总工程师培训电气(陈南艳)

1、2012煤矿总工程师培训煤矿总工程师培训矿井供电矿井供电山西煤矿安全技术培训中心陈南燕二O一二年五月2010版版煤矿总工程师手册煤矿总工程师手册手册基本思路及侧重点手册基本思路及侧重点 煤矿总工程师手册矿井供电部分内容共煤矿总工程师手册矿井供电部分内容共4章，章，420页，页，28万字。由于供电技术发展较快，万字。由于供电技术发展较快，本次编写内容与原手册相比变化较大。本次编写内容与原手册相比变化较大。矿井供电整体分为三部分：矿井供电整体分为三部分：o第一部分（第第一部分（第1、2章）章） 介绍矿井供电的一般性结构和相关计算方法；介绍矿井供电的一般性结构和相关计算方法；o第二部分（第第二部分（

2、第3章）章） 主要是矿井供电地面部分涉及的内容；主要是矿井供电地面部分涉及的内容；o第三部分（第第三部分（第4章）章） 主要是矿井供电井下部分涉及的内容。主要是矿井供电井下部分涉及的内容。新手册的特色新手册的特色o兼顾原有体系、满足日常应用；兼顾原有体系、满足日常应用；o突出新兴问题、便于拓展应用；突出新兴问题、便于拓展应用；o介绍发展动态、提供改造思路。介绍发展动态、提供改造思路。主要内容主要内容 供电基础知识及供电系统供电基础知识及供电系统 矿井供电矿井供电计算计算 矿井地面供电矿井地面供电 矿井井下供电矿井井下供电矿井供电基础知识矿井供电基础知识及供电系统及供电系统矿井供电基础知识及供电

3、系统矿井供电基础知识及供电系统 1矿井对供电的要求矿井对供电的要求 2矿井电压等级矿井电压等级 3矿井负荷分级及电源要求矿井负荷分级及电源要求 4. 变电所常用主接线形式变电所常用主接线形式 5. 电网中性点运行方式电网中性点运行方式 6. 电网监控电网监控 7. 数字化变电站数字化变电站 8. 矿井供电的特点矿井供电的特点 9. 煤矿电网可能存在的问题煤矿电网可能存在的问题6一、煤矿供电基础知识一、煤矿供电基础知识1矿井对供电的要求矿井对供电的要求 煤矿企业为电能的重要用户。由于煤矿生产煤矿企业为电能的重要用户。由于煤矿生产的特殊性，在供电上要求更为严格。其主要要的特殊性，在供电上要求更为严

4、格。其主要要求如下：求如下：供电可靠供电可靠 供电安全供电安全 保证充足的供电量保证充足的供电量 技术经济合理技术经济合理 2矿井电压等级矿井电压等级电压等级电压等级用途用途交交流流电电36V36V127V127V220V220V380V380V660V660V1140V1140V3 3、6 6、10kV10kV3535、60kV60kV110110、220220、330kV330kV以上以上矿用低压隔爆磁力起动器的控制矿用低压隔爆磁力起动器的控制回路及信号回路回路及信号回路井下照明、信号、煤电钻井下照明、信号、煤电钻地面照明、低压动力地面照明、低压动力地面或井下低压动力地面或井下低压动力井下

5、低压动力井下低压动力采区大型采煤机组等采区大型采煤机组等大型机械的电动机或输电大型机械的电动机或输电高压输电高压输电超高压输电超高压输电直直流流电电110110、220220、440V440V250250、550V550V4040、8080、110110、120V120V2.52.5、4V4V一般动力一般动力架线式电机车架线式电机车蓄电池电机车蓄电池电机车矿灯矿灯3矿井负荷分级及电源要求矿井负荷分级及电源要求负荷级别负荷及设备名称电源要求一级负荷1、井下有淹没危险环境矿井的主排水泵及下山开采采区的采区排水泵；2、井下有爆炸或对人体健康有严重损害危险环境矿井的主通风机；3、矿井经常升降人员的立井

6、提升机；4、抽放瓦斯设备（包括井下移动抽放泵站设备）；5、根据国家或行业现行有关标准规定应视为一级负荷的其他设备。 双独立电源供电；当一电源中断供电，另一电源不应同时受到损坏，且电源容量应至少保证矿山企业全部一级负荷电力需求 二级负荷1、主提升机（包括主提升带式输送机及煤水泵）；2、经常升降人员的斜井提升设备、副井井口及井底操车设备；3、主要空气压缩机；4、配有备用泵的消防泵，无事故排出口的矿井污水泵；5、地面生产系统、生产流程中的照明设备、铁路装车设备、矿灯充电设备、矿井行政通信及调度通信设备；6、单台蒸发量为4t/h以上的锅炉；7、井筒保温及其供热设备、有热害矿井的制冷站设备；8、综合机械

7、化采煤及其运输设备、井底水窝水泵、井下无轨运输换装设备；9、主井装卸载设备、大巷带式输送机、井下主要电机车运输设备；10、井下运输信号系统；11、矿井信息系统、安全监测及生产监控设备；12、运煤索道的驱动机13、根据国家或行业现行有关标准规定应视为二级负荷的其他设备两回电源线路供电；两回电源线路中的任一回中断供电时，其余电源线路宜保证供给全部二级负荷电力需求。三级负荷不属于一级和二级的矿井用电负荷。单回电源线路供电。4.变电所常用主接线形式变电所常用主接线形式接线方式接线图简要说明单母线优点：优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、占地少、便于扩建和采用成套配电装置。缺点：缺点：不够灵活可靠，任

8、一元件故障或检修时，均需要整个配电装置停电。适用范围：适用范围：单母线接线只适用于容量小、线路少和对二、三级负荷供电的变电所。分段单母线优点：优点：接线简单清晰、设备较少、操作方便、占地少和便于扩建和采用成套配电装置。当一段母线发生故障，可保证正常母线不间断供电，不致使重要负荷停电。缺点：缺点：当一段母线故障或检修时，操作时回路不停电。适用范围：适用范围：具有两回及以上电源线路或装有两台及以上变压器的变电所。常用在矿井变电所的610kV。双母线优点：优点：供电可靠性高、运行灵活。缺点：缺点：使用设备多、投资大、接线复杂、操作安全性较差。适用范围：适用范围：110kV线路为6回及以上时，或356

9、3kV线路为8回及以上时，或610kV线路为12回及以上时，可采用双母线。常用在矿井区域变电所的35-110kV。4.变电所常用主接线形式变电所常用主接线形式接线方式接线图简要说明内桥接线优点：优点：高压断路器数量少，占地少，四个回路只需三台断路器。缺点：缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运。适用范围：适用范围：适用于较小容量的发电厂；变压器不经常切换或线路较长、故障率较高的变电所。外桥接线优点：优点：高压断路器数量少，占地少，四个回路只需三台断路器。缺点：缺点：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运。变压器侧断路器检修时，变压器需

10、较长时期停运。适用范围：适用范围：适用于较小容量的发电厂，变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较少的变电所。4.变电所常用主接线形式变电所常用主接线形式接线方式接线图简要说明全桥接线优点：优点：适用性强、运行灵活、易于扩展成单母线分段式的中间变电所。缺点：缺点：设备多、占地面积大、投资大。适用范围：适用范围：线路变压器组(a) (b) (c)优点：优点：线路最简单、设备及占地最少。缺点：缺点：不够灵活可靠，任一元件故障或检修，均需整个配电装置停电。适用范围：适用范围：适用于一回电源线路和一台变压器的小型变电所。图（a）接线当有操作或继电保护等要求时，变压器一次侧装设断路器。图（b）接线对于系统

11、短路容量较小的不太重要的小型变电所。图（c）接线只适用于用电单位内部的35kV变电所，线路电源端的保护装置应能满足变压器保护要求。5.电网中性点运行方式电网中性点运行方式o 中性点的运行方式指的是中性点与大地中性点的运行方式指的是中性点与大地之间的连接关系。之间的连接关系。o 中性点运行方式的选择主要取决于单相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接地时电气设备的绝缘要求及供电可靠性。性。o 中性点运行方式的不同，直接影响到安中性点运行方式的不同，直接影响到安全和经济问题，需要进行综合比较分析。全和经济问题，需要进行综合比较分析。电网中性点运行方式的种类n大接地电

12、流系统大接地电流系统 1）直接接地，又称为有效接地）直接接地，又称为有效接地 2）经低阻接地）经低阻接地n小接地电流系统小接地电流系统 1）不接地，又称为中性点绝缘）不接地，又称为中性点绝缘 2）经消弧线圈接地）经消弧线圈接地 3）经高阻接地）经高阻接地电网中性点运行方式的种类关于煤矿电网中性点运行方式的规定关于煤矿电网中性点运行方式的规定煤矿安全规程煤矿安全规程第第443条规定：条规定： 严禁严禁井下配电变压器中性点直接接地。井下配电变压器中性点直接接地。严严禁禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直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。接向井下供电。 我国、苏联、西德等国井下

13、采用中性点不我国、苏联、西德等国井下采用中性点不接地系统；其它国家，如英国采用中性点经高接地系统；其它国家，如英国采用中性点经高电阻接地的系统或其它类型的接地系统。电阻接地的系统或其它类型的接地系统。 我国煤矿地面变电所一般采用我国煤矿地面变电所一般采用中性点不接中性点不接地系统地系统或或中性点经消弧线圈接地的系统中性点经消弧线圈接地的系统。 中性点不接地方式中性点不接地方式o 主要特点主要特点：单相接地电流小：单相接地电流小o 适用范围适用范围：3-10kV电网。因为在这类电网电网。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

14、少单相接地电流，从性点不接地方式可以减少单相接地电流，从而减轻其危害。而减轻其危害。o 分分 析析：单相接地电流，单相接地时的各：单相接地电流，单相接地时的各相对地电压相对地电压中性点不接地方式-正常运行1.三相对称，没有电流三相对称，没有电流在地中流过。在地中流过。2.中性点对地电位为中性点对地电位为03.各相对地电压等于相各相对地电压等于相电压。电压。4.其中其中C为电网对地电为电网对地电容（高压电网忽略电容（高压电网忽略电网对地绝缘电阻网对地绝缘电阻R）中性点不接地方式单相接地当发生金属性接地时，接地故障当发生金属性接地时，接地故障相对地电压为零。相对地电压为零。中性点对地的电压上升到相

15、电压，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。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非故障相对地电压由相电压升高为线电压。为线电压。三相的线电压仍保持对称且大小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，无须立即设备的工作并无影响，无须立即中断对用户供电。中断对用户供电。单相接地电流，等于正常运行时单相接地电流，等于正常运行时一相对地电容电流的三倍，为容一相对地电容电流的三倍，为容性电流。性电流。中性点不接地方式中性点不接地方式-单相接地电流单相接地电流 电网模型：假设电网三相对称，忽略电网对地

16、绝缘电电网模型：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。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。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。因而容易造成两相短路。对地电压变为线电压。因而容易造成两相短路。 单相接地电流单相接地电流CBCACBCACEUCjCUjCUjIII3)()(.CUIE3单相

17、接地故障对电网的影响n 单相接地时，由于线电压保持不变，使负荷电流不变，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。电力用户能继续工作，提高了供电可靠性。n 由于接地点的电弧或者由此产生的过电压可能引起故障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。扩大，发展成为多相接地故障。n 非故障相电压升高到线电压，所以在这种系统中，电气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。而相应地增加了投资。n 在中性点

18、不接地系统中，应装设交流绝缘监察装置，当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发生单相接地时，继续运行的时间不得超过2h，并要，并要加强监视。加强监视。o 由于煤矿井下巷道狭窄，空气潮湿，电气设备和电缆由于煤矿井下巷道狭窄，空气潮湿，电气设备和电缆的绝缘容易受潮，电缆也可能遭受脱落的岩石和煤块的绝缘容易受潮，电缆也可能遭受脱落的岩石和煤块砸坏，甚至被移动的机器设备等挤压。从而造成漏电砸坏，甚至被移动的机器设备等挤压。从而造成漏电和接地事故。据有关的统计

19、资料记载，在此情况下，和接地事故。据有关的统计资料记载，在此情况下，80%以上的电气短路故障都属于单相漏电和接地事以上的电气短路故障都属于单相漏电和接地事故。故。o 单相漏电和接地故障，有可能带来巨大的危害，如引单相漏电和接地故障，有可能带来巨大的危害，如引起人身触电，瓦斯煤尘爆炸和电气雷管先期爆发事故，起人身触电，瓦斯煤尘爆炸和电气雷管先期爆发事故，对通讯、控制线路产生电磁干扰。此外，单相间歇性对通讯、控制线路产生电磁干扰。此外，单相间歇性电弧接地还有可能产生过电压。线路对地电容与电感电弧接地还有可能产生过电压。线路对地电容与电感元件之间也有可能引起铁磁谐振过电压，使那些绝缘元件之间也有可能

20、引起铁磁谐振过电压，使那些绝缘薄弱环节相继击穿。同时，单相接地电弧又可能进一薄弱环节相继击穿。同时，单相接地电弧又可能进一步烧坏相间绝缘。所有这些都有可能造成相间短路，步烧坏相间绝缘。所有这些都有可能造成相间短路，引起电缆放炮或电气设备烧毁等严重事故。引起电缆放炮或电气设备烧毁等严重事故。 单相接地对煤矿的危害单相接地对煤矿的危害 中性点不接地系统适用范围o 单相接地电流与电网电压和电网对地电容有关。单相接地电流与电网电压和电网对地电容有关。o 对于短距离、电压较低的输电线路，因对地电容小，接地电对于短距离、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

21、小，对流小，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，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，要击穿设备绝缘，造成短路故障。为了避免发生间歇电弧，要求求6-10kV电网单相接地电流小于电网单相接地电流小于20A。o 因此，中性点不接地方式电缆供电距离比较长的煤矿不适宜。

22、因此，中性点不接地方式电缆供电距离比较长的煤矿不适宜。o煤矿安全规程煤矿安全规程第第457条规定：条规定： 矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地矿井高压电网，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；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。择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。o 中性点不接地的高压电网，接地电流主要成分中性点不接地的高压电网，接

23、地电流主要成分为电容电流，而矿井电网供电主要采用电缆线为电容电流，而矿井电网供电主要采用电缆线路，其对地电容大，造成单相接地电流大。路，其对地电容大，造成单相接地电流大。o 单相接地电流过大可能引起电气火灾和电雷管单相接地电流过大可能引起电气火灾和电雷管超前引爆等事故；超前引爆等事故；o 规程规定接地网上任一保护接地点的接地电阻规程规定接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过值不得超过2欧姆，为保证在发生单相接地故欧姆，为保证在发生单相接地故障时产生的接地电压不超过安全电压系列的最障时产生的接地电压不超过安全电压系列的最高值高值42V，则单相接地电流应限制在，则单相接地电流应限制在21A以下

24、，以下，故规程规定高压电网的单相接地电容电流不超故规程规定高压电网的单相接地电容电流不超过过20A；中性点经消弧线圈接地情况中性点经消弧线圈接地情况中性点经消弧线圈接地时电流向量图中性点经消弧线圈接地时电流向量图o 电容接地电流电容接地电流o 消弧线圈流过的电流消弧线圈流过的电流o 完全补偿的条件完全补偿的条件o 即有：即有：cUBCACII.CBCACBCACECUjUUCjIII3)()(.LUjjXUICLCL0LEII231CLLI 中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地o原理：单相接地电流主要是电容电流。如果能够在发生原理：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

25、全部抵消掉电容电流，则单相接地电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。流将大减小。方法就是在中性点处加入消弧线圈。o消弧线圈的工作原理：消弧线圈是一个具有铁芯的可调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（保证对地绝缘水平），电抗值可用改变线圈的匝数来调节。调节。o发生单相接地故障时，通过消弧线圈使接地处流过一个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

26、而减小、甚至抵消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。接地电流，消除接地电弧引发的问题，提高供电可靠性。消弧线圈的补偿方式消弧线圈的补偿方式o 完全补偿完全补偿o 消弧线圈提供的电感电流等于接地电容电流，接地处电流消弧线圈提供的电感电流等于接地电容电流，接地处电流为为0。o 易满足谐振条件，形成串联谐振，产生过电压。易满足谐振条件，形成串联谐振，产生过电压。o 欠补偿欠补偿o 电感电流小于接地电容电流，单相接地时接地电流为容性。电感电流小于接地电容电流，单相接地时接地电流为容性。o 因线路停电或系统频率降低等原因使接地电流减少，可能因

27、线路停电或系统频率降低等原因使接地电流减少，可能出现完全补偿。故一般也不采用。出现完全补偿。故一般也不采用。o 过补偿过补偿o 电感电流大于接地电流，单相接地电流为感性。电感电流大于接地电流，单相接地电流为感性。o 过补偿方式在电网中得到广泛使用。但过补偿程度要合适过补偿方式在电网中得到广泛使用。但过补偿程度要合适.o自动跟踪补偿自动跟踪补偿o 单片机或微机控制单片机或微机控制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的适用范围n 中性点经消弧线圈接地系统与不接地系统同样有着中性点经消弧线圈接地系统与不接地系统同样有着在发生单相接地故障时，可继续供电在发生单相接地故障时，可继续

28、供电2小时，提高小时，提高供电可靠性供电可靠性.n 电气设备和线路的对地绝缘应按线电压考虑电气设备和线路的对地绝缘应按线电压考虑.n 中性点经消弧线圈接地后，能有效地减少单相接地中性点经消弧线圈接地后，能有效地减少单相接地故障时接地处的电流，迅速熄灭接地处电弧，防止故障时接地处的电流，迅速熄灭接地处电弧，防止间歇性电弧接地时所产生的过电压，故广泛应用在间歇性电弧接地时所产生的过电压，故广泛应用在不适合采用中性点不接地的不适合采用中性点不接地的3-35kV系统系统。各种高压电网中性点运行方式比较序号中性点接地方式中性点不接地中性点经电阻接地中性点经消弧线圈接地消弧线圈并电阻接地中性点直接接地单相

29、接地电流大小大大小小最大人身触电危险大大减小减小最危险单相接地过电弧最高低较高低低单相接地保护实现容易容易难较复杂很容易保护接地安全性电容电流大时危险电容电流大时危险安全安全危险各种低压中性点运行方式比较接地类型IT系统TT系统TN-C系统TN-S系统TN-C-S系统接地方式中性点对地绝缘或经高阻接地中性点直接接地中性点直接接地并有中性线引出中性点直接接地并有中性线引出中性点直接接地并有中性线引出适用环境条件易发生单相接地故障的场所以及易燃易爆场所，没有中性线输出的纯动力用电处所广泛用于城镇、农村居民区、工业企业和由公用变压器供电的民用建筑中三相负载均衡，并有熟练的维修技术人员多用于对安全可靠

30、性要求较高、设备对电磁抗干扰要求较严、或环境条件较差的场所用于配电系统末端环境较差或有对电磁抗干扰要求较严的场所安全性一般较好较好较好好优点单线触电电流小，易于脱离；保护接地的保护效果很好能拟制高压线与低压线搭连或配变高低压绕组间绝缘击穿时低压电网出现的过电压故障时，单相短路电流可使短路保护装置动作，及时切除故障设备而避免触电事故的发生避免了TNC系统中由于中线断路会使断路点下接中性线设备外壳可能带电而增加触电可能性TNCS系统是对TNC系统和TNS系统的优缺点综合处理的一种接地型式缺点低压电网雷击时，触电的可能性和危害程度大；低、高压线路雷击时，配变可能发生正、逆变换过电压当发生中性线断路时

31、，可能使断路点下侧的所有接中性线的电器的外壳带电，增加人身触电可能由于增设了保护线而增加了投资6.电网监控电网监控o 指高压开关保护器全部更换成智能化综合保指高压开关保护器全部更换成智能化综合保护，以提高保护的可靠性，并在地面建立调护，以提高保护的可靠性，并在地面建立调度监控系统，对井下变电所进行远程监控，度监控系统，对井下变电所进行远程监控，构成全矿井下供配电系统的自动化监控系统构成全矿井下供配电系统的自动化监控系统o 实现视频、音频及系统监测监控三网合一，实现视频、音频及系统监测监控三网合一，全面完善煤矿井下供电系统的远程监控、调全面完善煤矿井下供电系统的远程监控、调度指挥的功能度指挥的功

32、能 功功 能能在地面进行井下供配电系统的电气量监测、信号量监视、在地面进行井下供配电系统的电气量监测、信号量监视、开关分合控制操作；开关分合控制操作；n通过地面调度监控工作站或在井下通过遥控器在线通过地面调度监控工作站或在井下通过遥控器在线调整保护定值，设定保护投退；调整保护定值，设定保护投退；n保护装置数字化，保护动作精度高、速度快，可靠保护装置数字化，保护动作精度高、速度快，可靠性高；性高；n事件顺序记录和故障录波功能；事件顺序记录和故障录波功能；n报表打印。报表打印。 提高供电系统保护可靠性，缩小事故影响范围，缩短提高供电系统保护可靠性，缩小事故影响范围，缩短事故影响时间，为井下变电所无

33、人值守创造条件。事故影响时间，为井下变电所无人值守创造条件。网网 络络 结结 构构7.数字化变电站数字化变电站o智能变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分三层构建，即站控层、间隔层、过程层，两级网络，能够实现智能设备间信息数字化共享和互操作，可实现网络化二次功能、程序化操作、状态检修、电网故障分析隔离等功能的智能化的变电站。o特点:IEC （国际电子技术委员会） 61850o当前电力系统中，对变电站自动化的要求越来越高，为方便变电站中各种IED（智能电子设备）智能电子设备）的管理以及设备间的互联，就需要一种通用的通信方式来实现。 o IEC61850提出了一

34、种公共的通信标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。 o IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，它是由国际电工委员会第57技术委员会(IECTC57)的 3个工作组负责制定的。此标准参考和吸收了已有的许多相关标准o 变电站通信体系IEC61850将变电站通信体系分为3层:变电站层、间隔层、过程层 o IEC 61850标准是由国际电工委员会第57技术委员会于2004年颁布的、应用于变电站通信网络和系统的国际标准。作为基于网络通讯平台的变电站唯一的国际标准 o 变电站内的智能电子设备(IED,测控单元和继电保护)均采用统一的

35、协议,通过网络进行信息交换。IEC61850的特点是1)面向对象建模; 2)抽象通信服务接口; 3)面向实时的服务; 4)配置语言; 5)整个电力系统统一建模。IEC61850建模了大多数公共实际设备和设备组件。 o 它解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题。采用该标准还可使变电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用（Plug and Play）的特性，极大的方便了系统的集成，降低了变电站自动化系统的工程费用。在我国采用该标准系列将大大提高变电站自动化系统的技术水平、提高变电站自动化系统安全稳定运行水平、节约开发验收维护的人力物力、实现完全的互操作性。 o 以太网：当前广泛使用，

36、采用共享总线型传输媒体方式的局域网。 数字化变电站矿用过渡型数字化变电站系统结构图矿用过渡型数字化变电站系统结构图 o供电可靠性要求高供电可靠性要求高 井下人员井下人员 瓦斯瓦斯 涌水涌水 生产生产 损失惨重，教训深刻损失惨重，教训深刻 o同一电压等级的供电级数多同一电压等级的供电级数多 地面变电所、井下中央变电所、采区变电所、移动变电站地面变电所、井下中央变电所、采区变电所、移动变电站o负荷集中负荷集中 大功率设备多大功率设备多 大功率设备多且相对集中，负荷变化对供电系统影响大大功率设备多且相对集中，负荷变化对供电系统影响大o运行环境恶劣运行环境恶劣 事故频繁事故频繁 环境潮湿，粉尘多，移动

37、型设备多，挤压碰撞多环境潮湿，粉尘多，移动型设备多，挤压碰撞多o电缆供电为主电缆供电为主 高压电缆一般有几十公里，单相接地电流大，易拉起电弧，不易高压电缆一般有几十公里，单相接地电流大，易拉起电弧，不易自恢复自恢复o新型电力电子设备逐渐增多新型电力电子设备逐渐增多 谐波含量超标谐波含量超标 自然功率因数低自然功率因数低o供电设备技术水平参差不齐供电设备技术水平参差不齐 设备多且难以统一，配合复杂，管理维护困难设备多且难以统一，配合复杂，管理维护困难8.矿井供电的特点矿井供电的特点9.煤矿电网可能存在的问题煤矿电网可能存在的问题o设计生产能力小，经过多次扩容改造，使得电设计生产能力小，经过多次扩

38、容改造，使得电网结构复杂；网结构复杂；o对供电系统缺乏整体性的规划，使得运行管理对供电系统缺乏整体性的规划，使得运行管理混乱；混乱；o保护的越级和无选择性跳闸；保护的越级和无选择性跳闸；o单相接地电容电流的治理；单相接地电容电流的治理；o电能质量的改善；电能质量的改善；o其它安全隐患。其它安全隐患。 深井供电：深井供电： 地面变电所地面变电所 井下中央变电所井下中央变电所 采区变电所采区变电所 工作面配电点工作面配电点二二 矿井供电系统矿井供电系统电力网电力网深井供电中央变电所中央变电所浅井供电煤矿供电常用煤矿供电常用计算计算o 1负荷计算负荷计算o 2短路计算短路计算o 3电容电流估算电容电

39、流估算o 4.4.电容电流的测量电容电流的测量o 5. 电容电流的治理电容电流的治理煤矿供电常用计算煤矿供电常用计算1负荷计算负荷计算 o 类似矿井估算法类似矿井估算法o 已知条件估算法已知条件估算法o 生产能力核定算法生产能力核定算法o 需用系数法需用系数法2短路计算短路计算 短路名称表示符号示 意 图短路性质短路后的特点三相短路K(3) 对称性短路1.三相金属性短路时，电压和电流保持对称。 2.短路电流值通常大大超过线路的额定电流。 3.线路始端的残余电压小于额定相电压，短路点电压为零。两相短路K(2) 不对称性短路1.两相短路时，电流和电压的对称性被破坏，短路相的回路中流过很大的短路电流

40、。 2.故障的二相电流与电压间相角关系有显著差别。2短路计算短路计算 短路名称表示符号示 意 图短路性质短路后的特点两相接地短路K(1-1) 在中性点接地系统中，两相在相同地点对地短接，属于不对称短路。1.两相接地短路严重破坏电压对称性，短路点故障相电压等于零；线路始端故障相电压明显低于额定值；非故障相电压，可认为等于额定值。 2.线路中流过很大的短路电流。电流的对称性亦明显地被破坏。大接地系统单相接地短路K(1) 在中性点接地系统中，一相对地短接，属于不对称短路。1.短路电流仅在故障相中流通，线路始端故障相电压显著下降，线电压三角形发生畸变。2.故障点非故障相电压高于额定电压，A相短路，B相

41、电压滞后正常情况下的B相电压，C相电压则超前正常情况下的C相电压。o架空线路电容电流估算架空线路电容电流估算o电力电缆电容电流估算电力电缆电容电流估算n6kVn10kV 额定电压（kV）单回路双回路无地线有地线无地线有地线60.020.028100.030.042350.100.130.1400.1803电容电流估算电容电流估算 695 2.84( /)2200 6CNSIUA kmS 1095 1.44( /)2200 0.23CNSIUA kmS2m m;k VNSU： 电 缆 芯 线 截 面 ,： 电 缆 额 定 电 压 ，4.4.电容电流的测量电容电流的测量直接接地测量很危险，对电网有

42、冲击和损坏。经电容接地测量也较危险，电容需要最后放电。测量方法：停电后在某一相并入电容并接地，送电后测量电容电压U2，已知电网相电压U1和并联电容C1，电网电容C=C1*(U1-U2)/U2 。经电阻接地比较安全，测量也很准确。方法是首先使一出线停电，然后将某一相经电阻接地，最后送电。测量电网中性点对地电压和流过电阻的电流，根据公式算出电网对地电容电流。5. 电容电流的治理电容电流的治理o 电容电流大的危害（发生单相接地后）n 易造成二次故障：接地发展为短路（放炮）n 易产生单相电弧接地过电压：可达2.53倍的相电压峰值n 易产生铁磁谐振过电压：PT熔断器熔断或烧毁n 干扰通信系统o 治理措施

43、n 分区供电（分列运行、采用隔离变压器）n 中性点改造为经消弧线圈接地n 采用消弧消谐柜(接地分流)：容易扩大事故，治标不治本矿井供电地面矿井供电地面部分部分矿井供电地面部分矿井供电地面部分二、地面供电设备三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐波治理六、过电压及其防护七、电容电流危害与治理八、电气设备的运行与维护56矿井供电地面部分矿井供电地面部分二、地面供电设备三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐波治理六、过电压及其防护七、电容电流危害与治理八、电气设备的运行与维护57o 矿井地面变电所主接线相关规定及要求：矿井地面变电所主接线相关规定及要求：r 矿井地面变电所的主变压器一般选用两台。

44、当一矿井地面变电所的主变压器一般选用两台。当一台停止运行时，其余主变压器容量应能保证矿井台停止运行时，其余主变压器容量应能保证矿井全部一、二级负荷用电需要。有两回进线的变电全部一、二级负荷用电需要。有两回进线的变电所的各级电压主母线，一般采用分段单母线。出所的各级电压主母线，一般采用分段单母线。出线回数较多、连接的电源较多、负荷大或污秽环线回数较多、连接的电源较多、负荷大或污秽环境中的境中的353560kV60kV户外配电装置，可采用双母线。户外配电装置，可采用双母线。r 主变压器一次侧接线主变压器一次侧接线u（1 1）桥式接线）桥式接线u（2 2）双母线接线）双母线接线o 矿井地面变电所主接

45、线相关规定及要求：矿井地面变电所主接线相关规定及要求：r 主变压器二次侧的接线主变压器二次侧的接线u对于对于6 610kV10kV侧的接线，矿井一般均采用单侧的接线，矿井一般均采用单母线分段接线。其中大、中型矿井，因主母线分段接线。其中大、中型矿井，因主变压器容量较大可用断路器分段；而中、变压器容量较大可用断路器分段；而中、小型矿井，因主变压器容量较小且出线回小型矿井，因主变压器容量较小且出线回路数较少，可采用隔离开关分段。路数较少，可采用隔离开关分段。u无电力变压器，且出线回路较少的矿井无电力变压器，且出线回路较少的矿井6 610KV10KV配电所，亦可采用单母线分段接线。配电所，亦可采用单

46、母线分段接线。对于对于5 5台以上主变压器的变电所，可考虑采台以上主变压器的变电所，可考虑采用双母线或带旁路母线的接线方式。用双母线或带旁路母线的接线方式。某矿地面供电系统（部分）某矿地面供电系统（部分）矿井供电地面部分矿井供电地面部分一、地面供电系统三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐波治理六、过电压及其防护七、电容电流危害与治理八、电气设备的运行与维护61o 1、母线o 2、支柱绝缘子及 穿墙套管o 3、o 母线r变电所中各种电压等级配电装置的母线，以及变电所中各种电压等级配电装置的母线，以及电器间的连接大都采用铜、铝或钢的矩形、圆电器间的连接大都采用铜、铝或钢的矩形、圆形、管形裸导线

47、形、管形裸导线( (体体) )和多芯绞线。和多芯绞线。o 支柱绝缘子及穿墙套管支柱绝缘子及穿墙套管r高压支柱绝缘子对导电部分起到高压支柱绝缘子对导电部分起到绝缘和支持的作用。具体包括户绝缘和支持的作用。具体包括户内支柱绝缘子、户外支柱绝缘子、内支柱绝缘子、户外支柱绝缘子、户外针式绝缘子和户外棒型绝缘户外针式绝缘子和户外棒型绝缘子等。子等。r高压穿墙套管作导电部分穿过墙高压穿墙套管作导电部分穿过墙壁或其他接地物的绝缘和支持用壁或其他接地物的绝缘和支持用。 o 隔离开关隔离开关r隔离开关用于有电压无负载条件下隔离开关用于有电压无负载条件下 接通或分断电路。隔离开关的触头接通或分断电路。隔离开关的触

48、头 敞露于空气中，其通断状态明显可敞露于空气中，其通断状态明显可 见，有利于防止意外事故的发生，见，有利于防止意外事故的发生， 并可增加检修人员的安全感。并可增加检修人员的安全感。o 负荷开关负荷开关r负荷开关是指在正常条件下关合、负荷开关是指在正常条件下关合、 承载和开断额定电流以及在规定的承载和开断额定电流以及在规定的 事故短路电流下，按规定的时间事故短路电流下，按规定的时间 承载短路电流的开合装置。负荷开承载短路电流的开合装置。负荷开 关的结构和隔离开关相似，在断开关的结构和隔离开关相似，在断开 时，触头有可见的断开点，所以也时，触头有可见的断开点，所以也 可起隔离开关的作用。可起隔离开

49、关的作用。 o户内高压真空负荷开关 o户外高压隔离开关 o 高压断路器高压断路器r高压断路器的断流能力很强，不仅高压断路器的断流能力很强，不仅 可以分合负荷电流，也可以切断强可以分合负荷电流，也可以切断强 大的短路电流。大的短路电流。o 高压熔断器高压熔断器r熔断器结构简单，具有良好的短路熔断器结构简单，具有良好的短路 保护和过负荷保护功能，广泛应用保护和过负荷保护功能，广泛应用 于输配电系统和工矿企业。熔断器于输配电系统和工矿企业。熔断器 是人为地在电路中设置的一个最薄是人为地在电路中设置的一个最薄 弱的发热元件，当流过熔体的电流弱的发热元件，当流过熔体的电流 超过一定数值时，熔体自身产生的

50、超过一定数值时，熔体自身产生的 热量自动地将熔体熔断，达到开断热量自动地将熔体熔断，达到开断 电路的目的及保护其他电器设备不电路的目的及保护其他电器设备不 致受到损害。致受到损害。o户外高压真空断路器 o高压熔断器o 高压开关柜高压开关柜r 高压开关柜（即高压成套电高压开关柜（即高压成套电器）是按一定的接线方案将器）是按一定的接线方案将有关的一、二次设备组合起有关的一、二次设备组合起来的一种成套配电装置。高来的一种成套配电装置。高压开关柜的每个柜就是一个压开关柜的每个柜就是一个间隔，构成一个电气回路。间隔，构成一个电气回路。制造厂生产各种一次接线方制造厂生产各种一次接线方案的开关柜，构成不同的

51、电案的开关柜，构成不同的电器回路间隔。器回路间隔。r 应用时，可按设计的电气主应用时，可按设计的电气主接线方案，选用各种接线方接线方案，选用各种接线方案的开关柜，组合起来构成案的开关柜，组合起来构成整个配电装置整个配电装置。o 高压开关柜高压开关柜 高压开关柜是由以下几部分组成：母线和母线隔离高压开关柜是由以下几部分组成：母线和母线隔离开关、断路器及其操作机构、隔离开关操作机构、电流开关、断路器及其操作机构、隔离开关操作机构、电流互感器及电压互感器、电力电缆及控制电缆、仪表、继互感器及电压互感器、电力电缆及控制电缆、仪表、继电保护和操作设备。电保护和操作设备。 为了保证电力网安全运行、确保设备

52、和人身安全、为了保证电力网安全运行、确保设备和人身安全、防止误操作，开关柜必须具有防止误操作，开关柜必须具有“五防五防”联锁功能，即：联锁功能，即：r 防止接地开关处于闭合位置时关合断路器、负荷开关；防止接地开关处于闭合位置时关合断路器、负荷开关；r 防止在带电时误合接地开关；防止在带电时误合接地开关；r 防止误入带电间隔。防止误入带电间隔。o 电力变压器r 变压器是输送交流电时所使变压器是输送交流电时所使用的一种变换电压和变换电用的一种变换电压和变换电流的设备。它通过磁路的耦流的设备。它通过磁路的耦合作用把交流电从原边输送合作用把交流电从原边输送到副边，利用绕制在同一铁到副边，利用绕制在同一

53、铁芯上的原绕组和副绕芯上的原绕组和副绕 组的匝组的匝数不同，把原边的电压和电数不同，把原边的电压和电流从某种数量等级改变为另流从某种数量等级改变为另 外一种等级。外一种等级。r 变压器的功能主要有：电压变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。压（磁饱和变压器）等。油浸式电力变压器油浸式电力变压器 o 电力电缆r 电缆易做成较大的导体截面，输送容量大，线路电缆易做成较大的导体截面，输送容量大，线路压降小压降小, ,但成本较高。但成本较高。o 电力架空线路r 通过绝缘子架设在电杆的横担上。架空线必须具通过绝缘子架设在电杆的横担上。架空线必须具备

54、良好的导电性能和足够的机械强度以及耐腐蚀备良好的导电性能和足够的机械强度以及耐腐蚀的性能，并尽可能质量轻而价廉。的性能，并尽可能质量轻而价廉。r 导线的材料一般采用铜、铝等金属，在输电线路导线的材料一般采用铜、铝等金属，在输电线路中多采用钢芯铝绞线。中多采用钢芯铝绞线。电力的输送通常采用两种形式：架空线路和电缆线电力的输送通常采用两种形式：架空线路和电缆线路。路。o限流电抗器限流电抗器r 交流设备中，为限制和调节电流必须在独立交流设备中，为限制和调节电流必须在独立的回路中接入电抗器。的回路中接入电抗器。r 干式空芯电抗器采用环氧玻璃纤维包封多层，干式空芯电抗器采用环氧玻璃纤维包封多层，与油浸式

55、电抗器相比，具有重量轻、线性度与油浸式电抗器相比，具有重量轻、线性度好、机械强度高、噪音低、安装方便等优点。好、机械强度高、噪音低、安装方便等优点。因此干式空芯电抗器广泛用于电力行业，因此干式空芯电抗器广泛用于电力行业，是传统的油浸式电抗器的替代产品。是传统的油浸式电抗器的替代产品。o 电力电容器电力电容器r 电力电容器按用途可分为电力电容器按用途可分为8 8种：并联电容器、串联种：并联电容器、串联电容器、耦合电容器、断电容器、耦合电容器、断路器电容器、电热电容器、路器电容器、电热电容器、脉冲电容器、直流和滤波脉冲电容器、直流和滤波电容器、标准电容器等。电容器、标准电容器等。其中并联电力电容器

56、连接其中并联电力电容器连接于额定频率为于额定频率为50Hz50Hz的工频的工频交流系统中，作提高系统交流系统中，作提高系统的功率因数用。包括油浸的功率因数用。包括油浸式和环氧浇注干式两种。式和环氧浇注干式两种。高压并联电力电容器高压并联电力电容器 o 电流互感器电流互感器r 电流互感器是为便于二次侧仪电流互感器是为便于二次侧仪表测量需要转换为统一的电流表测量需要转换为统一的电流（我国规定电流互感器的二次（我国规定电流互感器的二次额定电流为额定电流为5A5A或或1A1A）的升压）的升压( (降流降流) )变压器，它是电力系统变压器，它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次中测量仪表、继电保护等二次

57、设备获取电气一次回路电流信设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器的一息的传感器，电流互感器的一次绕组与电路相串联，二次绕次绕组与电路相串联，二次绕组与仪表和继电器的电流线圈组与仪表和继电器的电流线圈相串联。相串联。o电流互感器o电压互感器电压互感器r 电压互感器的一次绕组与电路电压互感器的一次绕组与电路相并联，二次绕组与仪表和继相并联，二次绕组与仪表和继电器的电压线圈相并联。电器的电压线圈相并联。r 电压互感器使用中注意事项：电压互感器使用中注意事项：一、二次侧都应接有熔断器作一、二次侧都应接有熔断器作短路保护用；连接时要注意电短路保护用；连接时要注意电压互感器的极性电压互感器二压互

58、感器的极性电压互感器二次侧的一端必须接地，以免一、次侧的一端必须接地，以免一、二次间绝缘击穿时危害二次设二次间绝缘击穿时危害二次设备和工作人员。备和工作人员。油浸式电压互感器油浸式电压互感器o配电直流屏配电直流屏r 直流配电屏适用于变电直流配电屏适用于变电厂、发电厂、工矿企业、厂、发电厂、工矿企业、邮电通信、高层建筑等邮电通信、高层建筑等场合，作为直流操作、场合，作为直流操作、继电保护、控制信号及继电保护、控制信号及事故照明等不停电的直事故照明等不停电的直流电源之用。流电源之用。矿井供电地面部分矿井供电地面部分一、地面供电系统二、地面供电设备三、继电保护三、继电保护四、自动装置五、无功补偿与谐

59、波治理六、过电压及其防护七、电容电流危害与治理八、电气设备的运行与维护75一一 煤矿电网供电结构煤矿电网供电结构 1 煤矿电网供电结构在正常运行方式下为辐射状类煤矿电网供电结构在正常运行方式下为辐射状类似于配电网，但传输线路上并无似于配电网，但传输线路上并无T型分支线路，同时也不型分支线路，同时也不存在像存在像10kV配网中的线路分段开关，其又具有输电网的配网中的线路分段开关，其又具有输电网的特点。特点。 2 地面的各高压配电点基本上是由地面的各高压配电点基本上是由35kV或或110kV变电所变电所6kV母线直接供电，而下井线路供电级数母线直接供电，而下井线路供电级数较多，其中央变电所以下部分

60、每一级之间供电距离大都很较多，其中央变电所以下部分每一级之间供电距离大都很短，有的线路长度不足短，有的线路长度不足500m。 3 煤矿电网中的所有高压开关设备都安装在变电所煤矿电网中的所有高压开关设备都安装在变电所内，如高压断路器都位于选煤厂等变电所中，高压防爆开内，如高压断路器都位于选煤厂等变电所中，高压防爆开关都位于中央变电所、各采区变电所或配电硐室中。关都位于中央变电所、各采区变电所或配电硐室中。 几个特点几个特点r 煤矿高压电网的继电保护，应当满足可靠性、选择性、灵敏性及速动性四项基本要求，如果由于电网运行方式、装置性能等原因，不能兼顾选择性、灵敏性和速动性的要求，则应在整定时，按照如