第1章-矿山供电系统及设备

,70%,5%,15%,10%,矿山电工学,第五章节电及电气化指标,第二章安全用电及保护,第一章矿山供电系统,第四章矿井照明,第三章采掘设备的电气控制,第六章采区供电设计,6学时,6学时,4学时,2学时,4学时,2学时,第一章矿山供电系统,本章主要知识点：,四、高压供电设备,一、电力系统的基本概念以及负荷的分类,二、电力系统额定电压等级,三、供电系统的结线方式分类,第一节概述,分析供电系统结构，了解电力系统的基本概念，重点掌握电力系统的额定电压的概念，熟悉电力负荷的分类方法。,主要内容,一、电力系统的基本概念,电力系统：由各种不同电压等级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、配电和用电的整体，叫做电力系统。,变电所：变电所是汇集电能、变换电压的中间环节，它由各种电力变压器和配电设备组成。,电力网：在电力系统中，变电所与各种不同电压等级的电力线路组成的网，叫做电力网。,二、电力系统的额定电压,额定电压：能使受电器、发电机、变压器等正常工作的电压，称为它们的额定电压。,1、一般规定：在同一电压等级中，受电器和系统的额定电压与等级电压相同，发电机额定电压比同级受电器额定电压高5%。,变压器一次侧与电网直接相连时，规定其额定电压与系统电网的电压相同。变压器二次侧，规定其额定电压比系统电网的电压高5%-10%。,电气设备额定电压表,电气设备额定电压表,1）电力线路和用电设备的额定电压相等,2）发电机的额定电压（高5%）,3）变压器的额定电压（注意分高压侧和低压侧）,高压侧和电力线路相等，低压侧高10%,例题,自耦变压器,三、电力负荷分级及对供电的要求,1、电力负荷的分级,2、井下特殊的环境,顶板失控而自行冒落的现象。,指矿井作业面、巷道侧壁在矿山压力作用下变形，破坏而脱落的现象。,4.冒顶和片帮事故，易使电气设备受到外力的损坏。,3、电力负荷对供电的基本要求,第二节矿山供电系统,供电系统接线是指由各种电器设备及其接线构成的电路，其功能是汇集和分配电能。接线中的母线又称为汇流排，起集中和分配电能的作用。,一、供电系统结线方式,1、系统或网络结构的基本方式,适用于向三级或二级小负荷设备供电。,a)单电源单回路b)单电源双回路,（1）单回路放射式,（2）双回路放射式,优点：供电线路独立，故障互不影响。,适用：负荷容量大或孤立的用户,适用：单回路干线式一般适用三类负荷供电，双回路干线式一般适用二、三类负荷供电。,直接连接干线式,串联型干线式,矿山供电系统中的结线一般采用双回放射式或环式结线。,适用：负荷容量大或孤立的用户,适用：负荷容量相差不太大，彼此之间相距较近，而离电源都较近，且对供电可靠性要求较高的重要用户。,优点：线路长度小，造价低缺点：前段下路共用，增加了故障停电的可能性,2、矿山各级变电所的常用结线方式,矿山各级变电所主结线主要是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，用以接受和分配电能。主接线分为单母线、桥式、双母线、线路-变压器组4种。,1、单母线结线,适用于具有一、二级负荷，进出线较多的变电所。,2、桥式结线（外桥、内桥、全桥）,操作性能要求高,线路较长，不需要经常切换变压器,负荷变化大，倒闸次数少，具有一、二级负荷的变电所。,线路切换少，变压器切换较多,3、双母线结线,用于负荷容量大，可靠性要求高，进出线户回路多的重要变电所。,4、线路-变压器组结线,矿井供电系统的组成,二、供电系统,矿井供电方式的确定主要取决于井田的范围、煤层埋藏的深度、开采方式、矿井年产量、涌水量和井下负荷的大小等因素。分为深井供电系统、浅井供电系统。,1、深井供电系统示意图,2、浅井供电系统,3、平硐开采供电系统,矿层埋藏较浅（低于100m）、分布范围较广时采用，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。,说明：由地表倔进水平巷道（平硐）直接通到矿化体进行开采，以平硐作为主要开拓巷道的开拓方法叫平硐开拓。巷道约有千分之三到七的坡度。平硐开拓是一种最经济、基建时间短和安全可靠的方法。一般适用于山区地形，空车上坡重车下坡，水自由流出。,三、矿井各级变电所及配电点,1、矿井地面变电所（矿山供电的枢纽）,2、井下中央变电所,尽量靠近负荷中心，主要进行电能变换、集中和分配，包括主变电所、采取变电所、移动变电站、工作面配电点。一般设在靠副井的井底车场范围内。,井下中央变电所设备图,3、采区变电所,是采区的供电枢纽，接受井下中央变电所送来的高压电能，分配或直配给采掘工作面配电点或用电设备，是采区变电所-工作面配电点方式。,采区变电所的位置和硐室布置图,采区变电所硐室布置图,4、工作面配电点,接受采区变电所或移动变电站送来的低压电能，通过控制开关、磁力启动器向回采或掘进工作面的机电设备供电。,1、供电系统的基本概念：电力系统、电力网、变电所、额定电压、电力负荷的分类。2、供电系统的接线方式3、矿井变电所的结线方式有：线路变压器组结线、单母线结线、单母线分段结线、桥式结线等几种。4、矿井供电方式：高压供电系统：由地面变电所井下中央变电所采区变电所构成三级高压供电系统。低压电气设备供电分别由井下中央变电所、采区变电所及移动变电站降压供给。,小结,采区变电所：有综采时一般由两回线路供电，采用单母线结线或单母线分段结线。变压器通常采用分列运行方式。,5、矿井井下变电所：中央变电所：进线电缆至少两条。单母线分段结线，分段数与进线电缆数相适应。各负荷出线均匀分布在各段母线上。各分段母线分列运行。,作业,p78:1、2、5、6、30。,？,地面变电所设备布置图,地面变电所设备布置图,地面变电所一次系统模拟图,地面降压站设备巡回检查图,四、综采工作面供电与工作面配电点,1、综采工作面供电,综采工作面机电设备布置图,综采工作面主要设备,综采工作面主要设备,第三节高压供电设备,高压供电设备,1、高压一次设备,变电所中承担输送和分配电能任务的电路称为一次电路。按功能分：,变换设备（电力变压器、互感器）控制设备（高低压开关设备）保护设备（熔断器、避雷器）补偿设备（电容器）成套设备（高压开关柜、低压配电屏、动力箱）,2、高压隔离开关(刀闸),高压隔离开关,2、高压隔离开关的分类,隔离开关主要作用：1）隔离高压电源，保证其他设备和电路的安全检修。2）提供明显的线路断点。,分为户内式和户外式。对于户外式隔离开关常安装有接地刀闸，用于将回路内的电容电流、漏泄电流泄放入地。,隔离开关没有灭弧装置，不能用于分、合负荷电流。,2、高压隔离开关(刀闸),图2.5GN19-10/600型高压隔离开关1连接板；2静触头；3接触条；4夹紧弹簧；5支持瓷瓶；6镀锌钢片；7拉杠绝缘子；8支持瓷瓶；9传动主轴；10底架,3、高压负荷开关,负荷开关就相当于在隔离开关的基础上加上一个简单的灭弧装置。,灭弧罩上内在高温下产生气体纵吹电弧,和熔断器配合替代断路器,图3-7FN3-10RT型户内压气式高压负荷开关1主轴；2上绝缘子兼气缸；3连杆；4下绝缘子；5框架；6高压熔断器；7下触座；8闸刀；9弧动触头；10灭弧喷嘴；11主静触头；12上触座；13断路弹簧；14绝缘拉杆；15热脱扣器,4、高压断路器,油断路器按照用油多少分为多油断路器和少油断路器。,多油断路器,多油断路器主要作用10KV以下线路，绝缘油的主要作用是熄灭电弧。,分为平开式和机械油吹式,1）平开式多油断路器,开断电路时，电弧高温使变压器油蒸发和分解成气体。这些气体吸收大量的热能使电弧冷却；同时油分解出大量的氢气，迅速流向油箱上部，对电弧产生纵吹效果。,2）机械油吹式多油断路器,开断电路时，动触头带动活塞向上移动，灭弧室上部的绝缘油受到机械压力，使油流从唧简口射向电弧形成纵吹，迫使电弧熄灭。机械油吹弧不易熄灭大电流电弧。,少油断路器,少油断路器中的绝缘油主要作为触头间的绝缘和灭弧介质。,图SN10-10型高压少油断路器1上帽；2上出线座；3油标；4绝缘筒；5下出线座；6基座；7主轴；8框架；9断路弹簧,当触头分断产生电弧时，油被气化和分解，灭弧室内腔压力增大，使静触头座内的钢球上升，将球阀关闭，电弧在密闭的空间燃烧，压力急剧增大，当导电杆向下运动，依次打开上、中、下三个横吹口时，油气混合物高速横吹电弧，使其熄灭。,在开断小电流时，电弧能量小，横收效果不佳。导电杆继续向下打开纵吹油道，电弧受到纵吹。在导电杆向下运动时，将一部分油压入附加油流道横吹电弧，起到机械油吹作用，从而促使小电流电弧很快熄灭。,由于断路器的静触头装在上部，不但能产生机械油吹的效果，更因为导电杆向下运动，使导电杆处的电弧不断与冷却油接触，既降低了触头温度，又使电弧受到良好的冷却，加强了灭弧效果。,真空断路器的圆盘形触头可分为两种：一种是只有导电部分而无旋弧部分，它的断流容量较小，另一种是带有旋弧部分的，这种触头上的电弧在电磁力的作用下迅速旋转运动，防止触头上出现局部高温区，从而提高了断路器的断流容量。目前使用最多的是具有外螺旋槽或内螺旋槽的旋弧触头。,5、高压开关柜,高压开关柜是以开关为主，按一定的接线方案，针对使用场合、控制对象及主要电气元件的特点，将有关的一、二次设备组合起来，装于封闭式或敞开式金属柜内的一种高压成套配电装置。,高压开关柜每个柜构成一个电气回路。,高压开关柜主要由以下几部分组成：母线、高压开关、电流及电压互感器、计量仪表和保护装置、信号及操作机构。,高压开关柜分为普通型、矿用一般型、隔爆型。,高压开关柜,作用：受电、配电、控制、保护及监测高压电能。,定义：将各类开关电器、测量仪表、保护装置及相应的辅助设备按照一定方式组装在统一规格的箱体内，自成一套完整的配电设备。,GG-1A-07S型高压开关柜1汇流排；2高压隔离开关；3高压断路器；4电流互感器；5高压隔离开关；6电缆头；7检修门；8观察窗；9操作面板；10高压断路器操作机构；11高压隔离开关操作机构；12仪表、继电器板（兼检修门）,KYN1-10型高压开关柜,高压开关柜高压开关柜的“五防”功能,1.高压开关柜的分类高压开关柜是指335KV的成套配电装置。发电厂和变电站中常用的高压开关柜有移开式和固定式两种。2.高压开关柜具有的“五防”功能高压开关柜应具有“五防”功能，即：1）防止误分、合断路器；2）防止带负荷分、合隔离开关；3）防止带电挂接地线；4）防止带接地线合隔离开关；5）防止误入带电间隔。,高压开关柜移开式高压开关柜,移开式高压开关柜又称为手车式高压开关柜。开关柜由固定的壳体（简称外壳）和装有滚轮的可移开部件（简称手车）两部分组成。一般情况，外壳用钢板或绝缘板分隔成手车室、母线室、电缆室和继电器仪表室四部分。,高压开关柜移开式高压开关柜,高压开关柜的停送电操作,隔爆手动开关：用以控制不需要频繁启停的交流380V、660V的三相鼠笼型异步电动机。,隔爆插销开关：用以井下控制照明设备和电钻。,隔爆真空馈电开关：可作为供电总开关或分路开关。,井下使用低压配电开关包括隔爆自动馈电开关和隔爆手动起动器两大类。,第四节低压配电开关,馈电开关可作为线路中的配电总开关和分路开关使用。,当电网中出现过载、短路、欠压和漏电故障时，馈电开关可自动跳闸。,1、馈电开关,隔爆手动开关（又称为手动启动器），用以控制不需要频繁启动和停止的交流380V、660V的三相笼式电动机。,2、隔爆手动开关,隔爆插销开关（又称为插销开关），用以控制井下照明设备和电钻，由接触式开关和插销组成，具有机械连锁装置。,3、隔爆插销开关,主要用于将某一电压等级的交流电变换成同频率的另一种电压等级的交流电能。,变压器是一种变电压和变电流的静止设备，通过磁路耦合作用将原边绕组的电压和电流从某种数量等级变为副边绕组的另一种等级。,本节主要介绍低损耗电力变压器和矿用动力变压器。,第五节电力变压器和移动变电站,地面主变压器,1）电力变压器的分类及特点,1.按功能分升压变压器和降压变压器；2按相数分单相变压器和三相变压器；3按绕组导体的材质分铜绕组变压器和铝绕组变压器；4按绕组型式分双绕组变压器、三绕组变压器和自耦式变压器；5按电压调节方式分无载调压变压器和有载调压变压器；,（一）变压器概述,7按容量系列分：（1）小型变压器：容量在500KVA以下的变压器；（2）中型变压器：容量在6306300KVA之间的变压器；（3）大型变压器：容量在8000KVA以上的的变压器；8按冷却方式和绕组绝缘分油浸式、干式和充气式（SF6）。,三相油浸式电力变压器,油浸式变压器,环氧树脂浇注绝缘的三相干式电力变压器,干式变压器,（二）变压器的结构,变压器主要由铁心、绕组、油箱、绝缘套管等组成。,2）额定电压（对于三相变压器指的是线电压）,3）额定电流（对于三相变压器指的是线电流）,单相变压器：,三相变压器：,4）额定频率：50Hz,三相变压器指的是三相总容量。,双绕组变压器的原、副边容量相同。,（三）变压器的技术参数,6）短路电流,7）额定温升：40-95,5）短路电压,（三）变压器的技术参数,8）连接组别,解：1）,【例】有一台三相变压器，额定容量额定电压，联结，试求：1）一、二次侧的额定电流？2）一次、二次侧的额定相电压和相电流？,2）,（四）电力变压器,通过改善铁心和绝缘结构降低空载损耗和负载损耗。,（1）低损耗电力变压器（S7、S9系列）,S7和S9系列变压器性能对比,（2）矿用电力变压器（S7、S9系列）,目前煤矿井下实用的矿用动力变压器主要是KS及KS7两种,KS7系列变压器应用于无瓦斯、煤尘突出的煤矿井底车场及主要进风巷道。,主要特点：,2）不设油枕，不能注满油,1）耐压能力强,3）两侧有高低压接线磁套盒，设有电缆进出线喇叭口,4）有托撬及滚轮,（3）矿用隔爆干式变压器,矿用隔爆干式变压器有照明、电钻用和动力用两种。,1）KSG型矿用隔爆干式照明、电钻变压器,用于易燃或有爆炸危险的矿井中，将高压降为127V，作为照明、信号或手电钻使用。,2）KSGB型矿用隔爆干式电力变压器,专供矿井下作为局部通风机或其他设备的供电电源。,3）KBSG型矿用隔爆干式电力变压器,作为千伏级移动变电站的主变压器，使用语有瓦斯煤尘爆炸危险的矿井，作为综合机械化采掘设备的供电电源。,4）KBSG-T型矿用隔爆干式电力变压器,耐高温、降低了空载损耗。,（五）移动变电站,移动变电站通常包含隔爆高压负荷开关箱、隔爆干式变压器和隔爆低压馈电开关箱等组成。,移动变电站用于有瓦斯、煤尘等有爆炸危险的矿井中，将6KV高压变为1200V或690V电压，向采掘工作面电气设备供电。,具有电动机综合保护功能、风、电、瓦斯闭锁功能。,补充：,LMZJl-0.5型电流互感器的外形图，穿过其铁心的母线就是其一次绕组。,LMZJ1-0.5型电流互感器1铭牌2二次母线穿孔3铁心4安装板5二次接线端,一相式结线,1）互感器通常接在B相，电流互感器二次线圈中流过的是对应相一次电流的二次电流值，反应的是该相的电流。2）通常用于三相负荷平衡的系统中，供测量电流或过负荷保护装置用。,两相V形结线,这种结线也叫两相不完全星形结线，电流互感器通常接在A、C相上，公共线上反应的正是未接互感器的那一相的电流。,（2）电压互感器,电压互感器的结线方案：a)一个单相电压互感器b)两个单相电压互感器接成V/Vc)三个单相电压互感器接成Y0/Y0形d)三个单相三绕组电压互感器或一个三相五心柱式三绕组电压互感器接成Y0/Y0/,1、电缆的组成,第六节矿用电缆,铠装电缆,橡胶绝缘电缆,塑料绝缘电缆,一,二,三,2、电缆的分类,（1）铠装电缆：,油浸纸绝缘电缆,铠装电缆,既是井下固定设备、运输设备、采掘设备的供电电缆，又是从采区变电所向采掘工作面配电用的动力电缆。,3、电缆的敷设,1）原则,敷设要求：地面电缆敷设时要求敷设路径要短，减少弯曲，避免阳光直晒，利于散热，避开穿越铁路，公路、河流、建筑群以及其他管线。,包括：1）电缆架敷设；2）直埋敷设；3）电缆沟道敷设；4）电缆隧道敷设,700,散热性好，敷设方便，适用于10KV以下线路。,直埋敷设,电缆沟敷设,排水和防风措施良好，多用于大型企业变电所或发电厂的电缆线路引出段。,电缆隧道敷设,(a),电缆在矿井井下敷设(a)电缆吊钩；(b)沿柱子悬挂；(c)用夹子、卡箍夹持,5、按短路时的热稳定条件选择导线截面,2）电缆的选择,3、按长时允许电流选择导线截面,2、按允许电压损失选择导线截面,4、按机械强度选择导线截面,1、按经济电流密度选择导线截面,常被忽略,1）实际流过电缆的长时工作电流必须小于与或等于电缆允许的负荷电流；2）电气设备正常运行时，电缆的实际电压损失必须小于电路的允许电压损失；3）电动机起动时，电缆保证电动机的端电压不低于额定电压的75%；4）电缆的机械强度必须满足要求；5）当线路发生短路时，电缆必须经得起短路电流的冲击,1、选择电缆截面的条件,2、按长时允许负荷电流选择电缆截面,导线的长时允许电流不应小于流过导线的最大长时工作电