第一讲矿井供电系统及供电安全管理

第一讲矿井供电系统及供电安全管理2023/12/28第一讲矿井供电系统及供电安全管理

一、煤矿企业对供电的要求1.可靠性----要求供电不中断，必须连续。2.安全性----不发生人身伤害事故，不使重要设备损坏，不发生瓦斯煤尘爆炸事故。3.合理性----保证供电质量。4.经济性----力求供电系统简单，安装、操作运行方便，使建设投资少和运行费用低。第一节矿井供电系统第一讲矿井供电系统及供电安全管理二、电力负荷的分级电力负荷的分级，是根据负荷的重要性以及供电中断后造成的危害程度来划分的。一般煤矿电力负荷分三级。

1.一级负荷（一类用户）：如主通风机、井下主排水泵、升降人员的立井提升设备、瓦斯抽放机等。

2.二级负荷（二类用户）：采区变电所、电机车用的整流设备、综合机械化采煤电气设备、专门用于提升物料的斜井提升设备等。

3.三级负荷（三类用户）：矿区工人住宅区、机电修配厂、两堂一舍等。第一讲矿井供电系统及供电安全管理三、矿井供电电压等级根据国家标准的规定，并结合煤矿的特殊生产条件，目前煤矿井下常用的电压等级及用途如下：1、220KV、110KV、60KV、35KV——矿井地面变电所的受电电压或变电电压。2、6KV、10K——高压电动机的额定电压和井下高压配电电压。3、1140V——综合机械化采煤电气设备的额定电压。4、660V——井下低压动力电压。5、380V——地面低压动力电压。6、220V——地面照明。7、127V——井下照明、信号、电话和手持式电气设备的额定电压。8、36V——井下远距离控制回路的额定电压。

《煤矿安全规程》第448条规定：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：（1）高压，不超过10000V。（2）低压，不超过1140V。（3）照明、信号、电话和手持式电气设备的额定电压，不超过127V。（4）远距离控制线路的额定电压，不超过36V。采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。第一讲矿井供电系统及供电安全管理四、矿井供电系统的类型

根据矿井的井田范围、煤层埋藏深度、地质条件和井下涌水量情况分为两种基本类型，即深井供电系统和浅井供电系统。煤层埋藏深度大于150m时应采用深井供电方式；小于150m应采用浅井供电系统。

1.深井供电系统深井供电系统采用三级供电方式，即地面变电所、井下中央变电所和采区变电所，如图所示。第一讲矿井供电系统及供电安全管理SZ9-6300/35/10.5第一讲矿井供电系统及供电安全管理东大煤矿地面变电所由两趟35KV线路供电，Ⅰ段东大线，Ⅱ段滨东线。两趟35KV线路来自两个不同的电源。在地面变电所将35KV降压为10KV，向地面的主、副井提升设备等供电，同时地面变电所将10KV降压为380V为通风机、洗煤厂及照明等用电。从地面变电所两段不同的10KV母线上引出两条高压输电电缆，通过井筒入井送到井下中央变电所。在井下中央变电所通过高压配电装置将电能分配给井底车场附近的高压用电设备，如主排水泵、变流设备，并向各采区变电所供电。同时在井下中央变电所还设置了动力变压器将10KV电压降到660V，向井底车场及附近巷道、硐室的低压动力设备供电。此外，还设置了照明、信号综合保护装置，将660V电压进一步降到127V，供井底车场及附近硐室照明、信号专用。从井下中央变电所用高压电缆将10KV电能送到采区变电所，采区变电所用变压器将电压降到660V，用低压电缆分别送到各个工作面附近的配电点，再分别送给各动力设备。如果采区内有综采工作面，在采区变电所不进行降压，直接将10KV高压经采区变电所的配电装置送到工作面附近的移动式变电站，移动式变电站将10KV电压降低到1140V，再分配给各用电负荷。采区巷道中的照明、信号由照明、信号综合保护装置供电。第一讲矿井供电系统及供电安全管理

2.浅井供电系统浅井供电系统一般采用二级供电方式，即地面变电所、采区变电所。如图所示。1—矿井地面变电站；2—架空输电线；3—采区地面变电所；4—采区变电所；5—工作面配电点；6—井底车场低压配电所；7—井筒；8—钻孔第一讲矿井供电系统及供电安全管理

浅井供电系统不将10KV电能送至井下中央变电所进行电能的分配和输送，而是由地面变电所直接将10KV电能送到与采区变电所位置相对应的地面变电亭，地面变电亭再将10KV降低到660V经钻孔向井下采区变电所供电。井底车场的低压供电，是由地面变电站引出的低压线路经井筒入井的。由地面变电所到采区地面变电亭的供电，采用高压架空线路（也可采用电缆线路），在架空线两端装设避雷装置。浅井供电系统的优点是简便、经济，可减少硐室的开拓量，节省了高压电缆和高压配电装置，减少了触电的危险。缺点是需要钻孔，需要建地面变电亭。第一讲矿井供电系统及供电安全管理五、变压器中性点运行方式

变压器中性点的运行方式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变压器中性点采用消弧线圈接地

《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。严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。

第一讲矿井供电系统及供电安全管理1.变压器中性点直接接地的危害（1）人体触及一相带电体通过人体的电流式中Ir---通过人体的电流，A（mA）Uxa---电网相电压，VUx---电网线电压，VRr---人体电阻，Ω

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可见，中性点直接接地时，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。

电流对人体的作用决定于许多相互关联的因素，其中主要是电流强度和持续的时间。在短暂（持续时间低于1~3s）的电流作用下，一般讲，触电持续的时间越长，允许的人身触电电流值就越小。我国现在设计漏电保护装置，是按30mA·S计算的，也就是说，只要人身触电电流和触电时间的乘积，不大于30mA·S，就可认为是安全的。电网电压越高，人身触电电流越大，因此，漏电保护装置和自动闭锁开关的动作速度要求也越快。第一讲矿井供电系统及供电安全管理按照电流通过人体，人体呈现的状态，可将通过人体的电流分为三个级别感知电流摆脱电流室颤电流

在一定频率下，通过人体引起触电者有任何感觉的最小电流（有效值）称为该频率下的感知电流。对工频交流而言，约1mA左右。在一定概率下，人触电后能自行摆脱带电体的最大电流称为该概率下的摆脱电流。摆脱概率为99.5%时，成年男子摆脱电流约为9mA，成年女子摆脱电流约为6mA。

通过人体引起心室发生纤维性颤动的最小电流称为室颤电流，心室纤维性颤动极有可能导致死亡，所以也称室颤电流为致命电流。我国专家和学者通过大量考证和实验后认为，引起心室颤动的电流值在50mA以上。第一讲矿井供电系统及供电安全管理（2）单相接地时，通过接地点的电流在变压器中性点直接接地系统中，一相接地即为单相短路，用表示远远大于瓦斯煤尘爆炸的最小引燃电流为0.04~0.25A，如果接地点周围瓦斯浓度在爆炸的浓度范围内，会引起瓦斯爆炸，造成更为严重的恶性事故。——接地体电阻，取4Ω——土壤电阻，一般为十几欧和二十几欧，取16Ω第一讲矿井供电系统及供电安全管理2.变压器中性点不接地运行方式（1）忽略电网对地电容1）人触及一相带电体井下供电电缆总长度比较短时，电网对地电容不大，电容电流很小，可以忽略不计。通过人体的电流Ir为第一讲矿井供电系统及供电安全管理式中——电源的相电压，V；r——电网每相对地绝缘电阻，Ω；对于660V供电系统，取35000Ω；Rr——人体电阻，Ω，取1000Ω2）单相接地单相接地电流为0.033A时所产生的电火花，不会引燃瓦斯、煤尘爆炸。第一讲矿井供电系统及供电安全管理（2）考虑电网对地电容1）人触及一相带电导体，通过人体的电流为第一讲矿井供电系统及供电安全管理2）单相接地单相接地电流值为：从上述计算看出，由于电网电容的存在，使人体触电电流和单相接地的危险性都有所增加。这一问题，只有通过对电容电流采取补偿措施，才能解决。第一讲矿井供电系统及供电安全管理

采用变压器中性点不接地供电方式，安装漏电保护装置和使用屏蔽电缆，可以避免漏电和相间短路故障。我国从1955年起即采用变压器中性点不直接接地供电系统，实践证明可以实现安全运行。严禁变压器中性点直接接地，当井下供电网路容量较大，单相接地电容电流超过20A以上时，可采用经消弧线圈接地方式，并必须采用调整补偿措施，以防网路出现补偿谐振现象。第一讲矿井供电系统及供电安全管理六、采区供电安全（一）采区作业环境对供电系统和电气设备的特殊要求1.采区容易发生冒顶和片帮事故。2.采区的空气中含有瓦斯及煤尘。3.井下空气比较潮湿。4.采区电气设备移动频繁。5.井下硐室、巷道、采掘工作面的空间狭小。6.采区有些机电硐室和巷道的温度较高，使电气设备的散热条件较差。7.采煤、掘进和开拓巷道都需要使用电雷管。

第一讲矿井供电系统及供电安全管理（二）采区变电所的设置及供电安全对采区变电所硐室结构及设备布置要求（1）采区变电所应用不燃性材料支护。（2）硐室必须装设向外开的防火铁门。（3）（462条）变电硐室长度超过6m时，必须在硐室的两端各设1个出口。（4）硐室内敷设的高低压电缆可吊挂在墙壁上。（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。（6）带油的电气设备必须设在机电硐室内，并严禁设集油坑。（7）硐室的过道应保持畅通，严禁存放无关的设备和物件。（8）硐室内的绝缘用具必须齐整、完好，并做定期绝缘检验。合格后方可使用。绝缘用具包括绝缘靴、绝缘手套和绝缘台。（9）硐室入口必须悬挂“非工作人员禁止入内”字样的警示牌。（10）采区变电所应设专人值班。（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。第一讲矿井供电系统及供电安全管理七、矿井供电系统自动化

一、开关柜综合保护装置随着配电网自动化的迅速发展和供电可靠性的日益提高，对开关柜的要求也愈来愈高。特别是变（配）电所在逐步实现综合自动化进而为无人职守时，对开关及开关柜运行状态的监视提出来更多的要求。因此，传统的开关柜与电子技术相结合的智能化开关柜就应运而生，成为新一代的机电一体化电器产品。这种产品，一方面要满足传统开关柜的基本功能要求，另一方面将微电子技术引进柜内，使其有自检、自控和自我诊断的新功能，以满足配电网综合自动化的需要。第一讲矿井供电系统及供电安全管理

1、智能化开关柜具有以下特点：（1）从技术上讲，应是高度集成化和数字化的，必须采用计算机技术作为数字化的核心技术；（2）从控制和保护功能上讲，应具有一定的智能性，既能够根据开关的状态，和电网的运行模式，自动选择最佳模式进行控制和保护；（3）从结构形式上讲应是充分模式化和标准化的，基本元件的数目和类型少。产品间的差异有产品的软件来决定，智能化开关柜体积小、耗能低，可以充分灵活地组成系统；（4）从控制系统组成的角度讲，应是采用分布式控制方式的，即多个计算机共同控制，共担风险；第一讲矿井供电系统及供电安全管理（5）从施工角度讲，应可以快速组成系统，并能方便地进行重组和改造；（6）从维护和可靠角度讲，应是具有高可靠性和低维护成本的。作为电网控制和保护供电的设备，智能化开关柜应在各种恶劣条件下可靠工作，同时对于设备本身具有自动检测功能，对设备内部的温升、电磁辐射、机构故障等信号进行采集和利用。第一讲矿井供电系统及供电安全管理2、综合保护装置实现的目标和功能：智能化开关柜运行中不仅要有高度的可靠性，而且还要监视开关柜的运行状态。开关柜智能化的目标首先是实现自检和自控功能。自检功能包括自动检测、自动监视、自动记录，必要时发出报警；自控功能包括自动处理信息、自动诊断与自动保护。第一讲矿井供电系统及供电安全管理

3、智能开关柜主要检测内容

（1）绝缘性能检测当开关柜内的绝缘件泄漏电流超过预定值时，发出警报。

（2）导电回路性能检测主要检测柜内各元件连接点接触部位的温升（温度）。当温升达到控制值时，发出警报，以检测接触点的工作状态。检测可用温度传感器或光纤传感器。第一讲矿井供电系统及供电安全管理

（3）操作系统机械状态检测开关机械性能，主要是监测分合闸速度，因为它直接影响开断性能。对于电磁操作机构可监测合分闸线圈的电流及电压来监视其合分闸的特性。对于弹簧操作机构，可以检测弹簧蓄能时间，然后与正常值进行对比，以判断操作弹簧的蓄能情况。分闸性能可检测脱扣线圈的电流来辨别脱扣线圈的工作情况。特别是检测脱扣线圈的断线，可防止拒动等重大事故的发生。第一讲矿井供电系统及供电安全管理4、智能开关柜的主要诊断功能

（1）脱扣机构断线监测，即对由于脱扣器线圈断线或者辅助开关接触不良酿成的断路器分闸故障进行监测；（2）动作时间检测，即检测流过控制线圈的电流，从控制开关接点开始切换作为起点，到辅助开关切换，控制电流开始衰减作为终点，计算两者相隔的时间，然后将这时间与正常值进行比较、判别；（3）接触部件检测，即在断路器接触部位安装温度应变仪，以鉴定接触部件是否正常；第一讲矿井供电系统及供电安全管理（4）弹簧的蓄能时间，即测量蓄能开始时刻到蓄能完毕而切换时刻的这段时间，然后把这一数值与规定值进行比较；（5）温度、湿度检测，即在柜内上部安装了温度、湿度探测仪，随时能得到柜内的温度、湿度值，以对通风设备的起停进行控制；（6）柜门的监视，即通过中央监控系统对各个控制柜内安装的限位开关的情况进行监视。第一讲矿井供电系统及供电安全管理5、智能开关柜采用的主要技术

（1）传感技术传感技术是智能化中的关键部件，可供使用的有电量传感器、气体传感器、温度传感器、漏电传感器等。在选用时要注意起安全性、可靠性及精度。特别是开关触头磨损电量测量用传感器更应注意其线性度。

（2）抗电磁干扰技术智能化装置在高压开关柜内使用，其连接线均在高电磁环境条件下运行，因此必须加强屏蔽和隔离，以保证整个装置系统具有优良的抗共模干扰和串模干扰的能力。第一讲矿井供电系统及供电安全管理

（3）信息处理及微机技术对于智能开关柜来说，获得监测的信息（数据采集）只是第一步，还必须进行处理、判断与决策。

①前置处理单元：由数据采集系统的模拟量转换为数字量，然后进行算术和逻辑运算，并与给定的报警、跳闸、操作等条件进行比较，当满足动作条件时执行动作任务。

②后置管理单元：完成对数据的打印管理、事故记录等。微机处理装置必须预留通信接口，使软件系统与已在线运行的其他软件环境能方便地连接。第一讲矿井供电系统及供电安全管理二、智能防爆开关

1、电气设备的防爆与本安电路由于煤矿的特殊环境，电气设备用于井下时需采取防爆技术。电气防爆技术常用隔爆外壳和本质安全电路。隔爆外壳就是要求开关外壳具有耐爆性和不传爆性。本质安全电路就是电路运行时的切换放电能量限制在安全值以下，电路本身不能引燃爆炸性气体，电路是本质安全的。煤矿井下防爆设备中装设本安腔，保护系统的核心部分安放在本安腔中。

第一讲矿井供电系统及供电安全管理2、智能化磁力启动器国外进口设备：美国的Ad-vantage系列智能化磁力启动器，性能优良，已被广泛应用于电网综合监控、保护和通信系统；法国、英国的TD33、LC33等智能化磁力启动器，其整机利用单片机实现保护与显示等功能，控制部分采用PLC，整体实现了保护、控制功能的智能化。全部操作皆在一块本安型小键盘上实现，人机对话功能全面，操作简单，并可构成远程监测监控系统，特别是其真空接触器触头采用了零飞弧技术，故障率低，使开关整体性能大大提高。第一讲矿井供电系统及供电安全管理

国产设备也推出了带部分智能化功能的开关，如矿用隔爆兼本质安全型磁力启动器、矿用隔爆智能真空馈电开关、矿用综合开关等，其中有的开关对设备馈电控制总容量增加到1000A，并增加了127V煤电钻电源与220V（127V）照明电源，可以更好地适用于综采工作面。最近国内不少厂家开发成功并投入应用的矿用隔爆兼本质安全型智能真空磁力启动器，测控单元采用了全数字化技术，其控制、保护、测量、通信等所有功能都组合在一起，通过LCD（汉字显示）与键盘，可实现磁力启动器控制方式转换、参数整定、自诊断、故障追忆等功能，各种运行参数、开关运行状态、运行方式、接触器短路动作次数、故障追忆等显示功能便于用户对本开关运行工况的了解。第一讲矿井供电系统及供电安全管理八、矿井电力监控系统1、矿井电力系统自动化组成煤矿井下供电系统主要由井下中央变电所和采区变电所组成，井下中央变电所的无人值守改造，采用矿用一般型设备，多台配电柜。需配微机保护装置，主控柜一台。微机保护装置完成监控回路的保护和监控任务，并通过现场总线构成通信网络与主控通信。主控柜的核心为工业控制机，它完成中央变电所的信息采集与处理，并将信息转发到网络，接入中央变电所分站。第一讲矿井供电系统及供电安全管理采区变电所的无人值守改造，与中央变电所不同，必须采用隔爆兼本安设备。在每个采区变电所设立一个分站，改分站完成采区变电所各种开关的数据采集与监控，并将数据介入井下网络。井下采区变电所的各种开关，目前有的已具备微机综保功能和通信接口，有的开关可以通过改造成为具有微机综保功能和通信功能的开关，这样高压隔爆开关部分的保护与监控数据就可以通过信号汇总装置接入采区变电所分站。高低压开关直接选用具有微机综保功能和通信功能的高低压隔爆开关，这样通过信号汇总装置，变电所的所有信息就可以接入变电所分站。第一讲矿井供电系统及供电安全管理2、变电站自动化的功能（1）数据采集功能包括模拟量采集和开关量采集。（2）运行监测与控制主要包括：安全监视功能；事件顺序记录；故障记录、故障录波和测距；操作控制功能；人机联系功能等。（3）继电保护功能是变电站自动化最基本、最重要的任务，各保护单元除具备独立、完整的保护功能外，还应具备以下附加功能：第一讲矿井供电系统及供电安全管理

①事件记录功能，包括发生故障、保护动作出口、保护装置状态等重要事项记录。

②具有与系统对时功能，与系统时间统一，准确记录事件发生的时间。

③存储多套保护定值，以适应不同运行方式的变化。

④具有当地人机接口功能，不仅可以显示保护单元的各种信息，而且可通过它修改保护定值。

⑤具备通信功能，提供必要的通信接口，支持保护单元与计算机系统通信协议。第一讲矿井供电系统及供电安全管理第二节矿井供电安全管理一、《煤矿安全规程》对井下供电的要求二、《煤矿安全规程》对机电硐室的要求三、安全用电作业制度四、煤矿井下安全用电的措施第一讲矿井供电系统及供电安全管理一、《煤矿安全规程》对井下供电的要求1.《煤矿安全规程》第441条规定2.《煤矿安全规程》第442条规定3.《煤矿安全规程》第443条规定4.《煤矿安全规程》第449条规定5.《煤矿安全规程》第450条规定6.《煤矿安全规程》第451条规定7.《煤矿安全规程》第458条规定8.《煤矿安全规程》第459条规定

第一讲矿井供电系统及供电安全管理二、《煤矿安全规程》对机电硐室的要求1.《煤矿安全规程》第460条规定2.《煤矿安全规程》第461条规定3.《煤矿安全规程》第462条规定4.《煤矿安全规程》第463条规定5.《煤矿安全规程》第464条规定6.《煤矿安全规程》第465条规定7.《煤矿安全规程》第473条规定8.《煤矿安全规程》第478条规定第一讲矿井供电系统及供电安全管理三、安全用电作业制度1.工作票制度2.工作许可制度3.高压倒闸、试验操作票和工作监护制度4.停送电制度5.验电、放电、接地、挂牌制6.工作中防止送电的措施第一讲矿井供电系统及供电安全管理井下高压电气设备检修采用的工作票包括以下内容：（1）工作负责人。（2）工作人员。（3）工作内容和工作地点。（4）计划工作内容。包括年、月、日、时、分。（5）安全措施。包括两部分：一部分由工作票签发人填写，由工作票签发人签字；另一部分由工作许可人填写，由工作许可人签字。工作票签发人可由矿机电部门熟悉设备情况的主管领导、技术负责人或经批准的人员担任。（6）许可开工时间（年、月、日、时、分）。（7）工作负责人变动。（8）工作票延期。（9）工作终结。在工作期间，工作票应始终保留在工作负责人手中，工作结束后交工作票签发人保存3个月。事故紧急处理可以不填工作票，但应履行许可手续，做好安全措施。1.工作票制度第一讲矿井供电系统及供电安全管理对地面变电站电源进线及与进线有关的电气设备进行操作检修时，必须得到主管部门调度的批准。对地面和井下高压电气设备操作检修时，必须经矿生产调度的许可方可进行。许可开始的命令，必须通知到工作负责人，其方式可采用当面通知、电话传达、派人传递等方式。2.工作许可制度第一讲矿井供电系统及供电安全管理高压倒闸操作和高压试验必须执行操作票和工作监护制度，必须由两人执行，其中一人监护，一人操作。由对操作现场和设备比较熟悉，级别较高的人做监护人；特别重要和复杂的倒闸操作，应由熟练的值班员操作，由值班班长或值班负责人监护；进行倒闸操作时，应由操作人填写操作票。操作票中应写明被操作线路编号和操作顺序：停电拉闸必须按断路器→负荷侧隔离开关→母线（电源）侧隔离开关的顺序依次操作，送电合闸操作顺序与此相反。在进行高压试验时，应由两人执行，一人操作，一人监护。专职监护人员不得兼作其他工作。检修、操作高压电气设备的整个过程中，监护人必须始终在现场监护。3.高压倒闸、试验操作票和工作监护制度第一讲矿井供电系统及供电安全管理井下不得带电检修、搬迁电气设备、电缆和电线。检修或搬迁前，必须切断电源，检查瓦斯。在无人值班的变电所，停电后应设专人看守。严禁约时停、送电。严禁约定信号停、送电。4.停送电制度第一讲矿井供电系统及供电安全管理（1）停电后验电前，应先检查周围的瓦斯浓度，当瓦斯浓度低于1%时，用与电源电压相适应的验电笔验电。（2）当验明确实停电后，先用短路接地线接地，然后将被检修的设备、导线三相短路对地放电。（3）工作前，应将电气设备的闭锁装置锁好，并挂上“禁止合闸，有人工作”的警示牌。5.验电、放电、接地、挂牌制第一讲矿井供电系统及供电安全管理（1）高压防爆配电装置停电后，必须把开关拉出，使插销脱离电源。拔出插销后，电源侧要用专用的挡板挡住，以防触电和误推入开关。（2）可能从两侧送电的设备，必须可靠地断开各方电源，拔出插销或拉开刀闸。（3）低压防爆开关在开盖进行检修时，严禁解除闭锁、不盖盖进行送电试验或进行其他带电检查工作。6.工作中防止送电的措施第一讲矿井供电系统及供电安全管理煤矿井下电气管理必须做到“三无、四有、二齐、三全、三坚持”三无：无鸡爪子、无羊尾巴、无明接头四有：有过流和漏电保护装置、有螺钉和弹簧垫、有密封圈和挡板、有接地装置。两齐：电缆悬挂整齐、设备硐室清洁整齐。三全：防护装置全、绝缘用具全、图纸资料全。三坚持：坚持使用检漏继电器

坚持使用煤电钻、照明和信号综合保护