第一章-矿山供电系统

,煤矿供电技术,主讲董海波umtdhb中国矿业大学信电学院,6/5/2020,煤矿供电技术是研究如何安全可靠、保质保量、经济合理地实现矿山生产所需电能的供应和合理分配的技术。掌握供电的基本理论，学会供电设计的方法，学会如何运用所学知识解决供电设计、运行和管理维护中可能出现的实际问题。具备工矿变电所初步设计和简单施工设计能力，具备电气设备的安装、测试、运行维护和常见故障分析处理的初步能力。,过渡页,第2页,绪论,概述,6/5/2020,通过对本课程的学习能够独立完成下列任务正确合理地分析、设计和确定供电方案正确选择和使用供电设备选择、计算、整定各类保护装置正确合理确定设备布置方案*对设计中各方案进行技术经济指标的分析比较*，确定最佳方案。,过渡页,第3页,学习任务,概述,6/5/2020,1收集设计所需原始资料2确定变电所的位置及供电电源3确定企业供电系统方案4进行负荷计算和功率因数补偿计算，选择变电所的变压器容量和台数5计算短路电流6选择电气设备、线路等器材7进行继电保护、自动化装置及变电所二次线路设计8。图纸、说明书,过渡页,第4页,工矿企业供电设计的基本内容和步骤,概述,6/5/2020,矿山供电技术董海波-中国矿业大学出版社煤矿供电崔景岳-煤炭工业出版社供电技术王崇林-煤炭工业出版社工矿企业供电张学成-中国矿业大学出版社工矿企业供电设计指导张学成-中国矿业大学出版社矿山电工学唐轶-中国矿业大学出版社,过渡页,第5页,主要参考教材,概述,6,目录,第一章矿山供电系统,第二章负荷计算,第四章常用电力设备及其选择,第三章短路电流计算,第五章电力线路及其选择,第六章过流保护与自动化装置,第七章过电压及其防护,第八章电气设备防爆与井下三大保护,过渡页,第7页,第一章矿山供电系统,第一章,内容提要：本章主要学习电力系统及矿山供电系统有关的基本知识，为学习本课程奠定初步的基础。首先是电力系统概述，然后介绍供电系统的结线方式及煤矿供电系统典型结线，讲述并分析电力系统的中性点运行方式，介绍了低压配电系统的不同接地型式，最后介绍电力系统的电压和电能质量等概念。,过渡页,第8页,第一章矿山供电系统,第一章,第一节电力系统概述第二节供电系统与结线方式第三节电力系统中性点运行方式第四节电压与电能质量,过渡页,第9页,第一节电力系统概述,第一章,一、电力系统由生产-传输-分配-使用电能的各环节组成的整体。发电-输变电-配电-用电,过渡页,第10页,第一节电力系统概述,第一章,典型电力系统,过渡页,第11页,第一节电力系统概述,第一章,建立大型电力系统（联合电网）的优越性：（1）提高供电可靠性和电能质量（2）可减少系统的装机容量，提高设备利用率（3）便于安装大机组，降低造价（4）充分利用各种资源，提高运行的经济性,过渡页,第12页,第一节电力系统概述,第一章,各种常用电气设备符号,过渡页,第13页,第一节电力系统概述,第一章,6/5/2020,交流发电机(G),6/5/2020,电力变压器(T),6/5/2020,断路器(QF),6/5/2020,隔离开关(QS),6/5/2020,熔断器(FU),6/5/2020,跌落式熔断器（FF）,6/5/2020,刀开关(QK),6/5/2020,熔断式开关(QKF),6/5/2020,负荷开关(QL),6/5/2020,电流互感器(TA),6/5/2020,电压互感器(TV),6/5/2020,阀型避雷器(F),6/5/2020,电抗器(L),6/5/2020,电容器(C),6/5/2020,线路、母线(WL、WB),6/5/2020,电缆终端(X),过渡页,第30页,第一节电力系统概述,第一章,1发电厂发电厂是把其它形式的能量转换成电能的场所。根据所用能源的不同，将发电厂分为火力发电厂、水电站、风力发电场、核电站等。,6/5/2020,火力发电厂,6/5/2020,水力发电站,6/5/2020,核电站,6/5/2020,风力发电场,6/5/2020,潮汐发电,6/5/2020,地热发电,6/5/2020,垃圾/秸秆发电,6/5/2020,太阳能发电,过渡页,第39页,第一节电力系统概述,第一章,2变电所变电所是汇集电能、变换电压的中间环节，由各种电力变压器和配电设备组成。不含电力变压器的变电所一般称为配电所。按用途分：升/降压变电所、联络变电所、工矿企业变电所、农村变电所、整流变电所和电车变电所。按在电力系统中的地位分：枢纽变电所、穿越变电所、终端变电所。按供电范围分：区域变电所（一次变电所）、地区变电所（二次变电所）等。,6/5/2020,变电所,6/5/2020,所内开关,6/5/2020,市区变电所,过渡页,第43页,第一节电力系统概述,第一章,3电力网电力网，简称电网，是由各种变电所及各种电压等级的电力线路组成的，联系发电与用电设备的网络，是电力系统的重要组成部分，担负着输送、变换和分配电能的任务。一般根据电压等级的不同，将电网分为：低压电网（1.2kV及以下）中压电网（3kV20kV）高压电网（35kV220kV）超高压电网（330kV750kV）特高压电网（1000kV及以上，直流800kV及以上）,6/5/2020,超高压/特高压输电线路,6/5/2020,6/5/2020,6/5/2020,6/5/2020,过渡页,第49页,第一节电力系统概述,第一章,二、电力系统的额定电压1额定电压能使用电设备（电动机、白炽灯等）、发电机、变压器等正常工作，并且能使其技术性能和经济效果达到最佳的电压。2额定电压等级额定电压等级：根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性、电力设备制造工业的水平等因素，由国家统一规定。可使电力设备的生产实现标准化及系列化，有利于电网的建设和运行，各种电力设备根据国家标准的额定电压等级进行设计、制造和选择。,过渡页,第50页,第一节电力系统概述,第一章,表1-2我国三相交流电网和电力设备的额定电压,过渡页,第51页,第一节电力系统概述,第一章,（1）电网（线路）的额定电压线路额定电压等级越高，输电容量越多，输送距离越远。输电线路的电压等级与输电容量及输送距离的关系：,过渡页,第52页,第一节电力系统概述,第一章,（2）用电设备的额定电压一般，用电设备额定电压与同级电网的额定电压相同。同时，高压开关设备和控制设备的额定电压按其允许的最高工作电压来标注，其额定电压不得小于其所在系统可能出现的最高电压。表1-4系统额定电压、最高电压和高压设备的额定电压（单位：kV）,过渡页,第53页,第一节电力系统概述,第一章,（3）发电机的额定电压UGN发电机额定电压高于同级电网额定电压5%，即UGN=1.05UN。,过渡页,第54页,第一节电力系统概述,第一章,（4）电力变压器的额定电压一次绕组（原边侧、受电侧）的额定电压UTN.1当变压器直接与发电机相连时（如T1），其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即UTN.1=UGN=1.05UN。当变压器是连接在线路上时（如T2），其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同，即UTN.1=UN。,过渡页,第55页,第一节电力系统概述,第一章,二次绕组（副边侧、输出侧）的额定电压UTN.2变压器二次绕组都是连接到输电线路，额定电压根据所连接输电线路电压等级来确定。当连接的线路额定电压35kV时，UTN.2=1.1UN当连接的线路额定电压35kV时，一般情况：UTN.2=1.05UN特殊情况：当变压器的短路电压百分比Uk%7.5%，或连接长线路时，UTN.2=1.1UN。,6/5/2020,请根据下面系统图已知参数确定各电气元件的额定电压.,6.3kV,6.3/363/121kV,110/10.5kV,330/38.5kV,6/0.4kV,过渡页,第57页,第一节电力系统概述,第一章,三、煤矿常见额定电压等级及应用范围36V及以下：井下电气设备控制及局部照明127V：井下照明及手持式电钻220V：矿井地面照明250V(DC)：电机车500V(DC)：井下电机车380V：小型矿井井下使用660V：井下低压动力1140V：井下综采动力750V(DC)：露天煤矿工业电机车1500V(DC)：露天煤矿工业电机车3.3kV：特大型煤矿井下综采动力6kV:井上、下高压电机及配电电压10kV：特大型矿井井上、下高压电机及配电电压35、60、110kV：矿区受电电压或配电电压,过渡页,第58页,第一节电力系统概述,第一章,四、电力负荷对供电的的基本要求及电力负荷的分级电力负荷对供电的基本要求：1）保证供电的安全性；2）保证供电的可靠性；3）保证电能的良好质量；4）保证供电经济合理。即保证供电的“安全、可靠、优质、经济”,过渡页,第59页,第一节电力系统概述,第一章,（1）保证供电的安全性供电安全性：在正常供电、配电和用电中不发生人身触电伤亡和由电气故障引起的设备损坏、爆炸、火灾等事故。防止人身触电：低电压供电、加强防护、避免人身触及带电体和装设漏电保护、保护接地等保护装置；防止设备损坏：合理选择电气设备并进行稳定性校验、完善的继电保护和自动装置快速切除故障等。煤矿：井下有水、火、瓦斯、煤尘和顶板五大自然灾害存在，生产环境差，为确保供电安全，还须采取防爆、防潮、防触电、抗磨损等措施，规定井下供电变压器中性点禁止直接接地，对电气设备装设过流保护、漏电保护和保护接地三大保护，并制定严格的规章制度，加强保护措施，经常进行维护检修等。,过渡页,第60页,第一节电力系统概述,第一章,（2）供电的可靠性供电可靠性指供电系统不间断供电的可能程度。首先，保证系统中各设备、元件的可靠工作，经常对它们进行监视、维护，定期进行试验和检修；其二，通过合理设计供电系统，供电系统的备用是提高供电可靠性的最有效方法，也是最常用的方法。根据对供电可靠性要求的不同，一般将电力负荷分成以下三级（类），即一级、二级、三级负荷。也常称一类、二类、三类负荷。,过渡页,第61页,第一节电力系统概述,第一章,1）一级负荷突然中断供电将造成人员伤害，或导致重大设备破坏且难以修复，或打乱复杂的生产过程并使大量产品报废，给国民经济造成重大损失的，均属一级负荷。矿井中主排水泵、主通风机、竖井载人提升机及其配套的辅助高低压用电设备，均为一级负荷。一级负荷采用完全备用系统供电，即采用两个独立电源的双回路供电。独立电源是指若干供电电源的任一个，当其发生故障或停止供电时，并不影响其它电源的供电。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。若一回路运行，另一回路必须带电备用，以保证供电的连续性和可靠性。,过渡页,第62页,第一节电力系统概述,第一章,2）二级负荷凡因突然中断供电，将造成大量减产，产生大量废品，大量原材料报废，使工业企业内部交通停顿的，均属二级负荷。矿井空压机，主要提升、运输设备，井底车场整流设备，综采面供电的采区变电所，井筒防冻设备等，都属二级负荷。二级负荷应采用有备用系统供电，可采用不完全备用系统供电，即双回线路供电。3）三级负荷凡不属于一、二级负荷的用电设备，均列为三级负荷。此类负荷一般对供电可靠性无特殊要求，一般采用单回线路供电。,过渡页,第63页,第一节电力系统概述,第一章,（3）保证电能的良好质量电能质量主要指标：电压幅值、频率。电力用户供电电压允许变化范围,过渡页,第64页,第一节电力系统概述,第一章,频率变化范围：50Hz0.2Hz；对装机容量在300万kW以下的系统，频率偏差不应超过0.5Hz。在电力系统非正常状况下，供电频率允许偏差不应超过1.0Hz。波形畸变：表示其含有高次谐波。一般要求任一高次谐波的瞬时值都不应超过同相基波电压瞬时值的5。在矿山企业地面变电所的610kV母线上，应保证其电压正弦波形畸变应不大于5。,过渡页,第65页,第一节电力系统概述,第一章,（4）保证供电的技术经济合理技术经济合理是供电系统的投资要尽量少、运行费用尽量低,包括使供电系统建设成本降低、提高设备运行效率，降低损耗，使系统有较好的运行效益。在保证供电安全可靠的前提下，使用户得到良好质量的电能，并在经济合理的同时，使供电系统结构简单、操作灵活、便于安装和维护。,过渡页,第66页,第二节供电系统与结线方式,第一章,一、供电系统结线方式供电系统结线：指由各种电气设备及其联接线构成的电路，其功能是汇集和分配电能。结线中的母线：又称汇流排，它是电源线路或变压器与多个用户馈出线的连接处，表现为电路中的一个节点，起集中和分配电能作用。按布置方式分：放射式、干线式、环状式、两端供电式等；按运行方式分：开式网、闭式网；按供电可靠性分：有备用结线、无备用结线。对一、二级负荷应该选择有备用系统结线，对三级负荷采用无备用系统结线。,过渡页,第67页,第二节供电系统与结线方式,第一章,1.供电系统的结线方式1）放射式（1）单回放射式单电源单回放射式结线：无备用结线，适于向三级或二级小负荷或某些专用设备供电。优点：结构简单、运行维护方便；缺点：使用开关、线路多，供电可靠性差。,过渡页,第68页,第二节供电系统与结线方式,第一章,（2）双回路放射式有备用结线。单电源双回放射式结线：不完全备用，适用二级负荷。优点：较单回放射式可靠性高、有较好的灵活性，既可采用双回路同时运行方式，使线路上的功率、电压损失减小，又可采用一回工作另一回备用运行方式，使两回互为备用。,过渡页,第69页,第二节供电系统与结线方式,第一章,双电源双回路（完全备用）放射式结线：适用于具有较大容量或一级负荷的供电点。优点：较单电源双回放射式可靠性又有提高。,过渡页,第70页,第二节供电系统与结线方式,第一章,（2）干线式单回路干线式分：直接联接式、贯穿联接式两种。是无备用系统结线。直接联接结线式：从一路高压配电干线上直接引出分支线向用户供电，其分支线数一般不超过5个，且配电变压器容量不宜超过3000kVA。适用于架空线上对三级负荷分散用户配电，也适用井下电缆线路对多台工作面巷道输送机的供电。优点：回路少、能使高压配电装置数量减少、造价低。缺点：公用干线发生故障时，全部干线上负荷供电均中断，故其可靠性差。,过渡页,第71页,第二节供电系统与结线方式,第一章,贯穿联接式：各用户为串联方式，在联结各用户的干线的进出两端均采用隔离开关，可减少某段干线故障而引起的停电范围，设备投入增加。,过渡页,第72页,第二节供电系统与结线方式,第一章,（3）环式结线有备用系统结线。线路经过不同路径，由不同方向和地点形成环路，将电能引入矿山地面变电所或某负荷点。适用于电源对矿区用户的相对位置居中，或电源距离用户较远，而用户间距离较近，且负荷相差不很悬殊的供电情况。特别是适用于当初期建设的送电线路和变电所容量不足时，需在其它位置新建变电所的情况。环式结线的供电可靠性高，缺点是运行、保护整定困难。,过渡页,第73页,第二节供电系统与结线方式,第一章,过渡页,第74页,第二节供电系统与结线方式,第一章,2.变电所一次结线变电所一次结线：变电所的高压（35或110kV）侧结线。变电所常用一次结线方式：桥式结线：用于有备用供电系统。线路变压器组结线：用于无备用供电系统。,过渡页,第75页,第二节供电系统与结线方式,第一章,1）线路变压器组结线线路变压器组结线属无备用结线方式。优点：结构简单、使用设备少、投资省、基建快等；缺点：供电可靠性较差，当主结线中任一设备（如电源进线、变压器等）发生故障或检修，全部负荷都将停电。适用于仅有二级负荷和三级负荷的变电所，如机修厂、车间变电所、农村变电所等。线路变压器组结线依据其容量大小、二次出线数多少有三种形式。,过渡页,第76页,第二节供电系统与结线方式,第一章,（1）进线为隔离开关形式，其二次回路必须装断路器。（2）进线为跌落式熔断器形式，其二次回路必须装断路器。（3）进线为断路器。,过渡页,第77页,第二节供电系统与结线方式,第一章,2）桥式结线采用桥式结线的变电所一般有两回电源进线、两台变压器。矿山变电所有较多的一级、二级负荷，应采用有备用的桥式结线。“桥”实际是一条由断路器和隔离开关组成，用以进行线路的横联和跨接。根据跨接桥横联位置的不同，桥式结线可分为“内桥式”、“外桥式”和“全桥式”三类。,过渡页,第78页,第二节供电系统与结线方式,第一章,（1）外桥结线桥在变压器断路器QF1和QF2的外线路侧，进线回路只装隔离开关。切换变压器操作方便，但切换电源进线操作不便。外桥结线的适用范围是：供电线路较短、线路切换少的变电所；由于某种原因（如负荷变化）要经常切换变压器的变电所；有稳定穿越功率的变电所；处于环网中的变电所；向一、二级负荷供电的情况。,过渡页,第79页,第二节供电系统与结线方式,第一章,（2）内桥结线桥在变压器断路器QF1和QF2的靠变压器侧，变压器电源端仅装隔离开关。电源线路倒闸操作灵活，但切换变压器不便。内桥结线适用的范围是：电源线路较长（线路故障概率较大）的变电所；不需经常切换变压器且负荷稳定的变电所；没有穿越功率的变电所；处于电网终端的变电所；向一、二级负荷供电的情况。,过渡页,第80页,第二节供电系统与结线方式,第一章,（3）全桥结线在外桥结线的基础上，再增加两个线路断路器，或内桥结线的基础上，再增加两个变压器断路器，组成具有5个断路器的全桥结线。全桥结线操作方便、运行灵活，但它会使占地面积加大，投资增加。对电压在35kV、容量在7500kVA以上，或电压为110kV、容量在31500kVA以上的两台（三台等）变压器可采用全桥结线。,过渡页,第81页,第二节供电系统与结线方式,第一章,3.矿山变电所二次母线结线二次母线结线类型：单母线不分段、单母线分段、单母线分段加旁母、双母线结线等。矿山变电所二次母线结线一般采用单母线分段结线方式。（1）单母线不分段结线无备用结线。优点：线路简单，配电装置造价低；缺点：不够灵活可靠，在母线系统故障或检修时，因需全线停电，一般只适用于小容量的用户。,过渡页,第82页,第二节供电系统与结线方式,第一章,（2）单母线分段结线为克服单母线不分段结线方式供电可靠性差的缺点，可根据电源的数目、功率和电网的结线情况，将母线分成若干段，这就形成了单母线分段结线方式。在这种方式中，通常每段接一或两个电源，其引出线分别接到各段上，并使各段引出线电能分配尽量与电源功率相平衡，且尽量减少各段之间的功率交换，是有备用结线方式。单母线分段结线又分为隔离开关分段和断路器分段两种形式。,过渡页,第83页,第二节供电系统与结线方式,第一章,隔离开关分段结线：适用于由双回路供电的、允许短时间停电的二级负荷用户,过渡页,第84页,第二节供电系统与结线方式,第一章,断路器分段结线：适用于一级负荷用户较多的情况。,过渡页,第85页,第二节供电系统与结线方式,第一章,母线采用断路器分段比隔离开关分段方式操作方便，运行灵活，可实现自动切换以提高供电可靠性。不管采用何种分段方式，在母线检修或故障时，单母线分段结线方式都不可避免会使故障段母线的用户停电。在单母线分段结线方式中，进、出线均设有旨在切断负荷与故障电流的断路器，并设有与母线联接的“母线隔离开关”和与线路联接的“线路隔离开关”，其中，前一种隔离开关用来在检修断路器时隔离母线；而后一种则用来防止在检修断路器时从用户侧反向送电，或防止雷电过电压侵入，从而保证维修人员和设备的安全。,过渡页,第86页,第二节供电系统与结线方式,第一章,二、矿井供电系统矿井供电方式取决于矿区范围、矿层埋藏深浅、井下涌水量大小、井型大小、采煤方法、机械化程度等因素。典型的矿井供电系统主要有：深井供电系统浅井供电系统平硐供电系统,过渡页,第87页,第二节供电系统与结线方式,第一章,1深井供电系统深井供电系统：矿层埋藏深、倾角小，采用立井和斜井开拓，生产能力大的矿井采用。特征：高压电能用电缆送到井下，并直接送到采区。一般供电模式：地面变电所井下中央变电所采区变电所（或移动变电站）工作面配电点。地面变电所既可直接经分段母线配出两条（一条工作，一条备用）电缆线路，向地面大容量高压用电设备提供可靠的高压电能，又可经降压变压器向地面小容量用电设备及低压电能。井下一、二级负荷占大部分，故井下中央变电所的电源线至少用两条电缆，并分接于地面变电所的不同母线段上；在正常工作时，各线路同时运行，而在任一回路停止供电时，其余回路应能承担井下全部负荷的供电。,6/5/2020,深井供电系统地面部分,6/5/2020,深井供电系统井下部分,过渡页,第90页,第二节供电系统与结线方式,第一章,2浅井供电系统浅井供电系统：用于矿层埋藏不深（距地表100200m内），经济、运行方便。特征：采区用电一般从地面向井下钻孔来提供的。3种供电模式：（1）采区距井底车场较远（超过2km）、采区负荷小、涌水量不大的矿井，由地面变电所经架空线路，将6（10）kV高压电能送至与采区位置相应的地面变电亭（或移动变电亭），降至380V或660V后，再借沿钻孔敷设的低压电缆，向井下采区变电所供电。对井底车场的低压用电，由地面变电所低压母线提供。（高压不下井）,过渡页,第91页,第二节供电系统与结线方式,第一章,（2）采区负荷小、井底车场负荷大，有高压排水泵的井底车场时，对井底车场的供电，可借沿井筒敷设的高压下井电缆提供；而对采区的供电，仍可采用沿钻孔套管敷设的低压下井电缆提供。（井底车场高压供电）（3）采区巷道长、负荷大，为保证正常电压，可先经高压架空线路，将电能送至与采区位置相应的地面配电点，由经钻孔敷设的高压电缆向井下采区变电所供电，采区变电所降压向工作面提供低压电能。（采区高压供电）,6/5/2020,过渡页,第93页,第二节供电系统与结线方式,第一章,浅井与深井供电方式的主要不同点：用前者中的井底车场变（配）电所代替后者中的井下中央变电所，并由井底车场配变（配）电所向附近的用电设备供电。根据有关规程规定，对“经由地面架空线路引入井下的供电线路（包括电机车架线），必须在入井处装设避雷装置”，以免其遭雷击和引起井下电火灾害，且在具体施工时，线路两端均需装设避雷装置，其型号以管型的为宜。由变电亭向井下敷设的电缆，要穿过内径为120150mm的钢管。为承担电缆的重量，要将每条电缆与吊挂它用的钢丝绳绑在一起。根据开采程序及矿层结构，也可分别在先期或后期，采用深、浅井两种不同的供电方式。,过渡页,第94页,第二节供电系统与结线方式,第一章,3平硐开采的供电系统当矿层埋藏较浅（低于100m）、分布范围较广时，往往采用平硐开采的供电系统。对深部用电设备，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。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，其系统则与深井供电的相同，此时往往在盲井口附近设立一个地面主变（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。,过渡页,第95页,第二节供电系统与结线方式,第一章,三、矿井各级变电所及配电点矿井供电系统（视频）1.矿井地面变电所：矿山供电枢纽1）位置选择原则（1）靠近主要负荷和入井电缆井筒（2）架空线与变电所地址同时确定（3）避免设在空气污秽的地区，否则需采取防污措施，应设在常年主导风向上风侧（4）适宜的地形及地质条件（5）避开爆破危险区和爆炸危险区，不应设在稳定的排废场内，有适当的安全距离；与运输铁路距离不小于40m。（6）交通方便，利于变、配电设备的运输。（7）应有扩展的余地。,6/5/2020,6/5/2020,过渡页,第98页,第二节供电系统与结线方式,第一章,2）地面变电所的布置变电所布置包含主变压器、室内外配电装置和主控室等。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。配电装置：用来接受和分配电能、在电气上有联系的元部件和设备的总称，包含开关设备、保护与测量电器、连接母线及其它辅助设备等。10kV及以下电压等级：采用户内式成套配电装置；35kV及以上电压等级：采用户外架构式的配电装置。在空气严重污秽、有腐蚀性物质，或受地理条件限制时，35110kV电压等级的变电所也建为户内式配电装置。按变电所进线电压命名，如进线为110kV，则称110kV变电所，进线为35kV，则称35kV变电所。,过渡页,第99页,第二节供电系统与结线方式,第一章,2.井下中央变电所（即井下主变电所）1）位置选择原则尽量靠近负荷中心，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。一般设在靠副井的井底车场范围内。常与主排水泵房、牵引变流所组成联合硐室，也可单建硐室。联合硐室应有单独通道通向井底车场或大巷。井下中央变电所的硐室不应与空气压缩机站硐室联用或毗邻。,过渡页,第100页,第二节供电系统与结线方式,第一章,两种不同形式井底车场的井下中央变电所的位置示意图。1副井井筒；2主井井筒；3井下中央变电所；4主排水泵房；5井底车场巷道,6/5/2020,井下主变电所,6/5/2020,井下主水泵房,过渡页,第103页,第二节供电系统与结线方式,第一章,2）硐室要求硐室用非燃性材料支护，尺寸取决于室内电气设备的数量、大小及它们之间的通道，并应考虑留有20的扩充余地。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，彼此间应装有栅栏、防火两用门的隔墙。泵房应有单独通至巷道的通路，在通道要设向外开的栅栏、防火两用门。在栅栏门上向外一侧的遮盖门，该门正常时开启，事故时关闭，以防火势波及大巷。当硐室长超过30m时，应在中间增设一个出口。硐室内的温度，有人值班不应超过30，无人值班不应超过35。为防止巷道积水流入硐室，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。,过渡页,第104页,第二节供电系统与结线方式,第一章,3）设备布置（1）布置原则设备间采用电缆连接。设备一般采用双列布置，设备台数较少可采用单列布置。硐室分变压器、配电室两间，配电室高低压设备分开布置。硐室尺寸按设备最大数量及布置方式确定。布置高压开关柜时，操作走廊宽度、维护走廊、离墙距离应按规定布置。所有电气设备外壳均须接地。（2）布置方式根据井下条件和所采用的高、低压配电装置的类型决定。,过渡页,第105页,第二节供电系统与结线方式,第一章,低瓦斯矿井,过渡页,第106页,第二节供电系统与结线方式,第一章,高瓦斯、煤（岩）与瓦斯突出矿井,6/5/2020,高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井井下主变电所,过渡页,第108页,第二节供电系统与结线方式,第一章,3.采区变电所采区的供电枢纽1）供电方式（1）采区变电所工作面配电点供电方式。适于炮采和一般机械化采煤工作面。特点：以低压向全采区负荷供电，比较安全；所用电缆、开关较多，使供电系统相对复杂；电能和电压损失较大；低压电缆长，供电容量受到限制。,6/5/2020,采区变电所,过渡页,第110页,第二节供电系统与结线方式,第一章,采区变电所工作面配电点供电方式。,过渡页,第111页,第二节供电系统与结线方式,第一章,（2）采区配电所移动变电站工作面配电点方式在采区配电所将6kV高压送到靠近用电负荷的移动变电站后变成低压，再送至配电点或用电设备的供电方式。适合综合机械化采煤工作面。,6/5/2020,采区配电所移动变电站工作面配电点方式,过渡页,第113页,第二节供电系统与结线方式,第一章,优缺点：（1）高压深入工作面，缩短低压供电距离，减少电能损耗，保证了供电质量。低压供电系统简化，电网安全可靠程度增加，减少电缆截面积和低压开关数量。（2）采用隔爆干式变压器，安全且便于检修。（3）移动变电站根据需要在轨道上移动或固定，不需建造变电所硐室，但需拓宽巷道，以便铺设轨道。同时因地质条件变化不定，使移动变电站的安装、运输和维护都受空间的限制。（4）高压直接深入采区工作面附近，对安全不利。为克服不利因素，应在移动变电站高、低压两侧均设漏电、监视保护装置，防止漏电破坏。,过渡页,第114页,第二节供电系统与结线方式,第一章,2）采区变电所位置的确定原则（1）位于负荷中心，并保证采区内最远距离、最大容量设备的供电质量。（2）一个采区尽量采用一个采区变电所位置。（3）尽量设在顶底板稳定、无淋水的地点。（4）通风、运输方便。为满足要求，必须适当选择采区低压供电电压。对炮采工作面，用380/660V电压；对一般机械化工作面，用660V电压；对综合机械化工作面，用1140V电压。表1-6列出了大容量电动机的最大供电距离。,6/5/2020,表1-6不同容量采煤机的最大供电距离,过渡页,第116页,第二节供电系统与结线方式,第一章,3）采区变电所硐室工作两年以上的采区变电所硐室，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，用不燃性材料支护。4）采区变电所的布置方式及设备应符合高压、低压设备分开，变电、配电设备分开的原则。各设备布置尺寸均需满足规程要求。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。硐室内接地母线沿墙，且离地0.30.5m高度敷设。,6/5/2020,1高压配电箱，2矿用变压器；3、4隔爆自动开关；5、6隔爆手动起动器；7检漏继电器；8照明变压器图1-19供电方式的采区变电所设备布置图,过渡页,第118页,第二节供电系统与结线方式,第一章,4.工作面配电点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、磁力起动器，用软电缆向回采或掘进工作面的机电设备供电。同时，它还利用干式变压器或煤电钻变压器综合装置，将电压降为127V，供电钻、照明和信号等用。,6/5/2020,工作面配电点,6/5/2020,1小绞车；2小水泵；3配电点；4电钻照明变压器综合装置；5工作面输送机；6液压支架；7采煤机；8转载机；9皮带输送机；10移动变电站图1-20综采工作面机电设备布置示意图,过渡页,第121页,第二节供电系统与结线方式,第一章,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5070m。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80100m。为避免因电气设备发生事故引起燃烧蔓延，配电点附近应用非燃性材料支护。若邻近的巷壁是可燃性矿层，还应以非燃性材料制成的背板（如水泥板等）相隔。,过渡页,第122页,第二节供电系统与结线方式,第一章,2）配电点控制开关的设置由工作面配电点直接控制的工作面上的各种用电设备，应用经直接接在该配电点母线上的专用磁力起动器控制。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、起动频繁、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。该开关与配电点的其它磁力起动器设在一起，以便于停、送电操作和管理、维护。并且在磁力起动器出现机构失灵或接点粘连时，还可借其切断电源，同时此开关的设置还能增加系统过流保护的可靠性和选择性。,过渡页,第123页,第二节供电系统与结线方式,第一章,3）对顺槽和工作面输送机的供电方式根据具体情况，可采用下列两种方式之一：（1）顺槽输送机线的供电方式。顺槽输送机线采用干线式供电方式（如图1-21），它一般适用于顺槽输送机巷道较长、输送机台数较多（在干线电缆截面允许的条件下）、工作面只有一台输送机的情况。（2）高瓦斯矿井煤层、急倾斜V型长壁采区顺槽工作面输送机供电方式（如图1-22）。这种方式将配电点设在顺槽第一部输送机附近。,6/5/2020,图1-21顺槽输送机线采用干线式供电方式,6/5/2020,图1-22高瓦斯矿井、V型长壁采区顺槽工作面输送机供电方式,过渡页,第126页,第二节供电系统与结线方式,第一章,5.采区供电系统的拟制原则根据采区机械配置来拟制的，应符合安全、经济、操作灵活、系统简单、保护完善和便于检修等项要求。其原则如下：1）在保证用电可靠的前提下，力求所用开关、起动器及电缆等设备最省。2）原则上一台起动器只控制一台设备。3）当采区变电所动力变压器多于一台时，应合理分配变压器的负荷，原则上一台变压器负担一个工作面的用电设备（综合机械化工作由例外）。这样可以减少事故时停电的范围。4）变压器最好不并列运行，以减少触电的危险性（由于变压器并列运行时，电网电容电流较大），以及当发生事故时减小停电的范围。,过渡页,第127页,第二节供电系统与结线方式,第一章,5）采煤机组与下顺槽运输机宜采用单独电缆供电；自工作面配电点到各个动力设备宜采用辐射式供电；上山及下顺槽运输机宜采用干线式供电。6）配电点起动器在三部以下者，一般不设配电点进线自动开关。7）工作面配电点最大容量电动机用的起动器应靠近配电点进线，这样可以减少起动器间连接电缆的截面。8）绞车一般多在绞车房设置变压器供电；上山运输机多在上山入口处设置变压器供电；9）供电系统应尽量避免回头供电。供电系统是用单线图画出。图中应标出开关、起动器、变压器、动力设备的型号、容量或电流等。另外，并应标出所选用的电缆型号、截面、芯线数目及长度等。,过渡页,第128页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,一.电力系统的中性点运行方式中性点：三相发电机或变压器副边绕组中有一点，此点与外部各接线端间电压绝对值相等，此点称为中性点。常用符号N表示。正常情况下的发电机或变压器副边三相绕组的星形连接点即为中性点。,过渡页,第129页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,中性点运行方式：1中性点不接地（绝缘）方式；2中性点经阻抗接地；3中性点直接接地方式。1、2也统称为小接地电流系统、中性点非有效接地系统。3也称大接地电流系统、中性点有效接地系统。我国366kV系统：一般采用中性点不接地运行方式。当单相接地电流大于一定数值时（310kV系统30A，2066kV系统10A），应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。我国110kV及以上系统：中性点直接接地方式。低压220/380V三相四线制系统采用中性点直接接地方式。,过渡页,第130页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,1.中性点不接地方式电源中性点不接地的电力系统在正常运行时的电路图和相量图，如图1-23所示。,过渡页,第131页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,如图1-23b所示。系统正常运行时：三相相电压UA、UB、UC是对称的；三相的对地电容电流也是对称的；三相的电容电流的相量和为零，地中没有电流流动。各相的对地电压，就等于各相的相电压。,6/5/2020,中性点不接地系统发生单相直接接地故障时的等效电路与向量图,过渡页,第133页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,当C相接地时，系统的接地电流（电容电流）IC应为A、B两相对地电容电流之和。因此（1-1）IC在相位上超前UC90；在量值上，由于（1-2）即单相接地时的电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。,过渡页,第134页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,过渡页,第135页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,线路对地电容C难以准确确定，因此难以精确计算IC0和IC。中性点不接地系统的单相接地电容电流计算经验公式：（1-3）IC系统的单相接地电容电流（A）；UN系统的额定电压（kV）；lohUN下有电气联系的架空线路总长度（km）；lcabUN下有电气联系的电缆线路总长度（km）。当系统发生不完全接地（即经一定的过渡电阻接地）时，故障相的对地电压值将大于零而小于相电压，而其他两非故障相的对地电压值大于相电压但小于线电压，接地电容电流IC值也较式（1-3）计算值略小。,过渡页,第136页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,必须指出：中性点不接地系统发生单相接地故障时，电网三相线电压的相位和量值均不变，三相用电设备可正常运行。但在单相接地故障下长期运行，若再有一相发生接地故障就会形成两相接地短路，这是不允许的。因此规定，中性点不接地系统发生单相接地故障时，允许继续运行2小时。经过2小时故障仍未消除，应该切断故障线路。中性点不接地系统中应装设专门的单相接地保护或绝缘监视装置。发生单相接地故障时，发出报警信号，提醒供电值班人员注意，及时处理。煤矿井下发生单相接地故障会危及人身安全或引起瓦斯煤尘爆炸事故，不允许带故障运行，而应立即动作于跳闸。,过渡页,第137页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,2.中性点经消弧线圈接地方式在中性点不接地系统发生单相接地时，如果接地电流较大，将出现断续电弧，这就可能使线路发生电压谐振现象，使线路上出现可达线路相电压的2.53倍的过电压，导致线路上绝缘薄弱点的绝缘击穿。为防止单相接地时接地点出现断续电弧，避免引起过电压，在单相接地电流大于一定值（310kV系统中接地电流大于30A，煤矿安全规程规定610kV电网接地电流大于20A，20kV及以上系统中接地电流大于10A）的电力系统中，电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。,6/5/2020,图1-25单相接地时的中性点经消弧线圈接地系统,过渡页,第139页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,消弧线圈：铁心线圈式电抗器，其电阻很小，感抗很大，利用电抗器的感性电流补偿电网的容性接地电流，使总接地电流减小，消除单相接地故障点的电弧。当系统发生单相接地故障时，接地电流是接地电容电流IC与流过消弧线圈的电感电流IL之和。由于IC超前UC90，而IL滞后UL90，IL与IC在接地点互相补偿。当IL与IC的量值差小于发生电弧的最小生弧电流时，电弧就不会发生，避免出现谐振过电压。,过渡页,第140页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,中性点经消弧线圈接地系统中，与中性点不接地的系统一样，允许在发生单相接地故障时短时（一般规定为2h）继续运行，但保护装置要及时发出单相接地报警信号。运行值班人员应抓紧时间查找和处理故障；在暂时无法消除故障时，应设法将负荷特别是重要负荷转移到备用电源线路上去。如果发生单相接地危及人身和设备的安全时，则保护装置应动作于跳闸。中性点经消弧线圈接地系统，在单相接地时，其他两相对地电压也要升高到线电压，即升高为原对地电压的倍，因此系统中的供用电设备的绝缘应按线电压考虑。,过渡页,第141页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,3.中性点直接接地方式发生单相接地时会形成单相短路k(1)，单相短路电流Ik(1)很大，应动作于跳闸，切除短路故障。,过渡页,第142页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,中性点直接接地系统发生单相接地时，完好相的对地电压不会升高，供用电设备的绝缘只需按相电压考虑，而无需按线电压考虑。因此，我国110kV及以上的高压供电系统中性点通常都采取直接接地的运行方式。现代城市10kV电网广泛以电缆线路取代架空线路，单相接地电容电流很大，中性点经消弧线圈接地方式也难以完全消除接地电弧，无法有效抑制谐振过电压。因此有的大城市10kV系统采取中性点经低阻接地运行方式，它接近中性点直接接地方式，必须装设动作于跳闸的单相接地故障保护，切除故障线路同时系统备自投装置动作，恢复对重要负荷的供电，有很高的供电可靠性。,过渡页,第143页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,二.低压配电系统的中性点接地方式1.低压配电系统有关的概念（1）N线、PE线、PEN线我国220/380V低压配电系统采用中性点直接接地方式，且引出有中性线N、保护接地线PE或保护中性线PEN。中性线（N线）作用1：连接额定电压为系统相电压的单相用电设备，2：传导三相系统中的不平衡电流和单相电流，3：减小负荷中性点的电位偏移。保护接地线（PE线）为保障人身安全、防止发生触电伤亡事故而设置的保护接地线。将系统中所有电气设备的外露可导电部分通过PE线接地。保护中性线（PEN线）兼有N线和PE线的功能。,过渡页,第144页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,（2）TN系统、TT系统和IT系统低压配电系统按中性点运行方式及保护接地形式的不同分为TN系统、TT系统和IT系统。第一个字母表示电源中性点接地方式T：直接接地I：不接地或通过阻抗接地；第二个字母表示电气设备外露可导电部分与地的关系T：电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点N：电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接。,过渡页,第145页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,2.TN系统中性点直接接地的低压配电系统，所有设备的外露可导电部分均接公共保护接地线（PE线）或公共保护中性线（PEN线）的形式称为TN系统。接公共PE线或PEN线的保护接地方式习惯称为“保护接零”。TN系统类型：TN-C系统TN-S系统TN-C-S系统,过渡页,第146页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,（1）TN-C系统将PE线和N线合并，由一根导体同时承担两者功能，即PEN线。在用电设备处，PEN线既连接到负荷中性点上，又连接到设备外露的可导电部分。,过渡页,第147页,第三节电力系统中性点运行方式,第一章,TN-C系统特点：设备外壳带电时：形成单相短路，使熔丝熔断或自动开关跳闸，故障设备断电，比较安全。三相负载不平衡时：PEN线上有不平衡电流，对地有电压，造成电器设备金属外壳带电，同时对周围设备有电磁干扰。PEN线断线时：发生漏电故障时，会使断线后保护接零设备外壳带有相电压。设备相线和零线接反时：设备外壳、PEN线带有相电压。系统干线上使用漏电断路器时：工作零线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电开关合不上闸，而且工作零线在任何情况下不能断线。实用中工作零线只能在漏电断路器的上侧重复接地。TN-C系统弊端较多，现在已很少采用，尤其是在民用配电中已不允许采用TN-C系统。,过渡页,第148