煤矿电气安全 北京 1 煤矿供电系统及设备.ppt

煤矿电气安全 中国矿业大学信息与电气工程学院二OO九年六月 2 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 3 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 4 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 这是由煤矿生产的特殊性所决定的 5 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 6 供电可靠 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 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 7 供电安全 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 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 淹没矿井等重大事故和人身触电伤亡事故 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 8 保证充足的供电能力 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 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 9 技术经济合理 电能质量好投资费用与维护费用低 10 二矿井电压等级 11 三矿井供电系统的结构 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典型供电方式 深井 浅井 平硐三种 12 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 13 地面部分 14 井下部分 15 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亭 再降压至380或660V 再沿钻眼送至井下采区变电所 16 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 17 浅井供电系统地面变电所 18 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 19 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 20 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 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 21 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 22 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 23 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 24 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 25 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 26 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 27 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 28 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 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 29 低沼气矿井接线示意图 30 低沼气矿井井下主变电所设备示意图 31 对于高沼气 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 32 高沼气矿井接线示意图 33 高沼气矿井井下主变电所电气设备设置示意图 34 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 35 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 36 3 采区变电所 供电方式 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 37 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 38 39 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 40 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 41 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 42 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 43 采区变电所设备布置图 44 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 45 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 46 干线式胶带输送机供电方式 47 48 某矿地面供电系统 部分 49 某矿井下供电系统 部分 50 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 矿井供电的特点 51 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 52 煤矿电网的研究方向 供电系统优化设计供电设备安全可靠性保护整定的规范问题无功优化补偿问题选择性漏电保护问题电容电流治理电能质量问题防爆问题 53 井下常用电气设备 矿用一般型高压开关柜高压隔爆开关低压隔爆开关矿用变压器其它电气设备 54 一矿用一般型高压开关柜 1 全封闭外壳 具有防机械损伤 防潮结构 2 在温度35 相对湿度97 的空气中运行绝缘良好 绝缘材料又耐油性和耐弧性 3 引入电缆接线端子有一定的漏电距离和气隙 4 高压油断路器的使用额定断流容量应为实际最大值的一半 5 应有防误操作的机械闭锁装置 6 电缆引出线应有接线盒或用插销联结电缆 55 一矿用一般型高压开关柜 我国煤矿常用型号 KYGG GKW GKFC GFW型等 G 开关柜K 矿用型W 室外F 负荷开关C 手车式 56 二矿用隔爆型高压开关 3 矿用隔爆型 57 PBG系列矿用隔爆兼本质安全型高压真空配电装置 58 三低压配电开关 隔爆自动馈电开关 容量较大 作为低压总开关和分路总开关 隔爆手动起动器 容量较小 用于小负荷线路 照明变压器的控制保护及相应容量的鼠笼式电动机 1 DW80系列隔爆自动馈电开关适用于380V和660V网络 59 1 DW80系列隔爆自动馈电开关 型号及数据如DW80 120F型D 自动空气断路器W 万能式8 隔爆型0 设计序号120 额定电流 A F 带分励脱扣器 60 1DW80系列隔爆自动馈电开关 DW80系列矿用隔爆型馈电开关适用于含有爆炸性危险气体 如甲烷混合物 和煤尘的矿井下及其它工业厂矿中 在交流50Hz 电压380V 660V的线路中作为供电系统的总开关 分支开关用 也可以作为大容量电动机不频繁启动用 当线路发生过或短路时能自动切断电源 对电器产品有过载 短路 失压 欠压保护的功能 61 1DW80系列隔爆自动馈电开关 外形 62 一 DW80系列隔爆自动馈电开关 DW80系列外壳前后部分呈圆柱型空腔 前面装有断路器的操作手柄 该手柄借助联锁杆的作用实现盖子与自动开关的分合联锁 即自动开关闭合状态时 盖子打不开 在盖子开启状态时 手柄被联锁杆固定在断开位置 自动开关不能合闸 保证检修安全 即强制实现 断电源后开盖 外壳与盖子连接采用转盖式 将盖子旋转一定角度 即可与外壳卡牢 63 DW80系列馈电开关电路图 64 1DW80系列隔爆自动馈电开关 三极万能自动空气断路器 手动三极接触器KM 过流脱扣器YA1 YA2和分励脱扣器YA3 均安装在绝缘板上 手动三极接触器由手柄直接控制 用于正常情况下分合电源 YA1 YA2在线路故障或过流时动作 用于自动跳闸和切断电源 起保护作用 YA3为一只有压释放器 与检漏继电器配合 一端连接L2相 另一端接于检漏继电器常开节点 当线路有漏电故障时 检漏继电器常开节点闭合 YA3线圈有电流通过 使自动开关跳闸 65 2DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关 DWKB系列自动馈电开关用在1140V电压下的一般为方形 380V和660V电压的一般外形与DW80系列相识 一般用在200A 400A供电系统中 作为馈电总开关 分支开关或大容量电机的控制开关 66 2DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关 型号含义 如DWKB30 400 1140ZD 断路器W 万能式K 矿用B 隔爆型30 设计序号400 额定电流 A 1140 额定电压 V Z 真空断路器 67 馈电开关外形图1 联锁机构2 试验开关3 观察窗4 提升手柄5 隔离开关手柄6 合闸 分断开关手柄7 外接地端子 2DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关 68 2DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关 结构特征及系统框图 1 馈电开关主要由隔爆外壳 真空 断路器 隔离开关以及控制单元组成 真空断路器 隔离开关安装在主腔内 控制单元安装在门盖上 2 隔爆外壳由主腔 门盖和接线箱三部分组成 主腔为方形 右侧设有操作隔离开关的手柄 门盖和隔离开关间设有可靠的机械联锁装置 保证在控制回路有电时 不能打开门盖 门盖打开后 控制回路断电 69 2DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关 3 馈电开关盖左上侧设有电源 工作 绝缘 短路 漏电显示及其视察窗 门盖的右上侧设有试验开关可供馈电开关进行过载 短路 漏电模拟试验 门盖的右下侧是合闸与分断开关 4 主腔与门盖隔爆面的连接采用提升式勾挂结构 外壳左侧有一提升机构 通过操纵手柄将门盖提起 绕其转轴旋转便可将门盖打开 5 主电路和控制电路电缆通过接线箱上的引入装置引入 引出 6 接线箱内和外壳下部设有接地螺钉 安装使用时应可靠接地 70 2DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关 系统结构框图 71 电气部分主要由DW型自动开关QA触头 失压脱扣线圈YA1 分励脱扣线圈YA2 半导体脱扣器A1和信号显示装置HL及其辅助装置 信号检测环节等组成 QA开关由操作手柄控制 用于通断主回路 自由脱扣机构受相关继电器控制 使QA开关在过载 短路 欠压 漏电 配合检漏继电器 等故障下跳闸 实现各种保护 自由脱扣机构电源由QA开关电源侧引出 保证任何 带电 情况保证开关保护动作 欠压保护在低于70 额定电压时动作 2DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关 72 3QS81系列隔爆手动开关 QS81系列隔爆手动开关又称手动起动器 主要用来控制井下小型输送机 水泵 局部风机和照明设备等 适用于具有爆炸性气体混合物 甲烷类 和煤尘的煤矿井下 在交流50Hz 电压380V至660V的线路中 主要型号有QS81及QSS81等 73 3QS81系列隔爆手动开关 型号及含义结构概述起动器由隔爆外壳和装于壳内的本体组成 外壳为圆柱形 有凸出的底和盖 外壳上部焊有用于引入 引出电缆的隔爆型接线箱 壳盖与壳身采用转盖式结构连接 壳盖与操作手柄间设有可靠的机械联锁 本体含操作机构 触头 灭弧系统和熔断器等部分 74 3QS81系列隔爆手动开关 75 3QS81系列隔爆手动开关 电气系统图电气图包括一个三极手动接触器 引线端子 动触头的两相引出线带RM10型无填料管式熔断器 将操作手柄扳至 开 或 关 位置可以实现供电和断电操作 76 4隔爆插销开关 由插座及插头两部分组成 外壳合金制成 转动 分 合 开关的转套 内部切换好开关就随之处于断开 接通状态 开关设有联锁机构 只有处于 分 位置时才能插拔 适用范围 适用在含有爆炸性混合物的危险场所 在交流50Hz 额定电压100至380V的电路中 作为连接手持电动工具或照明灯电源之用 77 4隔爆插销开关 78 四矿用变压器 1KS7系列矿用动力变压器KS7系列变压器应用于无沼气 煤尘突出的煤矿井底车场及主要进风巷道 为适合矿井特殊工作场合 其结构与普通变压器不同点包括 1 油箱采用低碳钢板 构造坚固 可承受0 1MPa内压力 2 不设贮油柜 以防在矿井下碰撞发生事故 3 油箱两侧有密封式高低压电缆接线盒磁套盒 盒下设有供电缆进出线的喇叭扣 低压出线盒旁装无载分接开关 供高压线圈分接头调整电压用 79 1KS7系列矿用动力变压器 4 油箱上设有注油用的注油塞 塞上设有通气孔以排出热空气及油中分解的甲烷产物用 5 油箱下有拖撬及带边缘的钢轮 可在35 以下斜角的倾斜巷道内运输 80 2矿用隔爆干式变压器 与油浸式变压器相比其优点在于 1 没有火灾和爆炸危险 2 不存在变压器油老化问题 维护检修工作量大大减小 3 附属部件简单 体积小 重量轻 81 1 KSG 2 5 4 0 0 66型矿用隔爆型干式变压器KSG 2 5 4 0 0 66型矿用隔爆型干式变压器适用于煤矿井下有沼气和煤尘的爆炸危险场所 在交流50Hz 电压380V或660V的供电线路中为矿用煤电钻 井下照明或信号提供127 或133V 电源 2矿用隔爆干式变压器 82 2矿用隔爆干式变压器 2 KSGB型矿用隔爆干式变压器 83 本系列产品用于有甲烷混合气体 煤尘等有爆炸危险的矿井中 将6 10KV电源转换成400 380 693 660 1200 1140 3450 3300 V煤矿井下所需的低压电压 KSGB型产品外壳为长方形 箱体两侧为瓦楞型 上部为圆弧形 有上开盖式和两边开盖式两种结构 具有强度高 温升低 散热性好 易于维修等优点 变压器两端设有两个独立的高 低压隔爆接线腔 腔内装有高低压套管 供相应的电缆引线用 接线腔分别通过隔爆法兰面与高低压开关相连 2 KSGB型矿用隔爆干式变压器 84 3移动变电站 KBSGZY型系列矿用隔爆型移动变电站是一种可移动的成套供 变电装置 它适用于有甲烷混合气体和煤尘等有爆炸危险的矿井中 将6 10KV电源转换成400 380 693 660 1200 1140 3450 3300 V煤矿井下所需的低压电源 85 3移动变电站 型号 KBSGZY口 口 口其中 KB表示矿用隔爆型 S表示三相 G表示干式 Z表示组合式 Y表示移动式 口若为T表示圆筒式外壳 长方形外壳无此代号 口 口表示额定容量 KVA 变压器高压侧额定电压 KV 86 3移动变电站 KBSGZY型系列 主要包括KBSGZY 1600KVA KBSGZY 2000KVA KBSGZY 3150KVA 及目前国内最大型的KBSGZY 4000KVA 由长沙顺特变压器厂和盐城中联变压器厂生产 由矿用隔爆型高压真空配电装置 矿用隔爆型移动变电站用低压侧保护箱和矿用隔爆型干式变压器等组成 具有漏电 漏电闭锁 过载 短路 欠电等保护性能 87 3移动变电站 移动变电站除具备矿用隔爆干式变压器相同的性能外 还有以下三种保护方法供用户选择 1 当移动变电站低压供电发生过载 短路 漏电等故障时 靠切断低压侧开关实现保护 高压侧开关基本上只作为隔离开关 2 高压开关带过载 短路等保护 低压侧配置低压馈电开关 3 当移动变电站低压供电发生过载 短路 漏电 包括移动变电站干式变压器故障 等故障都反馈到高压侧 靠切断高压真空配电装置来实现保护 低压侧安装配电保护器箱 88 4XBD1系列矿用隔爆型低压侧保护箱 用途与功能 XBD1系列矿用隔爆型移动变电站用低压侧保护箱 以下简称 保护箱 适用于具有沼气和煤尘爆炸危险的煤矿井下 安装在移动变电站的低压侧 与PBG1系列矿用隔爆型高压真空配电装置配套 共同组成低压故障分断高压的理想型移动变电站系统 对3300 1140 660 380V 50Hz额定电流1000A以下供电系统 可实现漏电 漏电闭锁 短路 过载 过压 欠压等保护 89 外形尺寸及重量1 外形尺寸为 1065 710 585mm2 移变连接法兰尺寸GB8286 2000标准3 重量约为 228kg 4XBD1系列矿用隔爆型低压侧保护箱 90 主要特点 1 该保护箱分为双侧四回路出线 接口兼容普通喇叭嘴和电缆连接器 满足多重负荷的连接 2 所有故障均通过信号线驱动高压侧断路器分断 从而降低了分断电流 克服了低压馈电开关的频繁分断故障 同时克服了变压器低压绕组至低馈开关回路漏电不能分断故障点的死区问题 3 具有先进的 完善的微电脑综合保护系统 保护功能见后 提高了整体供电的可靠性 且不必打开箱体大门即可进行保护参数的整定 4 兼容所有大容量 4000kVA以下 移动变电站配套 4XBD1系列矿用隔爆型低压侧保护箱 91 五其它电气设备 1综合机械化工作面的电气设备综机采面对供电的要求供电电源采用移动变电站 保证电压无线跟踪控制千伏级供电保护完善