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煤矿电气安全与保护中国矿业大学电气安全与智能电器研究所二OO九年十一月2主要内容煤矿电网的保护与监控电气防爆技术事故案例分析3供电可靠性要求高井下人员瓦斯涌水生产损失惨重，教训深刻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、移动变电站负荷集中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运行环境恶劣事故频繁环境潮湿，粉尘多，移动型设备多，挤压碰撞多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，不易自恢复新型电力电子设备逐渐增多谐波含量超标自然功率因数低供电设备技术水平参差不齐设备多且难以统一，配合复杂，管理维护困难矿井供电的特点41煤矿电网供电结构2保护整定原则及配置3存在问题及解决思路4井下配电自动化监控系统煤矿电网继电保护5一煤矿电网供电结构S6kV等效系统S6kV等效系统选煤厂变电所……………………6kVI段母线…………6kVII段母线…………限流电抗器限流电抗器中央变电所…………采区变电所变电硐室61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T型分支线路，同时也不存在像10kV配网中的线路分段开关，其又具有输电网的特点。2地面的各高压配电点基本上是由35kV或110kV变电所6kV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每一级之间供电距离大都很短，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。几个特点7二保护整定原则及配置《3~110kV电网继电保护装置运行整定规程》（1996年6月1实施）《煤矿安全生产规程》（2005年1月1日起实行）《煤矿井下供电三大保护整定细则》煤炭工业出版社《矿井漏电保护》煤炭工业出版社8煤矿电网电气设备保护配置表设备对象保护配置35kV110kV主变保护纵联差动保护二次谐波制动CT断线闭锁差动保护差动速断保护后备保护高压侧后备复合电压闭锁（方向）过流保护低压侧后备限时电流速断保护(安装于低压侧)零序（接地）保护间隙零序电流保护零序电压保护瓦斯保护本体轻瓦斯保护本体重瓦斯保护有载调压器瓦斯保护过负荷保护非电量保护变压本体、有载调压的油温保护；变压器的压力释放的保护；变压器带负荷后启动风冷的保护；过负荷闭锁有载调压的保护9煤矿电网电气设备保护配置表（续）设备对象保护配置地面配电变压器电流速断保护；过负荷保护；低压侧单相接地保护（采用在低压侧中性线装设专用零序保护）；瓦斯保护（干式变压器除外）井下动力变压器电流速断保护；过负荷保护；漏电保护并联补偿电容器瞬时或限时电流速断保护；过电流保护；过电压保护；低电压保护；接地保护；单星形接线电容器组电压差动保护；单星形接线电容器组开口三角电压保护（不平衡电压保护）；双星形电容器中性线不平衡电流保护母联过电流保护；电流速断保护（兼做母线充电保护）高压电动机异步电动机电流速断保护；过电流保护；过负荷保护；负序电流保护；单相接地保护；低电压保护（重要电机可不设）；过电压保护。同步电动机电流速断保护；过电流保护；过负荷保护；负序电流保护；单相接地保护；低电压保护（重要电机可不设）；过电压保护；失步保护；失磁保护。6kV线路地面部分电流速断保护；限时电流速断保护（下井线路）；过流保护；单相接地保护；低电压保护；低频减载（有自备电厂情况）井下部分电流速断保护；过流保护；低电压保护；漏电保护10对矿井电气保护装置的基本要求1．选择性当供电系统发生故障时，电气保护装置应能有选择地将故障段切除，即断开距离事故点最近的开关设备，从而保证供电系统的其他部分能正常运行。为了保证电气保护装置的动作有选择性，上级开关保护动作值应比下级开关保护的动作值大1.1倍以上，而且要求上级开关的动作时间比下级开关的动作时间长0.5s～0.7s。11对矿井电气保护装置的基本要求2．快速性一般要求电气保护装置能快速切除故障。但有些情况下快速动作与选择性相矛盾。例如，选择性漏电保护，在线路出现漏电后，经一定选择时限，再通过开关的动作，这就影响了故障的快速切断。在不能同时满足以上两个要求时，一般应首先满足选择性的要求。对用来监视电力系统不正常工作状态的保护装置，如过负荷保护，就不需快速动作，应有一定的延时。12对矿井电气保护装置的基本要求3．灵敏性电气保护装置对其保护范围内的故障和不正常运行状态的反应能力称为灵敏性。不同的保护装置和被保护设备对灵敏系数的要求也不相同。井下被保护的变压器、线路等所有电气设备，其过流保护的最低灵敏系数为1.5，后备保护灵敏系数为1.2。13灵敏度校验满足灵敏性的要求保护装置保护范围应该在事先规定好的范围内，不论短路点位置，短路类型如何，都能正确反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，它主要决定于被保护的元件和电力系统的参数和运行方式。14对矿井电气保护装置的基本要求4．动作可靠性动作可靠性是指在线路和电气设备发生故障时，保护装置应能可靠动作，不会出现拒绝动作，也不会出现误动作。例如，鼠笼异步电动机正常启动电流为额定电流的5～7倍，这时若保护装置动作，电动机就会停止运转，此动作为误动作；若电动机出现短路故障，线路流过短路电流，此时装置不动作，称为拒动。这都是不可靠动作，因此必须进行正确整定和定期校验。15可靠系数由于理论计算和实际情况之间存在一定的差别，即必须考虑各种因素的影响，如:（1）实际的短路电流大于计算值；（2）对瞬时动作的保护还应考虑到非周期分量使总电流增大的影响；（3）保护装置中继电器实际启动电流可能小于整定值；（4）考虑必要的裕度。从最不利的情况出发，即使同时出现以上几个因素的影响，也能保证在预定的保护范围以外发生故障时，保护装置不误动作，因而必须乘以大于1的可靠系数。过流保护考虑到设备的过负荷一般取1.2，井下的保护为电脑程控综合保护器，速断的保护的可靠系数取1.1。16高压线路越级跳闸原因分析1.整定方法2.运行方式差异3.保护装置问题4.线路较短17整定方法不合理线路的速断保护有如下整定方法：dzQekeIIKI灵敏度校验：(2)1.5ddzII(2)dI——被保护电缆干线距变压器二次侧出口最远点两相短路电流（线路的末端）整定方法为煤炭工业部制定的《煤矿井下供电的三大保护细则》（煤炭工业出版社）中第6条中用于1200V及以下低压电缆线路的速断保护的整定计算。181#2#ImaxLIId1Id1'L1maxL1max’d1d2d312.086.198.125.164.273.152.43.21.60.8213采用该方法整定带来的影响：19系统运行方式差异较大对整定的影响某矿系统运行方式：1.系统参数：最大短路容量：449.03MVA最小短路容量：152.49MVA201#2#ImaxIminImin’LIId1Id1'L1minL1maxL1min’L1max’12.086.198.125.161221由于某些下井线路未加限流电抗器，母线的短路电流较大，如某条线路的母线最小三相短路电流为3.15kA（最小两相短路电流2.7KA），且它的下一级出线保护的电流互感器的变比为200/5，而目前井下保护装置的可选的最大短路电流为10倍电流互感器的额定电流，即2KA。保护装置对整定计算的影响：22线路较短对保护的影响：当线路较长时，其始端和末端的短路电流差别较大，因而短路电流的变化趋势比较陡，保护范围较大。当线路较短的时候，线路的短路电流变化平缓，速断保护的整定值考虑了可靠系数后，其保护范围将很小甚至等于零。如在井下有的电缆线路大约只有500米，上下级的短路电流很难区分，保护范围为零，此时的瞬时速断形同虚设。在灵敏度不满足要求的情况下，应采用同一灵敏系数法，保证最小保护范围。23线路较短对保护的影响：1#2#ImaxIminLIId1Id1'L1minL1maxL1min’L1max’12此时不可避免的发生越级跳闸24煤矿生产的工作条件是具有十分特殊性的，其电网的安全、稳定运行是煤矿企业安全生产的重要保障。要保障煤矿企业主设备安全可靠运行，正确、合理的保护定值整定是必不可少的措施之一。目前煤炭系统内，继电保护整定管理水平总体上比较低，至今没有形成统一的，被系统内认可的整定计算规范，目前各单位还处于手动计算，各自为营的状态。25解决思路制定更加完善的井下保护整定规程井下配电自动化系统26井下配电自动化监控系统高压开关保护器全部采用数字化综合保护，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，构成全矿井下供配电系统的自动化监控系统。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、调度指挥的功能。2728功能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；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；保护装置数字化，保护动作精度高、速度快，可靠性高；事件顺序记录和故障录波功能；报表打印。提高供电系统保护可靠性，缩小事故影响范围，缩短事故影响时间，为井下变电所无人值守创造条件。29井下配电自动化系统的几个问题底层单元设计：本安模块化通信方式选择：总线+以太网井下网络结构设计：自愈型环网数据库设计和其它自动化系统的联系30网络结构31煤矿电网电气防爆技术3233电火灾引起瓦斯/煤尘爆炸的条件防爆电气设备的种类矿用防爆设备的应用与分析存在问题及解决思路煤矿电网电气防爆技术34电火花引起瓦斯/煤尘爆炸的条件及其预防方法瓦斯、煤尘爆炸是井下危险性最大的事故爆炸时，气体急剧膨胀，产生很大压力和大量的一氧化碳，对爆炸地点的生产设施及人的生命均有强烈的破坏性必须采取有力的预防措施，杜绝其发生35瓦斯、煤尘爆炸的条件瓦斯，通常指甲烷（CH4），又名沼气瓦斯爆炸的条件在空气中的含量（浓度）达到5～16%的范围8.5%的浓度最易引起爆炸9.5%的浓度爆炸压力最大遇到温度超过650～750℃以上的电火花或灼热的导体36煤尘爆炸的条件当煤尘尺寸在1m～1mm的范围内，挥发分指数超过10%飞扬在空气中的含量为30～3000g/m3其中以112g／m3爆炸最猛700～800℃的点燃温度37爆炸必须具备两个条件一定的气体浓度足够的火花能量38瓦斯、煤尘爆炸的预防方法将瓦斯和煤尘的含量严格控制在非爆炸的范围内瓦斯：主要是加强通风使总回风巷中的瓦斯浓度小于0.75%工作面的瓦斯浓度达到1～2%时，就应当停止机电设备运行，撤离人员，进行处理煤尘：可用洒水或撒岩粉的方法来迫使煤尘降落，使飞扬的煤尘减少使煤尘在空气中的含量在20g/m3以下39对电气设备采取严格的防爆措施，使之不会引起瓦斯、煤尘完善井下供电系统的保护装置，预防电气设备及电缆线路产生短路故障建立健全各种有效的安全制度及操作制度，保证井下电气设备及系统正常运行40防爆电气设备的种类防爆电气设备适用于有爆炸危险场所内的电气设备正常运行或事故状态下产生的能量，不足以或无法接触点燃易燃气体，使之爆炸电气设备的防爆型式隔爆型本质安全型增安型正压型充油型特殊型充砂型、无火花型、浇封型、气密型41隔爆型指将所有能产生火花、电弧和危险温度的零部件都放到具有足够强度的壳体之内，当壳体内部发生爆炸时，不致引起外部爆炸性混合物爆炸的电气设备符号为“d”本质安全型指电路系统中，在正常状态和故障状态下，产生的电火花和温度，都不能引起爆炸性混合物爆炸的电气设备符号为“i”42增安型在零部件上采取适当的措施，使其在正常运行时不产生火花、电弧和危险温度的电气设备符号为“e”正压型通过保持内部保护气体的压力高于周围爆炸性环境压力的措施来达到安全的电气设备符号为“p”充油型将可能产生火花、电弧和危险温度的带电零部件浸在油中，使其不引起油面上爆炸性混合物爆炸的电气设备符号为