是在发生单相电弧接地时，利用并联分流原理，将不可控的接地点变为实接地点，使故障接地点的电弧熄灭，但系统单相接地电容电流值并未减小；分流装置对系统发生金属性接地不起作用，对电容电流危害的治理仅起到部分作用；因此该方法不符合煤矿安全规程要求，同时该方法安全性较差，不建议采用。,治理方法综述,治理方法综述,不符合煤炭安全规程的要求；,接地点的电流很难控制在治理要求达到的残流5A以下；,选线困难；,对抑制间歇性电弧接地过电压效果差,会使非故障相电压无论在发生何种接地故障时都上升为线电压，对电缆绝缘构成威胁；,接地分流装置鉴相错误时，容易造成事故扩大。,治理方法综述,改变中性点接地方式：即将中性点不接地系统改造为中性点经消弧线圈接地系统，利用消弧线圈产生的电感电流抵消系统的单相接地电容电流，从根本上使接地故障点的接地电流减小。随着技术的发展，目前自动跟踪补偿消弧线圈技术已经成熟，将中性点接地方式由中性点不接地改造为中性点经消弧线圈接地是治理电容电流超标的最有效解决方法。,矿井供电地面部分,一、地面供电系统二、地面供电设备三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐波治理六、过电压及其防护七、电容电流危害与治理八、电气设备的运行与维护,124,八、电气设备的运行与维护,巡回检查制度电气设备的运行和维护,矿井供电井下部分,矿井供电井下部分,矿井供电系统的构成2.煤矿防爆技术3.井下供电设备4.井下供电网路保护5.杂散电流及其防治6.三专两闭锁,矿井供电井下部分,1.矿井供电系统的构成2.煤矿防爆技术3.井下供电设备4.井下供电网路保护5.杂散电流及其防治6.三专两闭锁,1、矿井供电系统的构成,典型供电方式：深井、浅井、平硐三种矿井供电方式的决定因素矿区范围采用机械化方式矿层结构采煤方法矿层埋藏深浅井下涌水量大小,井下供电系统的构成井下中央变电所井下供电的中心，它直接由地面变电所供电，并向下列设备及地点配电：采区变电所及高压电动机，例如主排水泵的高压电动机；井底车场及附近巷道的低压动力及照明；井下电机车需要的直流电。采区变电所采区变电所为采区用电中心，其任务是将井下中央变电所送来的高压电或是地面直供的高压电变为低压电，并将此电力配送至采掘工作面及其它设备。,1、矿井供电系统的构成,移动变电站移动变电站就是由特制的高压配电装置、干式变压器及低压配电装置所组成的整体。放在车子上，在平巷（顺槽）的轨道上移动，距工作面一般为50300m。移动变电站用来为工作面电气设备供电。工作面配电点为了便于操作工作面的动力设备，必须在工作面附近巷道中设置控制开关和起动器。由这些装置所组成的总体叫做工作面配电点。工作面配电点可以分为采煤与掘进两种。它是随着工作面的推进而定期地移动的。工作面配电点是由采区变电所或移动变电站供电，并通过控制开关及起动器把电能送至工作面用电设备。,1、矿井供电系统的构成,典型的井下供电系统图：,1、矿井供电系统的结构,矿井供电井下部分,矿井供电系统的构成2.煤矿防爆技术3.井下供电设备4.井下供电网路保护5.杂散电流及其防治6.三专两闭锁,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氧气浓度达到12%,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的点燃温度爆炸必须具备以上条件,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,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,矿用电气设备的通用要求由于煤矿井下环境潮湿，还有煤块、岩石冒落的危险，并存在爆炸性混合物，因此用于煤矿井下的电气设备应具备以下一些基本条件，也即矿用电气设备的通用要求：电气设备的外壳应具有一定的防护能力；具有良好的防潮性能，以保证电气设备良好的绝缘性能；各种类型的电气设备在满足技术要求的前提下，应尽量减小体积，且操作、维修方便，以适合下工作环境狭小的特点。,2、井下防爆技术-防爆电气设备,概述矿用电气设备分为两大类：矿用一般型电气设备矿用防爆电气设备,2、井下防爆技术-防爆电气设备,矿用一般型电气设备矿用一般型电气设备是一种煤矿井下用的非防爆型电气设备，它只能用于井下无瓦斯煤尘爆炸危险的场所。对矿用一般型电气设备的基本要求是：外壳坚固、封闭，能防止从外部直接触及带电部分；防滴、防溅、防潮性能好；有电缆引入装置，并能防止电缆扭转、拔脱和损伤；开关手柄和门盖之间有连锁装置等。矿用一般型电气设备外壳的明显处，均有清晰的永久性凸纹标志“KY”。,2、井下防爆技术-防爆电气设备,2、井下防爆技术-防爆电气设备,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，使之爆炸使用在煤矿井下的防爆电气设备，应为国家标准(GB3836)中防爆电气设备的I类。矿用