矿井供电与安全管理

矿井供电系统及供电安全 技术管理,主讲：刘红军,1.煤矿供电系统2.井下用电安全3.井下电气保护,矿井供电系统及供电安全技术管理,2,一、煤矿企业对供电的基本要求:供电可靠供电安全有良好的供电质量供电的经济性,末端电压、频率、三相电压平衡、波形等,一 煤矿供电系统,3,二、煤矿电力负荷的分类,1、第一类负荷（一级、类）（中央水泵房、主扇房、立井提升设备、瓦斯抽放设备）会造成人员死亡或者经济重大损失者。2、第二类负荷（二级、类）会造成经济较大损失或者重要用户正常工作者。3、第三类负荷（三级、类）中断供电不会造成经济后者其他方面的损失者。,4,三、电力系统的基本概念,供电系统就是由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统。电力供电系统大致可分为TN，IT，TT 三种，其中TN系统又分为TN-C，TN-S，TN-C-S三种表现形式。煤矿供电系统为IT系统，IT系统是指在电源中性点不接地系统中，将所有设备的外露可导电部分均经各自的保护线PE分别直接接地，称之为IT供电系统。IT系统一般为三相三线制。IT 方式供电系统 I 表示电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地。第二个字母 T 表示负载侧电气设备进行接地保护。地下矿井内供电条件比较差，电缆易受潮。运用 IT 方式供电系统，即使电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。,5,四、矿井供电电压等级,6,煤矿安全规程规定井下供电电压应符合下列要求,井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级，应符合下列要求： (一)高压，不超过10000V。 (二)低压，不超过1140V。 (三)照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127V。 (四)远距离控制线路的额定电压，不超过36V。 采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。,7,五、矿井供电系统,深井供电系统：对于开采煤层埋藏深、用电负荷大、供电距离长的矿井，直接将6kv或10kv高压送入井下的系统一般称为深井供电。神东矿区属于深井供电。浅井供电系统：煤层埋藏浅、负荷较小、供电距离短，可通过井筒或钻孔直接将低压送入井下，成为浅井供电。,8,六、供电系统的接线方式,1.放射式接线，根据负荷的可靠性，又分为单回路和双回路。我矿供电系统采用双电源双回路放射式接线。2.串联型树干式接线3.环形接线,9,七、变电所的接线方式,1.线路-变压器接线2.桥式接线又分为内桥和外桥3.单母线线分段式接线，石圪台煤矿井下和地面变电所均属于此种接线方式。4.双母线接线,10,四、煤矿供电系统(一）矿井供电系统,1、深井供电系统,地面变电所,井下中央变电所,采区变电所,工作面配电点,11,采区距地表100200m,2、浅井供电系统,12,煤矿安全规程第四百四十一条对矿井供电的要求 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。年产60000t以下的矿井采用单回路供电时，必须有备用电源；备用电源的容量必须满足通风、排水、提升等的要求。 矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷。 正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式，一回路运行时另一回路必须带电备用，以保证供电的连续性。 10kV及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设。 矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。,13,煤矿安全规程第四百四十二条 对井下各水平中央变（配）电所、主排水泵房和下山开采的采区排水泵房供电的线路，不得少于两回路。当任一回路停止供电时，其余回路应能担负全部负荷。 主要通风机、提升人员的立井绞车、抽放瓦斯泵等主要设备房，应各有两回路直接由变（配）电所馈出的供电线路；受条件限制时，其中的一回路可引自上述同种设备房的配电装置。 本条上述供电线路应来自各自的变压器和母线段，线路上不应分接任何负荷。 本条上述设备的控制回路和辅助设备，必须有与主要设备同等可靠的备用电源。,14,掘进工作面供电的特殊要求,“三 专”：专用变压器、专用开关、专用线路“两闭锁”：风电闭锁与瓦斯电闭锁,(a)面两台局部通风机 (b)两面各一台局部通风机图28“三专”供电系统示意图,15,石圪台煤矿供电系统介绍,石圪台煤矿地面设35KV变电所两座，分别为石圪台35KV变电站、石圪台风井35KV箱变，其中石圪台35KV变电站主要为工业广场及其他生产辅助系统供电；石圪台风井35KV箱变主要为主扇及综连采工作面供电。石圪台工业广场35KV变电站双回路电源进线一段引自石圪台地方35KV变电站(地方变电站电源引自前石畔110KV变电站）35KV电源，二段取自松定霍洛110KV变电站35KV电源。一、二段35KV设备选用ZCW10-40.5/T型户外敞开式组合电器，35/10KV进线主变型号均为：,16,石圪台煤矿供电系统介绍,SZ10-M-20000/35/10两台。该变电站10KV馈出柜主要负责石圪台煤矿工业广场及生产辅助系统供电，洗煤厂，装车站，净水厂、生活用电。以及现我矿井下主水泵房提供电源。取自该变电站10KV一、二段，设计为一、二段各有一路馈出线路为主水泵房供电，进行双电源供电。其它配仓、上仓、主井及2-2煤机头变频硐室电源也取自该地面变电站10KV馈出线路。,17,石圪台煤矿供电系统介绍,风井场地35KV箱变供电，线路采用LGJ-240/30型导线，复合地线，地线截面为GJ-50mm2。线路采用铁塔双回共杆架设，线路全长约为4.5km。35KV设备同样选用ZCW10-40.5/T型户外敞开式组合电器，35/10KV进线主变型号为：SZ10-M-20000KVA/35/10两台，其一、二段进线均取自工业广场35KV变电站35KV电源，风井山箱变也是双回路供电。箱变容量为20000KVA，主要为我矿风机房、热风炉、井下中央2号和3号变电所供电电源。上述地点的电源分别取自箱变的一、二段的10KV馈出柜，均为双回路进线。,18,石圪台煤矿供电系统介绍,石圪台煤矿变配电所共计十二个，地面七个井下五个，共同为矿生产及辅助服务。地面安设井口辅助配电室、主井高压配电室、地面2号辅助配电室（35KV变电站侧面）、风井山主扇10KV配电室、锅炉房配电室、3号公寓箱式变电站和文体中心后配电室为地面生产辅助及生活区供电，地面主井10KV配电室主要为斜井皮带驱动、破碎机提供电源。风井山主扇10KV配电室主要为两台风机提供电源。井口辅助配电室主要为联建楼、办公楼、井口广场路灯、井下污水处理站、生活污水处理站、车间供电。锅炉房配电室主要为锅炉房提供电源。3号公寓箱式变电站主要为家属楼、3号公寓、食堂、学校以及家属区的路灯提供电源。文体中心后配电室主要为文体中心、食堂（食堂两路供电）、新污水处理站、4#和5#号新公寓楼、北院配电点、原天隆材料库提供电源。地面辅助2号配电室主要为立体胶轮车库、通信站、机电队地面变频泵室提供电源。,19,石圪台煤矿供电系统介绍,井下中央一号变电所为中央水泵房及22煤机头变频硐室提供电源，22煤机头高压配电室主要为22煤胶带机供电、综掘八队、加压泵房、沉定池提供电源。中央二号变电所主要为12煤一盘区、二盘区、三盘区及12上煤层供电，中央三号变电所主要为22煤南翼胶带机头、12煤三盘区薄煤层、22煤三盘区及22煤四盘区供电。中央二号水泵房主要为10KV水泵和22401强排提供电源。,20,一、触电的的危险性及预防 （一）、触电的危险性 1）电击 2）电伤,2 井下用电安全,21,（二）、造成人触电危险的主要因数 1）流过人体的电流的大小 2）触电时间的长短 3）触电电压的高低 4）人体电阻 5）电流频率,极限安全电流：30 mA.s 井下人体电阻：1000,22,（三）、触电的一般预防方法 1、供电系统结构及保护要合理 井下配电变压器及向井下供电的变压器或发电机，中性点禁止直接接地。 井下电气设备必须有保护接地。 井下变电所的高压馈电线及井下低压馈电线，应装设漏电保护装置。 供电系统应有完善的过电流保护装置。,23,2、防止人身接触或接近带电导体 将电气设备的裸露带电部分安装在一定高度，或围以遮拦。如电机车架空导线的高度从轨道平面算起，井下不得低于2米，井底车场不得低于22米。 井下各种电气设备的导电部分都必须封闭在坚固的外壳中，并在操作手柄和盖子之间设置机械闭锁装置，保证电气设备接通电源后不能打开盖子，盖子打开后，不能接通电源。井下电缆敷设应符合规程规定，电缆破损必须及时更换或进行冷、热补。电缆连接须经隔爆接线盒，坚决消灭“鸡爪子”、“羊尾巴”、明接头。 各变（配）电所的入口或门口都悬挂“非工作人员，禁止入内”警示牌；无人值班的变（配）电所，必须关门加锁，井下硐室内有高压电气设备时，入口处和室内都应在明显地点加挂“高压危险”警示牌。,24,3、降低使用电压 对人员经常接触的电气设备，采用降低的工作电压。例如井下照明、手持式电气设备的额定电压和电话、信号装置的额定供电电压，都不应超过127V，控制回路电压不应超过36V等。 4、严格遵守各项安全用电作业制度 井下不得带电检修、搬迁电气设备。检修或搬迁前，必须切断电源，并用同电源电压相适应的验电笔检验；检验无电并对地放电后，才允许检修或搬迁。放电前必须先检查周围环境的瓦斯，只有当其巷道风流中的瓦斯浓度在1以下时，方可将导体对地完全放电。,25,在切断电源后，应将开关操作手柄闭锁，并悬挂“有人工作，不准送电”的警示牌。只有执行这项停电操作的工作人员，才有权取下此牌并送电。即在进行停送电操作时，必须严格执行谁停电就由谁送电的停送电制度，中间不得换人。严禁采用约时停送电。 非专职或值班电气人员，不得擅自操作电气设备；操作高压电气设备主回路时、操作人员必须戴绝缘手套，穿电工绝缘靴或站在绝缘台上；操作千伏级电气设备主回路时，操作人员必须戴绝缘手套或穿电工绝缘靴。 127V手持式电气设备的操作手柄和工作人员必须接触的部分，应有良好绝缘。 电工必须经过培训，持证上岗。严禁非电气作业人员操作或摆弄电气设备。严禁醉酒上岗，疲劳上岗。,26,1、中性点直接接地系统存在的问题,二、中性点不直接接地供电系统,27,2、中性点不接地系统,煤矿安全规程第四百四十三条 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。,28,短路故障的危害及其预防过负荷故障的危害及其预防断相故障的危害及其预防,三、电气火灾及其预防,29,一、电气保护装置的任务二、井下电气保护的类型1）过电流保护。包括短路保护、过流（过负荷）保护。2）漏电保护。包括选择性和非选择性漏电保护、漏电闭锁。3）接地保护。包括局部接地保护、保护接地系统。4）电压保护。包括欠电压保护、过电压保护。5）单相断线（断相）保护。6）风电闭锁、瓦斯电闭锁。7）综合保护。电动机综保和煤电钻（照明）综保等。,“三大保护”,3 井下电气保护,30,三、对电气保护装置的要求 1、选择性 2、快速性 3、灵敏性 4、动作可靠性,保护范围末端最小两相短路电流,短路保护装置一次动作电流值,对于主保护Kr1.5；对于后备保护Kr1.2；对于熔断器保护Kr1.5；,31,四、矿井低压电网电流保护,1、井下低压电网短路电流计算（1）公式法,井下电缆的平均电抗。高压电缆均取x0=0.081井下变压器的阻抗计算,变压器二次额定电压kV,变压器短路电压百分数,变压器短路损耗（铜损）W,32,系统电抗 XX,已知电源母线上的短路容量,已知电源线出口断路器的断流容量,三相短路电流与两相短路电流关系：,三相短路电流与两相短路电流：,33,用表格法计算短路电流的步骤：1）选定短路计算点。2）绘制等值计算图。3）求出各段电缆换算长度。4）求短路点至变压器二次侧的全部电缆总换算长度。5）查表求出该点两相短路电流。算出三相短路电流。,（2）图表法,该段电缆的实际长度,附表1 变压器二次侧额定电压为400V及690V，两相短路电流计算表,34,2. 低压电网过流保护装置的整定（1）熔断器额定电流的选择（2）熔体的选择,保护电力干线时的选择,保护范围内容量最大的电动机的额定起动电流,其余电动机的额定电流之和,熔体不熔化系数，对于不经常起动和轻载起动的可取2.5，对于频繁起动和带负载起动的可取l.82。,保护支线时的选择,保护照明装置时,熔体可靠性的校验,35,（3）电磁式过电流继电器的整定,用于保护电缆干线的电磁式过流保护的整定,用于保护电动机或电缆支架的装置选择,整定值的校验,36,（4）过流过热继电器的整定计算 电磁元件的整定方法与电磁式电流继电器一样；热元件与热继电器整定方法一样,表2.2 JR9型继电器的技术数据,37,（5）电子保护器的电流整定 馈电开关中电子保护器的短路保护整定原则、计算方法和校验与电磁式过流保护相同。整定保护范围大，为310倍的馈电开关额定电流；其过载长延时保护电流整定值按实际负荷电流整定，其整定范围为0.41倍的馈电开关的额定电流。 磁力起动器中电子保护器的过流整定,电子保护器在电流达到整定电流的8倍及其以上时，视为短路，将瞬时动作。,电动机的额定电流,38,五、低压电网电压保护,1、欠电压保护煤矿井下高低压防爆开关都具有欠电压保护功能。磁力起动器的控制回路就兼有欠电压装置的功能,2、过电压保护1）内部过电压保护主要采用压敏电阻（高压隔爆配电箱）、阻容吸收装置（馈电开关、磁力起动器）进行防护。2）外部过电压保护主要采用避雷针、避雷器、接地等措施进行防护。,39,煤矿安全规程第四百五十九条 井上、下必须装设防雷电装置，并遵守下列规定： （一）经由地面架空线路引入井下的供电线路和电机车架线，必须在入井处装设防雷电装置。 （二）由地面直接入井的轨道及露天架空引入（出）的管路，必须在井口附近将金属体进行不少于2处的良好的集中接地。 （三）通信线路必须在入井处装设熔断器和防雷电装置。,40,1、漏电故障的类型原因和危害 集中性漏电：供电系统中某一处或某一点的绝缘受到破坏，其绝缘阻值低于规定值，而供电系统中其余部分的对地绝缘仍保持正常。 分散性漏电：供电系统网络或某条线路的对地绝缘阻值均匀下降到规定值以下。 井下供电中遇到的大多数漏电故障是集中性漏电故障。,六、井下低压电网的漏电保护,41,常见漏电故障的原因: 电缆和设备长期过负荷运行，促使绝缘老化。 电缆芯线接头松动后碰到金属设备外壳。 运行中的电缆和电气设备受潮或进水，使供电系统绝缘性能降低。 在电气设备内部随意增设电气元件，使元器件间的电气间隙小于规定值，导致放电而接地。 导电芯线与地线错接。 电缆和电气设备受到机械性冲击或炮崩。 人身直接触及一相导电芯线。,42,2、漏电故障的危害:,当漏电电流的电火花能量达到瓦斯、煤尘最小点燃能量时，能引起瓦斯、煤尘燃烧或爆炸； 当漏电电流超过50 mA时，可能引起电雷管的超前起爆； 当漏电故障不能及时发现和排除时，就可能扩大为相间短路事故； 若人身触及一相带电导体或漏电设备外壳时，流经人身电流超过30mA的极限电流时，就有伤亡的危险。 电网对地电容电流随着电网的增大而增大。,43,3、漏电保护原理 （1）利用附加直流电源的保护原理,44,45,46,（2）零序电压和电流式漏电保护,当电网中发生非对称性漏电故障，则必然产生零序电压和零序电流。通过对其数值判断，可对漏电故障进行保护 。,图 2.16零序电流漏电保护原理示意图,47,零序电流方向保护原理,48,（3）零序功率方向式漏电保护,（4）旁路接地式漏电保护,（5）漏电闭锁,图 2.18 旁路接地式漏电保护原理示意图,图 2.17 零序功率方向式漏电保护原理示意图,49,4漏电保护装置的组合应用,检漏继电器能保护所有漏电故障，但无选择性，一旦动作会导致整个低压电网停电； 零序功率方向式漏电保护选择性好，停电范围小，却不能保护对称性漏电故障。 旁路接地式漏电保护方式安全性较高，但保护范围单一，只能保护单相漏电或人体触电。漏电闭锁只在开关断开时对负荷一侧进行检测，开关合闸后不起作用。,各种漏电保护装置的优点和存在的缺限：,50,煤矿安全规程第四百五十七条 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。 井下低压馈电线上，必须装设检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置，保证自动切断漏电的馈电线路。 每天必须对低压检漏装置的运行情况进行1次跳闸试验。,51,七、井下电网的保护接地,保护接地的作用：1、漏电电流大部分经接地极入地，降低了人体触电的危险；2、避免了设备外壳与大地接触不良而产生的火花。,1. 保护接地及其作用,52,局部接地极应采用面积不小于0.6平方米，厚度不小于3毫米的钢板平放在水沟深处。每年至少提出来，详细检查一次,设置在其他地点的局部接地极，