煤矿供电技术PPT课件

.,1,煤矿供电技术,.,2,第一章、煤矿供电系统,电力是现代化矿山生产的主要能源，煤矿的电气化为煤矿生产过程的机械化和自动化创造有利条件。现代化矿井设备无不以电能作为直接和间接的动力，矿井的照明、通讯和信号也都使用电能，因此对矿井企业进行可靠、安全、经济、合理的供电，对提高经济效益及保证安全生产等方面具有十分重要的意义。,.,3,交流发电机(G),.,4,电力变压器(T),.,5,断路器(QF),隔离开关(QS),.,6,熔断器(FU),刀开关(QK),.,7,熔断式开关(Q),.,8,电压互感器(TV),电流互感器(TA),.,9,电容器(C),电抗器(L),.,10,学习要求1.一般掌握：典型电力系统的组成及有关的基本概念、矿山供电系统中的电气设备额定电压的确定、矿山电力负荷及计算、矿用变压器的选择。2.熟练掌握：电力负荷分级及对供电系统的要求、供电系统的连接方式、矿山供电系统。,.,11,第一节、煤矿供电概述,一煤矿企业对供电的基本要求二电力负荷的分类三电力系统四供电系统各种接线方式五变电所接线,.,12,一、煤矿企业对供电的基本要求,1.供电可靠：煤矿供电必须连续，不能中断。2.供电安全：就是指电能的分配供应和使用过程中确保人身安全，设备安全，矿井安全。3.供电质量：要求供电质量方面有稳定的频率和电压，电压和频率是衡量电能质量的重要指标。4.供电经济：供电系统简单、设备的选型合理、安装操作方便、基本建设投资和运行费用低，从而节约开支、降低成本，提高经济效益。,.,13,二、电力负荷的分类,电力负荷的分级：根据不同负荷对供电可靠性的要求分三级。一级负荷：采用两个独立电源的双回路）供电。二级负荷：采用两回线路供电。三级负荷：不属于一、二级负荷的所有用电设备，对供电无特殊要求，一般采用单一回路供电。,.,14,1）、一级负荷,对突然中断供电将造成生命危害、导致重大设备破坏且难以修复、打乱复杂生产过程并使大量产品报废，给国民经济造成重大损失的负荷为一级负荷。如矿井的通风、排水、提升（载人）等负荷。对属于一级负荷的设备，为使其可靠运行，必须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。,.,15,指突然中断供电时将造成大量减产，产生大量废品，大量原材料报废，使工业企业内部交通生产停顿的负荷为二级负荷。如矿井的地面空压机、提升运输运设备、井底车场的整流设备等。,2）、二级负荷,.,16,3）、三级负荷,凡中断供电不会在经济上或其他方面造成较大影响者，为三级负荷。负荷有：机械修理厂、生活福利设施等。此类负荷一般对供电可靠性无特殊要求，不需要备用电源和设备,一般采用无备用系统结线方式。,.,17,三、电力系统,1、电力系统的概念：是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、变电、配电和用电的整体。,图1一个简单的电力系统,.,18,2、电力网：是指在电力系统中，变电所与各种不同电压的电力线路组成的网。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。根据电压等级的不同，电力网可分为：低压电网：1.2kV及以下高压电网：3kV330kV超高压电网：330kV1000kV特高压电网：1000kV以上,.,19,1）.额定电压：是指发电机、变压器和电气设备等在正常运行时具有最大经济效益时的电压。2）.额定电压等级：由国家规定的各种标准额定电压。作用：便于各种电力设备生产制造标准化和系列化。,3、电力系统的额定电压,.,20,.,21,电气设备额定电压的确定我国国家标准规定：一般供电设备的额定电压应高出系统和用电设备的额定电压的5，用以补偿正常负荷时线路上的电压损失，使设备获得近似额定的电压。受电设备的额定电压与系统额定电压相对应。,四、供电系统各种结线方式分类,基本概念供电系统结线：是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。结线方式按布置方式分：放射式、干线式、环式、双电源（独立）供电式按运行方式分：开式网络、闭式网络按可靠性分：无备用网络、有备用网络,1）放射式单回放射式：是在上一级降压站（变电所）的馈出母线上引出多条回路，直接向下级降压站（变电所）或用电设备供电。各条引出线之间无联系，其沿线不分支接其他负荷。系统简单、运行维护方便；缺点是使用的开关、线路多，供电可靠性差。,.,25,2）干线式供电,直接联络式：从一路高压配电干线上直接引出分支线向用户供电，分支线一般不超过5，且配电变压器容量不超过3000kVA。一般适用于架空线上对三级负荷分散用户供电，也可用于井下电缆线路对多台顺槽输送机供电。优点：回路少，高压配电装置数量减少、造价低。缺点：当公用干线故障全部断电，可靠性较差。,.,26,直接树干式接线方式,.,27,Titleinhere,3）环状式接线,这种接线一般是在同电压之间的变电所构成环形，每个变电所都有两路进线，当其中一路发生故障时，可由另一路线路供电，因而具有可靠性高、运行灵活的特点，适用于一、二级负荷的供电系统。但环形供电线路的导线截面是按故障情况下能承担环网全部负荷考虑，故有色金属材料用量较多。,.,28,环状式接线,.,29,五、变电所结构,一、变电所常用一次结线方式：桥形结线: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,.,30,线路变压器组结线依据其容量的大小、二次出线数的多少主要有三种形式：1）进线为隔离开关（二次回路必须装断路器）2）进线为跌落式熔断器（二次回路必须装断路器）3）进线为断路器,1、线路变压器组结线,.,31,线路-变压器组结线,.,32,对具有两回电源进线、两台变压器的变电所，可采用桥式结线。“桥”为一条由断路器和隔离开关组成的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”。,2、桥式结线,.,33,跨接桥在变压器断路器QF1和QF2的外线路侧，进线回路只有隔离开关。对变压器的切换操作方便，对电源进线操作不便。,（1）外桥式结线,.,34,跨接桥在变压器断路器QF1和QF2的靠变压器侧，变压器电源端只有隔离开关。提高对电源线路运行的可靠性和倒闸操作的灵活方便性。,（2）内桥式结线,.,35,具有适应性强，操作方便、运行灵活、可靠性高等优点，但使用设备多、占地面积大、投资高，故用于供电可靠性要求较高的变电所。对于电压在35kV、容量在7500kVA以上，或电压为110kV、容量在31500kVA以上的变压器，当隔离开关切断空载电流能力不足时采用。,（3）全桥式结线,.,36,二、变电所常用二次结线方式：单母线、双母线、单母线加旁母1）单母线：进出线均有断路器以及与母线相连的母线隔离开关，与负荷线路相连的线路隔离开关。一般有单母线不分段和单母线分段两种典型结线。,.,37,单母线不分段特点：母线系统故障或检修须全线路断电。结构简单，造价低，运行不够灵活可靠。适于小容量用户。,.,38,A.隔离开关分段（QS分段）适用由双回路供电、允许短时间停电的二级负荷B.断路器分段（QF分段）适用一级负荷较多情况，可切断负荷和故障电流。在采用断路器分段时，除能实现切断负荷或故障电流外，也可在继电保护下实现自动分合闸。在其中一条线路故障或需要检修时，可以将负荷转到另外一条线路，避免全部停电。在检修母线或电源故障时，不能避免故障母线用户的停电。为避免长时间停电，可以采用加装旁路母线或采用双母线解决。,（2）单母线分段,.,39,单母线分段结线图,.,40,第二节、煤矿（典型企业）供电系统,一大型企业35/610KV供电系统二具有一、二级负荷的车间（610）/4KV供电系统三矿井供电系统四井下变电所,.,41,三、矿井供电系统,矿井供电系统的选择，取决于矿区范围、煤层倾角、埋藏深度、设计年产量、开采方式、涌水量大小以及机械化、电气化程度等因素。,由矿井地面变电所、井下中央变电所、采区变电所、工作面配电点按照一定方式相互连接起来的一个整体，称为矿井供电系统。,煤层埋藏深度大于150m时应采用深井供电系统，小于150m时应采用浅井供电系统。,.,42,1、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。1）特征：*高压电能用电缆送到井下，并直接送到采区。2）一般模式：*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,.,43,.,44,.,45,2、浅井供电系统,对矿层埋藏不深（距地表100200m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）特征：*采区用电是从地面向井下钻眼来提供的。2）一般模式：依据用电情况和井深，从供电的技术经济合理考虑有三种模式（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610kV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。（高压电能不下井）,.,46,2）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。（井底车场高压供电）（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。（井下均为高压供电）,.,47,三、井下变电所,1）尽量位于负荷中心，节省电缆并减少电能损耗电压损失。2）电缆进出线和设备运输要方便，以便安装敷设电气设备。3）变电所通风要良好，以便散热和降低瓦斯浓度。4）变电所顶底板要坚固，无淋水，以防电气设备受损、受潮。,它是井下供电的枢纽，担负着向井下供电的重要任务。,1、井下中央变电所,.,48,（1）位置选择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，并与中央水泵房相邻。,.,49,1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,.,50,（2）硐室要求,A.硐室用非燃性材料支护，尺寸取决于硐室内的电气设备的数量、大小及它们之间的通道，并考虑留有20的余地。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。,.,51,C.泵房应有单独通至巷道的通路，在通道设向外开的栅栏防火两用门。硐室长超过30m时，应在中间增设一个出口。硐室内温度不应超过35。硐室地面应高出其出口大巷的底板标高0.5m。从硐室出口的防火门起，5m内的巷道采用非可燃性材料支护。,.,52,2、井下采区变电所,采区变电所接受中央变电所的高压电能，变换电压，配出高低压电能。,采区变电所的主接线应根据电源进线回路数、负荷大小、变压器台数等因素确定。单电源进线。单电源进线适用于负荷小的工作面、炮采工作面。双电源进线。双电源进线适用于有综采工作面或下山采区有排水泵的采区变电所。,.,53,（1）位置确定原则位于负荷中心，并保证向采区内最远距离、最大容量设备供电。一个采区尽量采用一个采区变电所位置。尽量设在顶底板稳定、无淋水的地点。通风、运输方便。,.,54,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。,.,55,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,.,56,(2)设备布置,在进行设备布置时，应将变压器和配电装置分开布置，高、低压配电装置分开布置。,设备和墙壁之间、各设备之间应留有足够的维护与检修通道，完全不需要从两侧或后面维护检修的设备，可互相紧靠和靠墙放置。考虑发展余地，变电所的高压配电设备的备用位置应按设计最大数量的20%考虑，且不少于两台。低压设备的备用回路，也按最多馈出回路数的20%考虑。,.,57,矿井井下主变电所电气设备设置示意图,.,58,第二章、负荷计算与变压器选择,目的：就是为了正确地选择矿山各级变电站的变压器容量，各种电器设备的型号、规格及供电网所用导线的型号等提供科学依据。矿山负荷计算主要包括以下三方面：求计算负荷，或称需用负荷。目的是为了合理地选择矿山各级变电站的变压器容量和电气设备的型号等。求尖峰电流。用于计算电压损失和电压波动，选择熔断器和保护元件等。求平均负荷。用来计算矿山电能需要量、电能损耗，选择无功补偿装置等。,.,59,一、负荷曲线定义：负荷曲线是表示电力负荷随时间变化情况的一种图形，它绘制在直角坐标纸上，纵坐标表示负荷（有功负荷或无功负荷），横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）分类：负荷曲线按负荷对象分，有矿山的、车间的和某用电设备组的负荷曲线；按负荷的功率性质分，有有功负荷曲线和无功负荷曲线；按所表示负荷变动的时间分，有年负荷曲线、月负荷曲线、日负荷曲线和工作班的负荷曲线。,第一节、煤矿企业负荷计算,.,60,日负荷曲线代表用户一昼夜（24h）实际用电负荷的变化情况。日有功负荷曲线,.,61,年负荷曲线，代表用户全年(8760h)内用电负荷的变化规律。,年负荷曲线的绘制,.,62,年每日最大负荷曲线：按全年每日的最大负荷(一般取为每日最大负荷的半小时平均值)绘制,.,63,二、有关负荷计算的几个物理量1、年最大负荷和年最大负荷利用小时年最大负荷，就是全年中负荷最大的工作班内(这一工作班的最大负荷不是偶然出现的，而是全年至少出现过23次)消耗电能最大的半小时的平均功率。分别用符号Pmax、Qmax和Smax表示年有功最大负荷、年无功最大负荷和年视在功率最大负荷。年最大负荷利用小时是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，用符号Tmax表示。,.,64,年最大负荷利用小时是反映矿山电力负荷是否均匀的一个重要指标。它在计算电能损耗和电气设备选择中均要用到。Tmax与矿山的生产班制有较大的关系。2平均负荷和负荷系数平均负荷就是电力负荷在一定时间内消耗功率的平均值，也就是电力负荷在这段时间内消耗的电能除以这段时间t，分别用符号Pav、Qav和Sav表示平均有功负荷、无功负荷和视在负荷。即：,.,65,对于年平均负荷，t取8760h。因此，年平均负荷为,负荷系数Klo，是平均负荷Pav与最大负荷Pmax的比值，即：,负荷系数也称负荷率，又叫负荷曲线填充系数，它是表征负荷变化规律的一个参数，其值愈大，则负荷曲线愈平坦，负荷波动愈小。从发挥整个供电系统的效能来说，应尽量设法使矿山不平坦的负荷曲线“削峰填谷”，这就是供电系统在运行中应该实行的负荷调整。,.,66,对用电设备来说，负荷系数就是设备在最大负荷时的输出功率P与设备额定容量PN的比值，即：3需用系数和利用系数需用系数Kde是用电设备组实际从电网吸收的最大负荷与该用电设备组的额定总容量的比值。即,.,67,利用系数Kc是用电设备组实际从电网吸收负荷的平均值与该用电设备组额定容量的比值。PN用电设备组的额定总容量，kW。4尖峰负荷和低谷负荷在一昼夜间用户出现的最大负荷，称为尖峰负荷，出现的最小负荷，称为低谷负荷。各行业用电特点的不同，出现尖蜂负荷和低谷负荷时间也不尽相同。,.,68,.,69,5计算负荷计算负荷是按发热条件选择导体和电器设备时所使用的一个假想负荷。通常规定取30min平均负荷最大值Pca、Qca和Sca作为该用户的“计算负荷”。,.,70,三负荷计算的方法经常采用的电力负荷计算方法有：需要系数法、二项系数法、利用系数法、单位电耗法和单位面积功率法等(一)需用系数法1.需用系数的含义设该组用电设备有n台电动机，其额定总容量为PN（kW）。则当此用电设备组满载运行时，需从电网接用容量,PjN用电设备组从电网吸收的容量，kW；,.,71,n台电动机的加权平均效率。同时运行系数Ksi,.,72,定义Klo为电动机的加权平均负荷系数考虑到用电设备组在运行时，供电线路上也会引起一些功率损耗，它也必须由电网提供，于是,.,73,由上式得用电设备组的需用系数为：供电线路效率，一般为0.950.98。需用系数是与用电设备组的平均加权负荷系数Klo、同时运行系数Ksi、电动机的加权平均效率以及电网供电线路效率l等系数有关。需用系数Kde值小于1,一般取0.95左右。,.,74,2.需用系数法（1）用电设备组计算负荷的确定需用系数法是一种借助于一些统计数据，通过计算手段，由各用电设备的额定功率求取计算负荷的方法，该法所使用的公式为：,.,75,第二节、功率因数及其补偿电容器,功率因数：在交流电路中，电压与电流之间的相位角（）的余弦叫做功率因数，用符号cos表示，在数值上功率因数是有功功率P和视在功率S的比值，既cos=P/S。,.,76,一、功率因数及对功率因数的要求功率因数：有功功率与视在功率的比值，用表示。三相电网功率计算公式：,.,77,电力系统中的功率因数一般采用一定时间段内的有功电度数与视在功率电度数（有功电度数与无功电度数的平方和再开方）的比值作为参考值。功率因数在01之间。功率因数越接近1越好。,一、功率因数及对功率因数的要求,.,78,功率因数过低会增加电源线路和矿内配电线路的功率损失。功率因数过低会增加电网末端的电压损失，使负荷电压质量下降。功率因数过低会使电气设备的容量不能充分利用。如对一定容量的变压器，功率因数越低，其能输出的有功越小，能够带的负荷越少。,功率因数过低的危害*,.,79,电力部门对用户的功率因数有明确的规定，要求高压供电（6kV及以上）的工业及装有带负荷调压设备的用户，功率因数应在0.95以上；要求其他电力用户的功率因数应为0.90以上；农业用户要求0.80以上。煤矿企业总变配电所610kV母线上的功率因数要求在0.95以上。,.,80,二、提高功率因数的方法,提高功率因数一方面要尽量减少通过电力系统中向负荷提供的无功功率（采用就近供给无功），另一方面可以采取一定措施减少设备的无功功率消耗。提高用电设备本身的功率因数，即提高自然功率因数（1）尽量采用鼠笼式异步电机。因为鼠笼式电机结构紧密、气隙小、漏磁少，其功率因数比绕线式异步电机高。,.,81,（2）避免电动机与变压器的轻载运行。应力求使电动机在接近额定负荷下运行，变压器的负荷率也不宜低于50。（3）对不需要调速的大型设备，尽量采用同步电动机。同步电动机的功率因数可以达到1，并在过励磁条件下，可以向电网送入无功功率，减轻电网输送无功功率的负担