矿山井下供电系统分析综述

1、矿山井下低压供电系统分析郭丽梅，郑贵翔 （云南锡业股份有限公司采选分公司，云南 个旧 661000） 摘 要 分析了矿山井下低压供电系统的现状 ,针对低压供电线路存在的问题提出了 改进方案。该方案对提高矿山供电质量及节能降耗有着重要意义。关键词 矿山供电系统；电力变压器；三相四线制；中性点偏移Abstract: The existing condition of low-voltage power supply system of mine underground was analyzed ,in view of the existing problems of low-voltage pow

2、er supply line ,the improvement scheme was proposed .The scheme has important significance for increasing mine power supply quality and energy conservation and emission reduction.Key words: mine power supply system power transformer three phase four-wire system neutral point deviation引言目前，云锡股份有限公司采选

3、分公司矿山井下生产采用中性点不接地 系统供电。 变压器大部份选用 S 系列电力变压器， 低压侧为“三相四线制” 系统输出。生产照明大部份采用三相四线制 220V 供电，其它 220V 单相 负载直接由变压器 220V 供电。该系统供电方式不但会造成生产照明和其 它单相负荷因电压偏差过大而不能正常工作或烧坏，而且在供电连续性、 可靠性和人身及设备安全等方面都存在安全隐患。1 产生电压偏差的原因分析1.1 变压器中性点不接地系统分析变压器中性点 （低压侧 400V ）不接地系统，在正常运行情况下，电网三相对地电压等于相电压， 电源中性点与地等电位， 在向量图上为电源中性点 0与地（ D 点）相重合

4、 ,如图 1 所示图 1 变压器中性点不接地系统分析在该电网中发生单相接地故障时，不会引起相间电压降低和电网电流的急剧增大，电网仍然可以继续运行。当系统发生单相接地时，如图 2所示：图 2 系统单相接地故障分析图 3 系统单相接地故障分析A相接地时， A相对地电压变为零。在向量图上反映为 A 点转化为 A 点与 地（D点）相重合，这相当于在接地处得到了一个与 U A 大小相等而方向相反的 电压U 0 （零序电压） ,即U0 U A。各相导线对地电压（ D点）U A、U B、U C等 于零序电压 U 0与正常情况下各相对地电压 U A、U A、U A的向量和（如图 3 所 示），即：U A=U

5、A+U0 =0U B =U B +U 0 =U B - U A =U BAU C =U C+U 0 =U C - U A =U CA 中性点绝缘电网发生单相接地故障时， 三相对地电压发生了变化， 接地相 对地电压变为零， 而非接地相对地电压升高为线电压， 电源中性点对地电压升 高为相电压。电网的相电压和线电压保持不变，仍有1200 的相位差，从图 3向量图可以得到：U AB UA U B U B U ABU BC UB U C U BCU CA UC U A U C U CA式中： U A、U B、U C 发生单相接地各相对地电压；U AB、U BC、U CA 发生单相接地时相间电压。2.2

6、生产实际现场供电状况分析在实际生产中，由于坑下潮湿，用电设备及线路容易受潮，使三相绝缘电阻对地不平衡，中性点电压位移，三相对地电压不平衡 现场实际测试数据如表 1、表 2、表 3： 表 1 生产现场供电情况使用地点塘子凹坑 1800 中段西凹南巷变压器容量S11-6/0.4kV315kVA测量位置变压器二次侧出线端电压（ V）ABCNE（D）A411410238202B409237272C236245N42对地电压与相电压的不平衡度 %+15+15+4表 2 生产现场供电情况使用地点塘子凹坑 1800 中段西凹 11#斜坑变电室变压器容量S11-M-6/0.4kV315kVA测量位置变压器二次

7、侧出线端电压（ V）ABCNE（D）A419419241277B418242297C241165N77对地电压与相电压的不平衡度 %+15+23-32表 3 生产现场供电情况使用地点塘子凹坑 1950 中段北沿 2#硐室变压器容量S11-6/0.4kV 200kVA测量位置变压器二次侧出线端电压（ V）ABCNE（D）A405406234237B405233272C232245N42对地电压与相电压的不平衡度 %+1+17+6从上面三组测试数据可以看出，由于用电设备绝缘电阻的下降，造成变压器中性点偏移零电位， 中性点对地电压高达 77V ，而相对地电压高达 297V ，高出相电压 23%；相对

8、地电压低达 165V ，低出相电压 32%。 在实际生产中，工人在安装设备时，往往会把设备零线接到地线上，造 成设备电压过高而烧坏或电压过低而不能正常工作。2.3 三相负载不平衡各相电压分析如图 5所示：已知：照明线路 Pa 5kW ， Pb 4kW ，Pc 1kW ，平均 电压为 210V， cos 0.6 ，线路为 16mm2 铝芯塑料线，长 1km。线路感抗 忽略不计。（ 0.0294 mm2 /m）线路阻值：rLL 0.02941 103161.84负载阻抗：U 20.2123ZA PA cos 5 0.6 5.29 10SZBU2 Bcos0.421 0.6 6.62 10 3PBP

9、C0.21cos 0.6 2.65 10 21负载导纳；YA 1 1 3 189.04SA ZA 5.29 10 3YB1 1 3 151.06SB ZB 6.62 10 3YC1 1 2 37.74SC ZC 2.65 10 2中性线电阻取线路电阻 rL的12，即 1.284 0.92 。Y0 0.192 1.09S因照明负荷是分散接于线路上，线路电压随线路的延伸而降低，所以取线路的中间电压 210V中点的位移电压：U o oUAYA UAe j120 YB UAej120 YcYA YB YC Y0210 189.04 210e j120 151.06 210e j120 37.74210

10、(94.64189j.9084.141)51.0(562.4375.74j541.039)V378.9375.56e j46.04V相电压：U A U A U0 0 210 (52.45 j 54.39) (157.55 j54.39)VU A166.67 ej19.05VU B U B U0 0 210e j120 (52.45 j54.39) ( 157.45 j127.47)VU B 202.58e j141VU C U C U0 0 210ej120 (52.45 j54.39) ( 157.45 j 236.25)VU. C 283.91ej123.68V线电压：U AB U A U

11、B (157.55 j54.39) ( 157.45 j236.25) (315 j181.86)VU AB 363.73ej 30VU BC U B UC ( 157.55 j127.47) ( 157.45 j 236.25)j 363.72VU BC 363.72e j90VU CA U C U A ( 157.45 j236.25) (157.55 j54.39) ( 315 j181.86)VU CA 363.73ej150V作出向量图 6图 5 单相不平衡负载供电系统图图 6 单相不平衡负载供电系统向量图由计算及向量图可知： “中性点绝缘三相四线制系统”在三相负载不 平衡时，三相负

12、载的线电压保持平衡，而中性点产生位移，三相负载随 负荷的不平衡出现相电压不平衡。负荷大的相相电压降低，负荷小的相 相电压升高。因此使得所带负载处于非正常工作状态，从而降低了设备 的工作效率和使用寿命。除此之外， 该系统在供电的连续性、可靠性和人身及设备安全方面还有如下影响：（1）当在配电支路上接入不同相单相负荷时，由于中性线断开，会毁 坏阻抗大的低压设备。（2）由于相、中性线绝缘降低，在二者之间存在漏电电流，长期下去 会使绝缘进一步降低，最终导致单相短路。因配电支路（一般空气断路 器）过电流保护不能满足单相短路电流动作灵敏度而拒动，线路引发火 灾。（3）在相线、中性线绝缘降低严重情况下（一般在

13、采场、迎头移动设 备，或采场、迎头照明变压） ，人身不同部位同时接触相线和中性线时， 造成人身伤亡事故。采用这种系统由于三相不平衡，或因接地故障，造成中性点电压位 移，而使相电压升高，加剧了绝缘击穿速度，从而引发相向短路故障。综上所述，采用“三相四线制中性点绝缘系统”为三相动力负荷， 单相（ 220V）照明等负荷供电，既不是“ TT”系统，也不是“ IT ”系统。 无论从人身、设备、安全，安全连续供电要求，还是从国家矿山电力设 计规范 GB50070-2009规定要求，这种供电系统均不符合要求的。为此， 该矿井下低压配电系统应采用 “ IT”接地系统并加绝缘监视装 置是解决上述问题的关键。3

14、解决单相负载相电压偏移的办法 中性点不接地系统，三相相电压不平衡时线电压保持平衡。所以不 平衡 220V 负荷，通过隔离变压器 （三相或单相） ，把 380V 电压变为 220V 电压，再供给照明和其它 220V 负载。如图 7 所示。图 7 单相负载供电系统图由于隔离变压器的一次侧线电压保持平衡，所以二次侧线电压也保 持平衡。这样就能够有效解决因三相相电压不平衡造成照明（设备）毁 坏或发光效率降低的问题。4 结束语云南锡业股份采选分公司就矿山井下照明系统和其它单相负载已在 不断的改用 380V/220V（三相或单相） 隔离变压器供电。 改用隔离变压器 供电后的生产照明和其它单相负载，灯泡的损坏率已明显降低，其它单 相负载：如坑下视频系统、信号铃打装置、继电接触器 220V 线圈的损坏 也都明显的减少。本文从反面证实了矿山电力设计规范为什么不采用这种系统而采用IT ”系统的正确性，具有典型的警示作用197919792003参考文献 1 王运晢主编电工基础 M 北京人民教育出版社2 耿毅等编冶金工业供电 M 北京冶金工业出版社3 雍静主编供配电系统 M 北京机械工业出版社作者简介：1、郭丽梅，女， 1961 年，云南个旧，电气高级工程师，从事电气技术管理工作。工作单位：云南锡业股份有限公司采选分公司设备能源部通讯地址：