第一章矿井供电系统

1、 第一节 矿井供电概述 第二节 矿井供电系统 第三节 井下变电所 一、煤矿对供电的基本要求 电力是煤矿的主要能源，为确保安全供电和生产，煤矿对供电有四个基本要求： 1供电安全电安全包括人身安全、矿井安全、设备安全三方面。由于井下的特殊工作环境，为防止触电、电火灾和瓦斯、煤尘爆炸事故， 须严格按照国家最新公布煤矿安全规程中的有关规定进行供电设计、安装与运行，同时严禁井下违章作业。 2供电可靠 供电可靠是指不间断供电。根据负荷的重要程度，煤矿电力负荷分为三类，各类负荷 对供电可靠性的要求不同，采取的供电方式也不同。 为确保安全生产，当供电系统发生故障或检修需要限电时，对三类负荷可全部停止供电，对二

2、类负荷可部分或全部停电，以确保对一类负荷的不间断供电。 3供电质量 供电质量是指供电电压、频率基本稳定为额定值。我国煤矿一般要求电压允许偏差不超过额定电压的正负5%，频率允许偏差不超过正负（0.20.5）Hz。频率的质量是由发电厂保证的；电压的质量是靠调整变压器分接头、降低电源内阻抗和输电线路上的电压损失保证的。 4供电经济 供电经济是指矿井供电系统的投资、电能损耗及维护费用尽量少。这就要求合理地确定供电系统，优选质量高、损耗小、价格低的系统设备，但是必须在满足上述三个要求的前提下，尽量保证供电的经济性。此外，考虑到以后的发展，在煤矿供电设计时还应留有扩建的余地。 二.供电电压等级 1. 供电

3、线路电压等级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。在功率一定的条件下，提高供电电压可减少电压及功率损失，提高供电质量和经济性。 2.电压等级 1)国家规定的电压等级 交流： 低压 24V、36V、127V、220V、380V。 高压 3kv、6KV、10KV、35KV、63KV、110KV、154KV、220KV。 超高压 330KV、500KV、750KV。 直流： 110V、220V、250V、500V。 目前，我国正进行西北电网750KV输变电示范

4、工程建设，这是目前亚洲最高电压等级的输变电工程。国内的厂家已经能够生产交流750KV的输变电设备，这标志着我国在这一领域已经达到世界先进水平。另外我国也有几条大功率、超高压的直流输电线路已投入运行，其中包括三峡常州500KV直流输电工程。 2)煤矿常用电压等级 交流： 35KV 地面变电所的电源进线电压。 10KV 地面变电所的电源电压或下井电压及大型设备的动力用电电压。 6KV 目前煤矿大型设备的主要动力用电电压及井下电压。 3.3KV 大型综采工作面及高产高效工作面的动力用电电压。 1140KV 一般综采工作面的常用动力用电电压。 660V 井下采掘运等设备的动力用电电压。 380V 地面

5、低压动力或小型矿井井下的动力用电电压。 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 矿用电器控制回路常用电压。 直流： 250V（500V）井下架线式电机车的用电电压。 110V (220V) 地面变电所直流操作、继电保护的直流电源和大型提升机控制系统的电源。 310KV电压下井的特点 20世纪80年代初，随着煤矿采掘机械化的发展和生产率的大幅度提高，我国和世界其他先进产煤国均出现了很多大型甚至是特大型矿井，井下用电负荷增幅很大，原来6KV的供电电压已不能满足要求，因此开始采用10KV电压下井。 10KV电压下井提高了供电的经济性并增加了供

6、电范围。针对不同的井型，其优点有以下几个方面： 1)大型矿井 （1）降低高压电网的电能损耗。由于10KV输电比6KV输电的电能损耗小，同时也没有10KV/6KV变压器的损耗，所以，降低了高压电网的电能损耗。 （2）减小下井电缆截面。由于电压越高，电流就越小，输电所需导线的截面也越小，10KV输电下井电缆截面比6KV下井电缆截面减小约一半。 （3）减少设置在风井的35KV/6KV的变电站。多数大型矿井需要从风井引入下井电缆供给井下采区的负荷，由于供电距离远、负荷大，要在风井设置35KV/6KV变电站。采用10KV变电站，则可省去设置35KV/6KV变电站，从而节约了投资，提高了供电可靠性。 2）

7、中小型矿井 (1)目前的中小型矿井，部分采用电力系统的10KV电源供电。若利用10KV直接下井，有以下优点： (2)减少因设置变电所而造成的主变压器多余容量的初装增容费。减少年运行费。其中主要包括主变压器的损耗、多余容量的基本电费、固定资产折旧及设备大修费用等。 (3)简化供电系统，减少电网事故，提高电压运行可靠性。 (3)简化供电系统，减少电网事故，提高电压运行可靠性。 经过运行考核，充分肯定了10KV电压下井的安全可靠性及可行性，并且在煤矿安全规程中明确规定：“高压不超过10000V”。但由于电压的升高，增大了安全隐患,所以我国在煤矿安全规程执行说明中作出了明确规定： （1）采用的10KV

8、矿用电气设备，必须通过部级技术鉴定； （2）10KV系统投入运行前，必须按有关规定进行验收、检查、试验； （3）10KV系统投入运行后，必须按有关规定进行各项试验及整定工作； （4）必须装设10KV单项接地保护、保护接地，并按有关规定进行各项试验； （5）10KV纸绝缘电缆的连接，应使用环氧树脂浇注的接线盒； （6）10KV/6KV矿用监视屏蔽型橡套电缆的相互连接及其与设备的连接，必须采用10KV专用的电缆终端。 三、煤矿供电电源 煤矿供用电源一般来自电力系统，只有尚未建成电力系统的地区才由地方发电厂或自备电厂供电。 电力系统是指由发电厂、各级变电所、输电线路组成的整体。典型的电力系统如图11

9、所示。 电力系统一般包括两个或更多个的发电厂，各发电厂之间通过变电所以输电线路线路相连，称为并网，以便互为备用，保证供电可靠，并可合理地调配各发电厂的负荷。 发电厂发电机的输出电压目前尚不超过26KV，而一般用电负荷距离发电厂较远，故需要在发电厂中设置升压器，将电压升高后再进行远距离输电，以保证供电质量和降低供电损耗。 变电所根据输电距离和容量不同可分为区域（枢纽）变电所、地方变电所、矿井地面变电所。电力系统内有多个电压等级，以保证经济合理地供电。 对煤矿系统的供电，应根据其附近的电源和煤矿的具体情况而定。为保证供电可靠，煤矿安全规程规定：矿井应有两回路电源线路。当任一回路发生故障而停止供电时

10、，另一回路应能担负矿井全部负荷。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，矿井电源应采取分列运行方式（即两回路电源独立供电，互不连接），一回路运行时另一回路必须带电备用，以保证供电的不间断性。 由矿井的各级变电所、各电压等级的配电线路共同构成了矿井供电系统。对矿井的供电一般采用两种典型方式：深井供电系统和浅井供电系统。 一.深井供电系统当煤层埋葬较深、井田范围较大、井下用电量较大时一般采用深井供电系统。其特征为：由地面变电所、井下变电所和采区变电所构成三级高压供电。图12为典型的深井供电系统。 （1）地面变电所的电源为双回路，电源进线电压为35KV，经主变压器将电压变为6KV或10

11、KV，再经6（10）KV母线将电能分配给地面各高压用电设备，其中一、二类负荷分别由两段母线供电；并用双回路高压电缆通过井筒向井下中央变电所供电。地面变电所还设有低压变电器，将6（10）KV电压变为380V/220V向地面低压动力及照明负荷供电。 （2）井下中央变电所的分段母线和高压配电箱将6（10）KV高压电能分配给井底车场附近的高压用电设备和采区变电所，主排水泵、电机车的变流设备等一、二类负荷分别由两段母线供电。井下中央变电所设有动力变压器，将6（10）KV电压变为660V或380V，向井底车场附近的低压动力设备供电；还设有照明变压器综合装置，将电压变为127V，向井底车场及附近巷道和硐室中

12、的照明设备供电。 （3）采区变电所设置的动力变压器将电压变到660V或380V，通过低压电缆分送到工作面配电点，再由工作面配电点分送到工作面及附近巷道的各用电设备，配电点还没有煤电钻变压器综合装置将电压变为127V，向工作面的煤电钻供电。采区变电所及附近巷道中的照明设在采区变电所中的照明信号综合装置等供电。若采区内有综合工作面，6KV（10）KV电能由采区变电所中的高压配电箱配送到工作面附近平巷的移动变电站将电压变为1140V，再送到工作面配电点。 二、浅井供电系统 浅井供电系统适用于煤层埋葬较浅且井下负荷较小的中、小型矿井。图13为一个较典型的浅井供电系统。 我国浅井供电主要有以下三种方式：

13、 （1）井底车场及其附近巷道的低压用电设备，可由设在地面变电所配电变压器T4、T5的低压母线引出的低压电缆通过井筒送到井底车场配电所供电。井下架线电机车所用的直流电源，可由地面变电所整流后用电缆沿井筒送到井底车场配电所获得。 （2）当采区负荷不大且没有高压用电设备时，采区用电地面由变电所经高压架空线路，将高压电能送到设在采区上方的地面变电所或变电亭，然后把电压变为660V或380V后，用低压电缆经钻孔送到采区配电所，由采区配电所再送给工作面配电点和低压用点设备。 （3）当采区负荷较大或有高压用点设备时，用高压电缆钻孔将高压电能送到井下采区变电所，然后变压给采区负荷供电。在浅井供电系统中，为防止

14、受到钻孔孔壁塌落的挤压，电缆应穿钢管敷设。 采用浅井供电系统，可节省昂贵的井下高压电气设备和电缆，减少井下变电铜室的开拓量和触电的危险，比较经济、安全。其不足之处是需钻孔和敷设钢管，且钢管不能回收。 矿井究竟采用哪种供电方式，应根据具体情况比较后确定。 一.井下中央变电所 井下中央变电所又称井下主变电所，是井下供电的中心，它担负着整个井下受电、配电、变电的重要任务。 1井下中央变电所位置的确定原则 (1)尽量位于负荷中心,以节省电缆并减少电能损耗和电压损失. (2)电缆进出线和设备运输要方便. (3)变电所通风要良好,以便散热和降低瓦斯浓度. (4)变电所顶底板要坚固,无淋水,以防电气设备损坏

15、,受潮. 综合上述条件,一般中央变电所设置在井底车场附近,并与中央水泵房相邻.有条件时还应与电机车用的变流所联合建筑. 2.井下中央变电所的主结线 井下中央变电所的主结线如图所示. 煤矿安全规程规定:对井下中央变电所供电的线路不得少于两回路,当任一回路停止供电时,其余回路应能担负井下全部负荷的供电. 井下中央变电所的高压母线一般都采用单母线分段结线,母线段数与井下电缆数相对应.每一条下井电缆都通过高压进线开关与一段母线相连,相邻母线之间装有联络开关.正常情况下联络开关断开,采用分列运行方式,分别由下井电缆向各段母线的负荷供电.当某条电缆由于故障而退出运行时,将母线联络开关闭合,由其他电缆保证对

16、负荷供电. 3.井下中央变电所的硐室与设备布置 井下中央变电所的硐室布置应符合煤矿安全规程中有关井下机电硐室的规定,满足防火,防水和通风的要求. 为了防火,硐室应采用砌碹,并装设向外开的防火铁门,铁门敞开时不得防碍巷道交通,铁门上应装有便于关严的通风孔,以便于防火,灭火时隔绝通风.门内可加设向外开的铁栅栏门,但不得防碍铁门的开闭.这样既能保证通风,又能防止闲杂人员进入中央变电所.从硐室出口的防火铁门起5M内的巷道,应砌碹或用不燃性材料支护.硐室内必须设置扑灭电气火灾的干式灭火器和砂箱. 为保证硐室的通风,当中央变电所硐室长度超过6M时,应在硐室两端各设1个便于通风的出口,保证硐室内的温度不超过

17、附近巷道5摄氏度. 为了防止井底车场或大巷向中央变电所和主排水泵房倒灌水,井下中央变电所和主排水泵房的地面应比其与井底车场连接处的底板高出0.5M.硐室内不应有滴水现象. 井下中央变电所的电气设备主要有:矿用高压配电箱,整流配电装置,矿用低压动力变压器,照明综合保护装置,矿用低压自动馈电开关和检漏继电器等.在进行设备布置时,应将变压器与配电装置分开布置,高压配电与低压配电装置分开布置.各电气设备之间应留出0.8M以上通道,设备与墙壁之间应留出不小于0.5M的通道.若无需从两侧或后面进行维护,检修时,不小于1.8M.考虑到发展,变电所高,低压配电设备应按设计最大数量的20%留有备用位置,但最少不

18、能少于2台.井下中央变电所的设备布置如图所示. 二.井下采区变电所 采区变电所是采区供电的中心,它担负着整个采区的受电,配电,变电任务. 1.采区变电所的位置确定 采区变电所的位置决定于低压供电电压,供电距离,采煤方法及采区巷道布置方式,机械化程度,采煤机组的容量大小等因素. 1)采区各级供电电压的范围 在确定采区变电所的位置时,首先应按工作面的机械化程度和供电质量要求,选择采区供电电压以及移动变电站的设置地点.根据机械化工作面采煤机组功率大,供电距离远比其他机械设备远,且启动频繁,重载启动等特点,要求工作面输送机和采煤机组电动机启动时允许电压损失符合要求,保证机组启动时有足够吸合能力. 一般

19、来说,炮采工作面选择380V或660V供电;普通机械化采煤工作面选择660V供电;综合机械化采煤工作面选择1140V供电;高产高效矿井综采工作面选择3300V供电.另外,综采工作面均采用移动变电站供电. 2)采区变电所硐室的位置确定 在采区巷道中要具体确定采区变电所硐室的位置,还要按以下原则确定: (1)变电所尽量接近负荷中心,保证与距离最远,容量最大的用电设备之间的电压损失在允许范围之内. (2)应尽量少设变电所,并减少变电所的迁移次数.在保证电压损失不超出允许范围条件下,一个采区最好只设一个采区变电所对全采区供电. (3)通风良好,进出线及设备运输方便. (4)顶,底板稳定并避免淋水. 采

20、区变电所硐室不得设在工作面巷中,一般设在盘区运输斜巷之间的联络巷内.采区变电所硐室不需要另留保安煤柱,利用运输巷及轨道巷的煤柱即可. 在分层开采的盘区中,经过电压损失验算及硐室费用的比较,也可以将变电所设在压力稳定的岩层中,由它向各层工作面供电,而不必每层工作面都开凿变电硐室. 在开拓采区工作面巷道时,一般由采区变电所向掘进工作面供电,不另设掘进变电所.当掘进大巷时,根据供电质量的要求,可利用联络巷作变电所.如掘进速度较快,又无永久性采区变电所或联络巷可作掘进变电所时,应用防暴移动变电站供电;采取安全措施,并经有关部门批准,也可在大巷一侧加宽巷道作临时掘进变电所用. 2.采区变电所的主结线 1

21、)采区变电所的高压主结线 一般采区变电所属于二类负荷,可采用单回路专线供电.但随着煤矿采掘机机械化程度的提高,尤其是高产高效矿井的出现,综采和综掘设备在煤矿生产中已大量应用,其产量和进尺对整个矿井生产具有很大的影响.因此,对综合机械化采煤和掘进工作面常要求独立的双回路电源供电,以保证原煤产量和掘进进尺不受影响.此外,有采区分区水泵等一类负荷的采区变电所也采用独立的双回路供电.变电所中每台动力变压器必须设有1台高压配电箱进行控制和保护,3台及以上高压配电箱必须设有电源进线开关.所有高压开关都采用矿用隔爆型高压配电箱,变压器采用矿用一般型. (1)单电源进线.单电源进线有两种结线方式:第一种为无高压出线且变压器不超过2台的采区变电所,可不设电源进线开关;第二种为有高压出线的采取变电所,为了便于采区操作,一般设电源进线开关和高压出现开关. (2)双电源进线.双电源进线也有两种结线方式:第一种为一路供电、一路备用（带阴影的开关为分段）。两路进线均设电源进线开关，如出