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第一章矿井供电系统一煤矿企业对供电的基本要求二电力负荷的分类三矿井供电电压等级四矿井供电系统的类型五变压器中性点运行方式六地面变电所七井下中央变电所八采区供电九工作面配电点运输事故4%火灾事故4%其它事故6%水害事故23%机电事故2%顶板事故33%瓦斯(煤尘)事故28%顶板事故机电事故瓦斯(煤尘)事故水害事故运输事故火灾事故其它事故煤矿重大安全事故分析表(1984-2008年）事故总起数序言其它事故3%火灾事故7%运输事故2%机电事故1%顶板事故16%水害事故26%瓦斯(煤尘)事故45%顶板事故机电事故瓦斯(煤尘)事故水害事故运输事故火灾事故其它事故死亡人数序言上图为1984年-2008年煤矿重大安全事故分析表。虽然机电事故仅占事故总起数的2%，死亡人数的1%,但是瓦斯煤尘事故和火灾事故的总起数和死亡人数占的比例还是很大的，这些事故很多是由于电气设备的故障引起的。序言序言电力是煤矿企业生产的主要能源，由于井下特殊的环境，为了减少井下自然灾害对人身和设备的危害，这就要求我们对煤矿企业采取一些特殊的供电要求和管理方法。作为一个煤矿企业的技术人员都应该知道具体的详细情况。本任务从煤矿井下特殊的环境入手，进一步分析煤矿企业对供电电源和电压的基本要求、负荷类型和供电接线方式等，包括井下和地面煤矿的供电系统。序言井下电钳工是特殊工种，又是危险工种。首先，其作业过程和工作质量不但关联着其本身的安全，而且关联着他人和周围设施的安全，电工工作点分散、工作性质不专一，不便于跟班检查和追踪检查。因此，煤矿电气相关工作人员必须掌握必要的电气安全技能，必须具备良好的电气安全意识。一、煤矿企业对供电的基本要求（一）井下特殊环境1、井下硐室、巷道、采掘工作面等需要安装电气设备的空间都比较狭窄，对电气设备的体积应受到一定限制，且使人体接触电气设备的机会较多，容易发生触电事故。2、井下由于岩石和煤层的压力，常会发生冒顶和片邦事故，使电气设备(特别对电缆)很容易受到这些外力的砸、碰、挤、压。（一）井下特殊环境3、井下空气比较潮湿，湿度一般在90％以上，并且机电硐室和巷道经常有滴水及淋水，使电气设备很容易受潮。4、井下采掘工艺需要用电雷管，电气设备对地的漏泄电流可能会将电雷管引爆。5、采掘工作面的电气设备移动频繁，且经常启动。生产中由于受自然条件变化的影响，使用电设备的负荷变化较大，有时会产生短时过载。（一）井下特殊环境6、煤矿井下的空气中含有瓦斯及煤尘，在其含量达到一定量时，如遇到电气设备或线路产生电弧、电火花和局部高温时，就会燃烧和爆炸。7、井下有些机电硐室和巷道的温度较高，因而使井下电气设备的散热条件较差。8、由于井下地质条件发生变化，及雨季期间，井下有发生突水事故的可能，其出水量往往为正常涌水量的几倍甚至几十倍。一旦突然出水，要求排水设备迅速开动，以保证矿井安全。此时应有足够大的供电系统，以保证全部排水设备正常工作。（一）井下特殊环境9、井下如发生全部停电事故，超过一定的时间后，可能发生采区或全井被淹的重大事故。同时井下停电停风后，还会造成瓦斯积聚，引起瓦斯和煤尘爆炸危险。由于存在以上特殊条件，因此在考虑煤矿井下供电系统时，除必须严格遵守煤炭部颁发的《煤矿安全规程》及《煤炭工业设计规范》中有关的规定外，还应注意安全可靠、经济合理性。（二）煤矿企业对供电的基本要求1.供电可靠：（1）要求供电不间断；（2）对重要负荷供电应绝对可靠：如主排水泵、副井提升机、通风机等。2.供电安全：（1）供电安全包括人身和设备安全，就是在电能的分配、输送和使用过程中，不应发生电气事故和人身触电事故。（2）煤矿井下存在水、火、瓦斯、煤尘、顶板五大自然灾害，自然条件恶劣，生产环境复杂，容易发生触电、爆炸等恶性事故。因此必须依据《煤矿安全规程》和有关规定，进行操作，确保供电安全。（二）煤矿企业对供电的基本要求3.供电质量：（1）要求用电设备在额定参数下运行；（2）反映供电质量的指标主要有两个：频率和电压。频率50Hz，要求偏差小于±0.5Hz，即额定频率的1%，一般由发电厂决定。电压，各种电气设备要求电压偏差也不一样，一般情况下电动机允许电压偏差±5%，过高或过低都有烧坏电动机的可能。4.供电经济：（１）尽量降低基本建设投资;（２）尽可能降低设备、材料、有色金属的消耗;（３）尽量降低电能消耗和维修费用等。二、电力负荷的分类（依据供电可靠性）一类负荷二类负荷(1)定义：指除一、二类负荷以外的其它负荷，中断供电对生产没有直接影响。例：办公楼、仓库、地面附属车间及矿井机修厂等。(2)要求：对供电可靠性没有特殊要求。单回路供电或多负荷共用一条输电线路。三类负荷(1)定义：凡因突然中断供电可能造成人身伤亡或重大设备损坏、造成巨大经济损失的负荷。例矿井主通风机、主排水泵、经常升降人员的提升机等。(2)要求：必须由来自不同电源的双回路供电。(1)定义：凡突然停电造成大量减产，造成较大经济损失的负荷。例：煤矿压风设备、采区变电所等。(2)要求：由来自不同电源的双回路或专用线路供电。二、电力负荷的分类（依据供电可靠性）合理供电的基本原则：以安全生产为目的，在供电系统发生故障或检修限电时，要确保一类负荷不中断供电，二类负荷全部或部分供电，可停止三类负荷供电。三、矿井供电电压等级1.额定电压：能使各种电气设备、电器等正常工作的电压，此时其技术性能和经济效果最好。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。三、矿井供电电压等级3.电压等级的确定原则：电压等级的确定，取决于供电的功率及供电距离。供电功率越大，输送距离越远，需要的电压等级越高。这是因为供电功率越大，线路中的电流越大；距离越远，线路的阻抗越大。从而使得线路的功率损失和电压损失越大。提高供电电压后，使得功率一定下线路中的电流降低，从而减少了损失，提高供了供电质量和经济性。三、矿井供电电压等级4.煤矿常用电压等级交流35kV地面变电所的电源进线电压。10kV部分地面变电所的电源电压或下井电压以及大型设备的用电电压6kV目前煤矿大型设备的主要用电电压及下井电压。3.3kV大型综采工作面及高产高效工作面的用电电压。1140V目前井下综采工作面电气设备的常用电压。660V井下低压动力用电电压。380V地面低压动力或小型矿井井下的低压动力用电电压。220V地面照明或单相电器的用电电压。127V井下电钻、照明及信号装置的用电电压。36V矿用电气设备控制回路常用电压。直流250V(500V)架线式电机车的用电电压。三、矿井供电电压等级5.《煤矿安全规程》对井下各级电压等级的规定。第四百四十八条规定：（1）高压不超过10KV；（2）低压不超过1140V；（3)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；(4)远距离控制线路的额定电压不超过36V(5)采区电气设备采用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。6.《煤矿安全规程》第四百四十一条对矿井供电电源的规定：矿井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60000t以下（不含60000t）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、提升等要求，并保证主要通风机等在10min内可靠启动和运行。备用电源应有专人负责管理和维护，每10天至少进行一次启动和运行试验，试验期间不得影响矿井通风等，试验记录要存档备查。三、矿井供电电压等级6.《煤矿安全规程》第四百四十一条对矿井供电电源的规定：矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷。正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式。若一回路运行，另一回路必须带电备用，以保证供电的连续性和可靠性。带电备用电源的变压器宜热备用；若冷备用，必须保证备用电源能及时投入正常运行，保证主要通风机等在10min内可靠启动和运行。10kV及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设。矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。”三、矿井供电电压等级四、矿井供电系统的类型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、负荷大小等综合因素进行。分类：深井供电系统浅井供电系统1.深井供电系统A.特点：井下设立中央变电所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三级供电方式。D.供电回路数：两回路或两回路以上。2.浅井供电系统四、矿井供电系统的类型2.浅井供电系统A.特点：井下不设立中央变电所。B.决定因素：煤层埋藏不深(一般离地表100～200m)、井田范围大、井下负荷不大、涌水量小的矿井。可采用浅井供电系统。C.浅井供电主要有以下三种方式：D.优缺点：浅井供电系统，可节省井下昂贵的高压电气设备和电缆，减少井下变电硐室的开拓量，所以比较经济、安全。其不足之处是需打钻孔和敷设钢管，钢管用完后不能回收。矿井供电究竟采用哪种供电方式，应根据矿井的具体情况经技术经济比较后确定。五、变压器中性点运行方式电力系统的中性点：指三相绕组作星形连接的发电机或变压器的中性点。变压器中性点的运行方式其实就是变压器中性点与地的连接方式。一般有三种：变压器中性点直接接地、变压器中性点不接地和变压器中性点经消弧线圈接地。电力系统中性点的运行方式决定了单相接地后的运行情况、工作可靠性、保护方法及人身安全等问题。（一）变压器中性点直接接地系统（一）变压器中性点直接接地系统1.适用地点：(1)110kV及以上电压等级的电网上（单相接地时，其它两相对地电压不会升高，绝缘只按相电压考虑）。(2)地面380/220V三相四线制供电系统，获得两种电压等级。2.变压器中性点直接接地的危害：(1)在井下，当人触及一相带电体时，通过人身的触电电流远远大于通过人身的安全电流（30mA），是非常危险的。（2）当一相接地时，就是单相短路，产生的短路电流及电弧，有可能引起瓦斯煤尘爆炸。（一）变压器中性点直接接地系统根据以上两种情况的分析，《煤矿安全规程》第443条规定：严禁井下配电变压器中性点直接接地。严禁由地面中性点接地的变压器或发电机直接向井下供电。（二）变压器中性点不接地系统电容电流超前对应相电压90°（二）变压器中性点不接地系统1.适用地点：（1）煤矿井下（2）地面63KV及以下高压电网2.变压器中性点不接地系统的特点：（1）变压器中性点不接地运行比中性点直接接地运行安全的多。适用于煤矿井下。（2）但如果线路对地的绝缘电阻下降太多或线路对地电容不可忽略，则仍存在一定的危险。还必须采取一定的安全措施。（3）当单相接地电容电流达到一定数值时，会产生断续电弧，在电网中产生谐振，系统中产生过电压，可能使绝缘薄弱处击穿，造成短路故障。（三）变压器中性点经消弧线圈接地系统《煤矿安全规程》第457条规定：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。（三）变压器中性点经消弧线圈接地系统电感电流滞后相应相电压90°..\虚拟教学\中性点经消弧线圈接地系统.swf（三）变压器中性点经消弧线圈接地系统1.适用地点：煤矿井下2.变压器中性点经消弧线圈接地的优点：在电网对地电容电流较大时，即使线路对地绝缘电阻很高，也不能减少通过人身的触电电流，反而会增加触电电流。为此，可用电感电流来补偿电容电流。变压器中性点经消弧线圈接地就是通过消弧线圈产生感性电流来补偿电网电容电流的，使人体触电电流或接地电容电流减少到安全和不起弧的程度。abcUrILRLULrd=0图3-3变压器中性点直接接地时人体触及一相带电体的情况变压器中性点直接接地系统人体触及一相带电体的情况abcIbRbrarbrcCaCbCc图3-4变压器中性点不接地的情况变压器中性点不接地系统人触及一相带电体情况abcIbRbrarbrcCaCbCcILIrICILICIC-ILIbIb/图3-5变压器中性点经消弧电抗线圈接地UOa--人体电流途径b-电流向量图；（a）（b）u变压器中性点经消弧线圈接地系统人体触及一相带电体情况（ａ）人体电流途径（ｂ）电流向量图六、地面变电所矿井地面变电所是全矿供