第一讲 煤矿电气安全管理

1第一讲煤矿电气安全管理一、矿井供电系统为保证矿山供电的可靠性，供电电源应采用双电源，双电源可来自不同的变电所(或发电厂)或同一变电所的不同母线上。井下供电系统一般由输电电缆、中央变电所、分区变电所、采区变电所、移动变电站、采区配电点及各类电缆组成，如图9-3所示。（一）矿井供电必须符合的要求1．矿井供电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。年产6万t以下的矿井采用单回路供电时，必须有备用电源；备用电源的容量必须满足通风、排水、提升等的要求。2．矿井两回路电源线路上都不得分接任何负荷。3．正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式，一回路运行时另一回路必须带电备用。4．10kV及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设。5．矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。6．对井下各水平中央变（配）电所、主排水泵房和下山开采的采区排水泵房供电的线路，不得少于两回路。当任一回路停止供电时，其余回路应能担负全部负荷。7．主要通风机、提升人员的立井绞车、抽放瓦斯泵等主要设备房，应各有两回路直接由变（配）电所馈出的供电线路；受条件限制时，其中的一回路可引自上述同种设备房的配电装置。8．严禁井下配电变压器中性点直接接地。严禁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。9．井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级，应符合下列要求：高压，不超过10000V；低压，不超过1140V；照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127V；远距离控制线路的额定电压，不超过36V；采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。10．井下低压配电系统同时存在2种或2种以上电压时，低压电气设备上应明显地标出其电压额定值。11．矿井必须备有井上、下配电系统图，井下电气设备布置示意图和电力、电话、信号、电机车等线路平面敷设示意图，并随着情况变化定期填绘。图中应注明：①电动机、变压器、配电设备、信号装置、通信装置等装设地点。②每一设备的型号、容量、电压、电流种类及其他技术性能。③馈出线的短路、过负荷保护的整定值，熔断器熔体的额定电流值以及被保护干线和支线最远点两相短路电流值。④线路电缆的用途、型号、电压、截面和长度。⑤保护接地装置的安设地点。12．电气设备不应超过额定值运行。井下防爆电气设备变更额定值使用和进行技术改造时，必须经国家授权的矿用产品质量监督检验部门检验合格后，方可投人运行。13．硐室外严禁使用油浸式低压电气设备。40kW及以上的电动机，应采用真空电磁起动器控制。214．井下高压电动机、动力变压器的高压控制设备，应具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护。井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。低压电动机的控制设备，应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。15．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20A。16．煤电钻必须使用设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离启动和停止煤电钻功能的综合保护装置。每班使用前，必须对煤电钻的综合保护装置进行1次跳闸试验。17．井下低压馈电线上，必须装设检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置，保证自动切断漏电的馈电线路。18．直接向井下供电的高压馈电线上，严禁装设自动重合闸。手动合闸时，必须事先同井下联系。井下低压馈电线上有可靠的漏电、短路检测闭锁装置时，可采用瞬间1次自动复电系统。19．井上、下必须装设防雷电装置，并遵守下列规定：①经由地面架空线路引入井下的供电线路和电机车架线，必须在人井处装设防雷电装置。②由地面直接入井的轨道及露天架空引入（出）的管路，必须在井口附近将金属体进行不少于2处的良好集中接地。③通信线路必须在入井处装设熔断器和防雷电装置。20．永久性井下中央变电所和井底车场内的其他机电设备硐室，应砌暄或用其他可靠的方式支护。21．井下中央变电所和主要排水泵房的地面标高，应分别比其出口与井底图9-3矿井供电系统3车场或大巷连接处的底板标高高出0.5m。（二）井下配电变压器运行方式《煤矿安全规程》规定：严禁井下配电变压器中性点直接接地。严禁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。井下配电变压器采用中性点直接接地的危害主要有两方面：一是人体触电时大大增加了人体的触电电流；二是单相接地时形成了单相短路。因此，中性点直接接地对人身安全和矿井安全都极为不利。如图9-4所示，当人体触及一相带电体时，跨接于人体的是相电压，通过人体的触电电流按欧姆定律计算，当电源电压为380V时为220mA，660V时为380mA(由于井下潮湿，人身电阻定为1000Ω)。此时的电流路径为：电源a相——人身——大地——接地体——电源中性点。研究资料表明，当人体通过5mA电流时，就有触电感觉，通过30mA电流时，就有危险，通过50mA时可以致死，通过100mA时绝对致死。中性点直接接地时，通过人体的触电电流达380mA，极其危险。单相接地线路如图9-5所示，此时电流路径为：电源a相——大地——接地体——电源中性点。显而易见，这时电流没有经过阻抗而直接流回到了电源，形成了单相短路。单相短路电流很大时，在接地点将产生很大的电弧，有可能引起瓦斯和煤尘爆炸以及电雷管提前引爆。中性点不直接接地供电系统如图9-6所示，ra、rb、rc分别是电缆三相芯线的绝缘电阻，Ca、Cb、Cc为三相芯线的对地电容。假如忽略电缆的对地电容，则人身的触电电流通过路径为：电源a相——人身——大地——b相c相绝缘——b相c相芯线——电源中性点。设电网每相绝缘电阻在380V时为90kΩ，660V时为35kΩ[实际上常为兆(百万)欧级]，而人身电阻仍为1000Ω，通过计算，其触电电流分别为7mA和30mA。由此可知，在中性点不直接接地时，通过人体的电流是安全的。由于分布电容不应忽略，目前采用在漏电继电器中加零序电抗线圈来补偿对地电容电流。（三）采区供电系统采区供电系统是矿井供电系统的主要组成部分，也是矿井供电系统安全运行的薄弱环节。图9-4变压器中性点直接接地，人触及一相带电导体时的情况41．采区变电所采区变电所是采区用电设备的电源。为保证采区供电系统运行安全、合理、经济，采区变电所应是采区的动力中心，其位置对采区供电安全和供电质量有直接的影响，其位置的选择应符合《煤矿安全规程》和《煤炭工业设计规范》的要求。根据《煤矿安全规程》的规定，采区变电所硐室的结构及设备布置应满足下列要求：(1)采区变电所应用不燃性材料支护。从硐室出口防火铁门起5m内的巷道，应砌碹或用其他不燃性材料支护。(2)硐室必须装设向外开的防火铁门。铁门全部敞开时，不得妨碍巷道交通。铁门上应装设便于关严的通风孔，以便必要时隔绝通风。装有铁门时，门内可加设向外开的铁栅栏门，但不得妨碍铁门的开闭。(3)变电硐室长度超过6m时，必须在硐室的两端各设一个出口，出口必须符合用不燃性材料支护的要求，硐室内必须设置足够数量的用于扑灭电气火灾的灭火器材。例如，干粉灭火器、不少于0.2m3的灭火砂、防火锹、防火钩等．(4)硐室内敷设的高低压电缆可吊挂在墙壁上，高压电缆也可置于电缆沟中，高压电缆应去掉黄麻外皮，高压电缆穿入硐室的穿墙孔应用黄泥封堵，以便与外界空气隔绝。(5)硐室内各种设备与墙壁之间应留出0.5m以上的通道，各种设备相互之间，应留出0.8m以上的通道。对不需从两侧或后面进行检修的设备，可不留通道。(6)带油的电气设备必须设在机电硐室内，并严禁设集油坑。带油电气设备溢油或漏油时，必须立即处理。(7)硐室的过道应保持畅通，严禁存放无关的设备和物件，以避免妨碍行人和搬迁。(8)硐室内的绝缘用具必须齐全、完好，并作定期绝缘检验，合格后方可图9-5变压器中性点直接接地一相线路接地时的情况图9-6变压器中性点不接地，人触及一相带电导体时的情况5使用。绝缘用具包括绝缘靴、绝缘手套和绝缘台。(9)硐室入口处必须悬挂“非工作人员禁止入内”字样的警示牌。硐室内必须悬挂与实际相符的供电系统图。硐室内有高压电气设备时，入口处和硐室内必须在明显地点悬挂“高压危险”字样的警示牌。(10)采区变电所应设专人值班。应有值班工岗位责任制、交接班制度、运行制度。值班工应如实填写交接班记录、运行记录、漏电继电器试验记录等，无人值班的变电硐室必须关门加锁，并有值班人员巡回检查。(11)硐室内的设备，必须分别编号，表明用途，并有停送电的标志。2．采掘工作面的供电。向采煤、掘进工作面供电时，因为采煤工作面负荷较大且集中，掘进工作面距采区变电所较远，所以一般采用移动变电站的供电方式。采煤工作面的低压配电，可根据采煤工作面的供电负荷的容量选择一台或两台移动变电站，俗称配电点。可通过配电点集中控制台的操作按钮使开关分别向采煤机、运输机、破碎机、转载机、液压泵和清水泵供电，并能实现连锁与停电。掘进工作面相对于采煤工作面负荷较小，往往一台移动变电站就能满足一个工作面的配电需要。其供电线路较长，一般属于干线式供电，但煤巷、半煤岩巷和岩巷掘进工作面最大的一个特点是要使用局部通风机进行通风，一旦中断供电会使局部通风机停止运转，从而导致掘进工作面及其附近巷道聚集瓦斯和其他有害气体。3．“三专两闭锁”局部通风机是掘进工作面正常供风的主要动力设备，为了保证掘进工作面新鲜风流的连续供应，必须保证局部通风机的持续运转，因此供电的可靠性是关键。《煤矿安全规程》规定，瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井中，掘进工作面的局部通风机应采用“三专”（专用变压器、专用开关和专用线路）供电；也可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，但每天应有专人检查1次，保证局部通风机可靠运转。这样可以确保掘进工作面和掘进巷道的良好通风，避免由于停电、停风引起的事故发生。“三专”供电可用以下两种供电方式实现：(1)采区变电所内，设立专供局部通风机使用的高压防爆开关、变压器、低压馈电开关、漏电继电器和供电电缆，如图9-7(a)所示。(2)同一采区内相邻的两个掘进巷道内的局部通风机，可用1条电缆从采区变电所为其供电，也可分开供电，供电系统如图9-7(b)所示。图9-7“三专”简单供电系统图6“两闭锁”应满足以下要求：(1)局部通风机停止运转时立即切断供电区域内动力电源。(2)局部通风机起动前，若供风区域内瓦斯超限，局部通风机不会启动，解除闭锁，起动局部通风机排放瓦斯后方可正常运行。(3)局部通风机起动，当工作面风量符合要求后，才可向供风区域内供电。(4)正常工作中，当供风区域检测点瓦斯超限切断相应控制区域的动力电源时，局部通风机仍照常运转。二、供电系统电气保护完善的供电系统电气保护是保证电气安全的重要措施，其功能是区分故障状态与正常工作状态，并发出信号或动作。（一）漏电保护1．漏电电网与电气设备的绝缘状态是重要的电气参数。电网与电气设备漏电是指绝缘电阻显著下降的现象。漏电具有广布性、隐秘性、连续性，可以为单发或多发，也可以为渐发或突发，具有诸多特点。若在井下供电系统发生漏电故障，可能导致人身触电、电火灾以及瓦斯、煤尘爆炸等事故，严重威胁着矿井和井下工作人员的安全。在电力系统中，如果带电导体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度，就说明该带电导体发生了漏电故障。流入大地的电流称为漏电电流。在电缆线路和电气设备正常运行时，也有微小的电流流入大地，这种电流称为泄漏电流。如果由于某种原因使入地电流增加到数十毫安以上时，就发生了漏电故障。目前，国内井下采用变压器中性点绝缘的低压供电系统，发生单相接地（包括直接接地和经过渡阻抗接地）或两相、三相对地绝缘阻抗下降至危险值的电气故障就叫做漏电故障。漏电故障可分为单相漏电、两相漏电和三相漏电：单相漏电占漏电故障的85％左右，两相漏电所占的比例很小，三相漏电的发生率占10％。对于单相接地，由于接地电流很小（在660V电网中不足1A)，故属于单相漏电，是最严重的漏电故障。2．造成井下低压电网漏电的原因(1)因电缆或电气设备本身引起的漏电，包括：①敷设在井下巷道内的电缆，由于受环境潮湿等影响，运行后会出现绝