第一章-矿山供电系统

矿山供电技术,汾西矿业集团员工学校,本课程主要介绍矿山供电的主要基础知识，系统的讲述：,1.矿山供电系统2.供电系统的负荷计算3.短路电流及其计算4.供电线路5.电器设备及其选择6.供电系统的继电保护7.过电压及其防护8.井下供电9.矿井供电安全10.采区供电,电能的作用,电能的优点,第一章,电力系统的基本概念电力系统的电压矿山对供电系统的基本要求供电系统的接线方式供电系统中性点的运行方式,电力系统的组成,发电系统、供电系统和用电系统共同组成电力系统。由发电机、升压和降压变电所，送电线路以及用电设备有机连接起来的整体，即称为电力系统。电力系统中，由升压和降压变电所和各种不同电压等级的送电线路连接在一起的部分，称为电力网。电力系统的任务是生产、变换、输送、分配和消费电能。,发电系统-供电（输、配电）系统-用电系统发电厂（站）-电力网、变电所-电力负荷发电机-高、低压电网等-电动机等,发电厂（站）,将一次能源转换为电能。一次能源包括：煤炭、石油、天然气、水能、原子核能、风能、太阳能、地热、潮汐能等。我国一次能源主要是：煤炭、水力和原子能。,变电站（所）,变电站（所）：变换电能电压和接收电能与分配电能的场所，是联系发电厂和用户的中间枢纽。主要由电力变压器、母线和开关控制设备等组成。凡是把交流电能变换成直流电能的变电站称为变流站。若仅只有配电设备而无电力变压器则称为开闭所或配电站。,变电站（所）,变电所有升压和降压之分。升压变电所：多建在发电厂内，把电能升高后，再进行长距离输送。降压变电所：变电站（所）多设在用电区域，将高压电适当降低电压后，对某地区或用户供电。,变电所主要设备及符号,电力网（电力线路）,电力网：是输送电能和分配电能的通道。它将发电厂、变电站和用户联系起来。可分为：低压电网：电压在1kV以下中压电网：1kV-10kV高压电网：10kV-330kV超高压电网：330kV-1000kV特高压电网：1000kV以上,典型电力系统图,工业企业供电系统,组成：企业降压变电站、高压配电线路、车间变电站、低压配电线路、用电设备功能：1、企业降压变电站：把35110kV电压降为610kV电压，向车间变电站供电2、车间变电站：将610kV高压配电电压降为220/380V，供电范围500m以内3、高低压配电线路：分别向高低压用电设备输送、分配电能，一般用架空线路，特殊场合用电缆。,典型电力系统图电气设备符号,发电机G电力变压器T母线及引出线WB断路器QF负荷开关QL隔离开关QS,发电机G,电力变压器T,母线及引出线WB,断路器QF,负荷开关QL,隔离开关QS,典型电力系统图电气设备符号,熔断器F,电压互感器PT,电流互感器CT,阀型避雷器F,电抗器L,电容器C,电缆终端头X,供配电系统的组成,由一次设备和二次设备组成：一次设备：指直接生产、输送和分配电能的设备。包括变压器、高压断路器、隔离开关、电抗器、并联补偿电力电容器、电力电缆、送电线路、母线等。又称为一次部分。由这些设备构成的电路称为变电所的主电路或主接线或一次接线。二次设备：对一次设备的工作状态进行监视、测量、控制和保护的辅助电气设备称为二次设备。包括测量仪表、控制与信号回路、继电保护装置、制动装置以及远动装置等。又称为二次部分。这些设备通常由电压互感器、电流互感器、蓄电池组或低压电源供电，它们相互间所连接的电路称为二次回路或二次接线。,电力系统的电压,电气设备的额定电压，就是能使电气设备长期运行时获得最好经济效果的电压。用电设备用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。发电机发电机的额定电压一般比同级电网的额定电压高出5%，用于补偿线路上的电压损失。,电力系统的电压,变压器的一次绕组：相当于是用电设备，当一次绕组与电力线路相连时，一次绕组的额定电压与电力网额定电压相同。,注意：但当变压器一次绕组直接与发电机相连时，变压器一次绕组的额定电压与发电机额定电压相等。,变压器的二次绕组对于用电设备而言，相当于供电设备。第一种情况：比用电设备额定电压高10%第二种情况：比用电设备额定电压高5%,其中5%用于补偿变压器满载供电时，一、二次绕组上的电压损失；另外5%用于补偿线路上的电压损失，因此适用于变压器供电距离较长时的情况。,当变压器供电距离较短时，可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可。,例题,电力系统的电压,表1.1我国交流电网和电力设备的额定电压,电力系统的电压,线路的平均额定电压电网电压习惯用线路的平均额定电压来表示。线路平均额定电压指电网始端的最大电压和末端受电设备额定电压的平均值Uav,一般为电网额定电压的1.05倍,该值在短路电流计算中应用。,矿山对供电系统的基本要求,供电安全供电安全是指在电能的分配、输送、使用过程中，不发生人身触电事故和设备运行事故，不引起火灾和爆炸事故。供电可靠供电可靠就是要求供电不间断。供电质量对于用户而言，良好的供电质量是指在电压偏移不超过额定电压的5，频率偏移不超过（0.2-0.5）HZ，正弦交流电的波形畸变极限值在3-5的允许范围之内。供电经济供电经济就是在确保供电安全、可靠、保证供电质量的前提下，尽量减少基本建设投资，降低系统运行费用，减少有色金属的消耗量。,矿山电力负荷的分级,供电系统的接线方式,对供电系统接线方式的要求1、供电可靠针对不同类别的电力负荷应采用不同的接线方式，以保证各类负荷不同的可靠性要求。2、操作方便、运行灵活供电系统的接线方式应当简化接线，减少供电层次和操作程序，使系统运行灵活、切换方便，有利于正常运行和发生故障时的操作与检修。3、经济合理在满足用户要求的前提下，接线方式应力求简单，以减少设备投资和运行费用。4、便于发展接限方式应方便供电系统未来的发展，同时也能适应分期建设的需要。,供电系统的接线方式,配电网接线方式：是指高低压配电线路与变电所各类高压电器之间的连接关系，它与电网的运行情况有关。供电系统常用的典型配电方式分为放射式树干式环式,1.放射式,放射式接线是指由变配电所高压母线上引出的一回线路，直接向一个变电所或高压用电设备供电，沿线不分接其他负荷。优点：供电可靠性较高，故障发生后影响范围小。继电保护装置简单且易于整定。便于实现自动化。运行简单，切换操作方便。缺点：一旦线路或开关设备发生故障，由该回路供电的负荷将中断供电且难以恢复。配电线路和高压开关柜数量多，投资大。,1.放射式,2.树干式,树干式接线是指由变配电所高压母线上引出的每路高压配电干线上，沿线分接了几个车间变电所或负荷点的接线方式。这种接线从变配电所引出的线路少，高压开关设备相应用得少。配电干线少可以节约有色金属，但供电可靠性差，干线故障或检修将引起干线上的全部用户停电。所以一般干线上连接的变压器不得超过5台，总容量不应大于3000kVA。,树干式单树干,双树干式,3.环式,环式接线其实是树干式接线的改进，两路树干式线路连接起来就构成了环式接线。这种接线运行灵活，供电可靠性高。当干线上任何地方发生故障时，只要找出故障段，拉开其两侧的隔离开关，把故障段切除后，全部线路可以恢复供电。由于闭环运行时继电保护整定比较复杂，所以正常运行时一般均采用开环运行方式。,3.环式,变电所的主接线,变电所的主接线有多种方式，常用的方式有：线路变压器组结线单母线分段结线桥式结线,变电所的主接线,1、线路变压器组结线线路变压器组结线由一条电源线路和一台变压器组成。线路变压器组结线中，变压器高压侧的进线开关有三种形式：进线开关为隔离开关适用线路短，变压器容量小的情况。进线开关为熔断器适用线路长，容量小。如：农村、小型企业。进线开关为断路器适用线路长，容量大。如：大、中型煤矿企业。,变电所的主接线,2、单母线分段单母线分段制在可靠性和灵活性方面较单母线制有所提高，基本可满足一、二类负荷用户要求。当双回路同时供电时。母线分段开关通常是打开的，一条回路故障或一段母线故障将不影响另一段母线的正常供电。检修亦可采用分段检修方式，不致使全部负荷供电中断。在用户供电系统中，一般采用“分”的方式。单母线分段的缺点：某分段上的母线、母线分段开关发生故障或检修时，电源只能通过一回进线供电，供电功率较低，从而使部分用户停电。当分段上进行检修时，该段重要用户失去备用,变电所的主接线,变电所的主接线,3、桥式结线,桥：图中的QF3,将两条线路和变压器连接在一起，互相备用，形似桥。QF3与线路的断路器QF1,QF2位置的不同，分为内桥、外桥和全桥三种。,内桥,外桥,全桥,外桥结线,优点：对变压器的切换方便。缺点：倒换线路时操作不方便，变电所一侧无线路保护。范围：这种结线适用于进线短而倒闸次数少的变电所；或变压器采取经济运行需要经常切换的终端变电所；以及可能发展为有穿越负荷的变电所。,内桥结线,优点：倒换线路时操作方便。缺点：操作变压器不如外桥方便。范围：适用于进线距离长，变压器切换少的终端变电所。,全桥结线,全桥结线适应性强，对线路、变压器的操作均方便，运行灵活。缺点：设备多、投资大，变电所占地面积大。,矿井供电系统,矿井供电方式的决定因素：井田范围、煤层开采深度、开采方法、年产量、涌水量、负荷大小以及生产的机械化和电气化程度等综合因素矿井供电系统的形式：深井供电和浅井供电两种形式深井供电：A、特点：设立中央变电所。B、决定因素：煤层深，井下负荷大、涌水量大等C、组成：地面变电所、井下中央变电所和采区变电所。D、供电回路数：两路或两路以上。,供电系统中性点运行方式,中性点的运行方式指的是供电系统中发电机或变压器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，直接影响到电网运行中的绝缘水平、电压等级、供电可靠性、线路的保护方法、对通信系统的干扰、人身安全和经济问题，需要进行综合比较分析。,中性点运行方式的种类,1、中性点绝缘（不接地）方式2、中性点经消弧线圈接地方式3、中性点直接接地（又称为有效接地）方式,中性点运行方式的种类,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,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。（容易造成两相短路。）,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。接地处有接地电流流过，会引起电弧。高温的电弧可能损坏设备，甚至导致相间短路，尤其在电机或电器内部发生单相接地出现电弧时最危险。,单相接地故障对电网的影响,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。,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3-10kV电网单相接地电流小于30A，35kV及以上电网小于10A。因此，中性点不接地方式对高电压、长距离输电线路不适宜。,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。,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