矿井供电系统与井下供电安全

煤矿特种作业类别：井下电钳工培训班主讲：何英太单位：大土河平安技术培训中心内容提要一、矿井供电系统，包括煤矿对供电的要求、供电电压等级、深井与浅井供电系统、变压器的中性点运转方式；二、采区供电系统，包括采区变电所、任务面配电点、挪动变电站；三、井下供电平安，包括井下供电的规定及要求、用电平安作业制度、触电的危害及预防措施、井下电气事故及防治措施等；四、杂散电流的危害及防治措施；五、“三专两闭锁〔公用变压器、公用开关、公用线路，风电闭锁、瓦斯电闭锁〕〞的构成、作用及运用范围。一、矿井供电系统〔一〕煤矿对供电的要求及分类1、煤矿对供电的要求〔1〕供电平安煤矿井下存在水、火、瓦斯、煤尘、顶板五大自然灾祸，自然条件恶劣，消费环境复杂，容易发生触电、爆炸等恶性事故。〔2〕供电可靠煤矿井供电中断，不仅影响产量，而且会由于停电而停顿通风、停顿排水，从而引起爆炸、水害等艰苦事故的发生，危及生命财富平安，有时甚至毁掉整个矿井。〔3〕供电技术合理技术合理也指保证供电质量好。即供电电压、频率及谐波成分到达一定技术规范。电压动摇范围不超越额定值的±5%。〔4〕供电经济由于煤矿电气设备耗电量很大，输电功率大，假设设计不合理，会呵斥许多电能浪费。2、电力负荷分类〔1〕一级负荷假设中断供电，会呵斥人员伤亡、艰苦设备损坏，产生宏大经济损失。如主要通风机、主要排水设备、主要提升机的供电等。均是双回路供电。〔2〕二级负荷假设中断供电，会严重减少产量，呵斥艰苦经济损失，应尽量保证供电平安。如压风设备、采区变电所等。〔3〕三级负荷中断供电对消费无直接影响，也不会呵斥特别大的经济损失。3、矿井供电平安措施〔1〕<煤矿平安规程>第441条规定：矿井应有两回路电源线路。当任一回路发生缺点停顿供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。年产6万t以下矿井采用单回路供电时，必需有备用电源；备用电源的容量必需满足通风、排水、提升等的要求。矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷。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。〔2〕<煤矿平安规程>第442条规定：主要通风机、提升机人员的立井绞车、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；受条件的限制，其中的一回路可引自上述同种设备房的配安装。上述供电线路应来自各自的变压器和母线段，线路上不得分接任何负荷。〔二〕矿井供电电压等级1、煤矿井下常用的电压等级及其用途见下表1所示表1：煤矿井下常用的电压等级及其用途交流电种类直流电规范电压/V用途井下电气设备的控制回路井下照明、信号、和手持式电气设备低压动力用电电压井下综采任务面电气设备用电电压部分采区电气设备用电电压高压电动机及供电电压部分矿井向井下供电电压架线式电机车3612738066011403300600010000250550井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级，应符合以下要求：〔1〕高压，不得超越10000V。〔2〕低压，不得超越1140V。〔3〕照明、信号、和手持式电气设备的供电额定电压，，不得超越127V。〔4〕远间隔控制线路的额定电压，不得超越36V。〔5〕采区电气设备运用3300V供电时，必需制定专门的平安措施。2、10KV电压直接向井下供电目前，一些大型矿井甚至特大型矿井，由平安消费的需求，已采用10KV电压直接向下井。由于井下供电电压越高，电网对地电容电流越大，接地电火花能量越大，人身触电伤亡的危险性及瓦斯、煤尘爆炸的能够性也越大。因此，必需采取以下供电平安措施及规定：〔1〕采用10KV矿用电气设备，必需经过指定检验机构的技术鉴定。〔2〕10KV系统投入前，必需按有关规定进展验收、检查、实验。〔3〕10KV系统投入运转后，必需按有关规定进展各项实验整定任务。〔4〕必需装设10KV单相接地维护、维护接地，并按有关规定进展各项实验。〔5〕矿用监视屏蔽型橡套电缆间的衔接及与设备的衔接，必需采用10KV公用的电缆终端。〔三〕深井与浅井供电系统根据矿井的井田范围、煤层深度、地质条件，矿井供电系统分为深井供电系统和浅井供电系统。煤层深度大于150m应采用深井供电系统；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，即地面变电站、井下中央变电所、采区变电所。〔1〕从地面变电站两段不同的6KV母线上引出两条高压输电电缆，经过井筒入井送到井下中央变电所。在井下中央变电所经过高压配电安装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6KV电压降到660V，向井底车场附近巷道、硐室的低压动力设备供电。此外，还设置了照明、信号综合维护安装，将660V电压进一步降到127V，供井底车场及附近硐室照明、信号公用。〔2〕从井下中央变电所用高压电缆将6KV电能送到采区变电所，采区变电所用变压器将电压降到1140V、660V〔或380V〕，用低压电缆分别送到各个任务面附近的配电点，再分别送给各动力设备。2、浅井供电系统〔1〕浅井供电系统是由地面变电所直接将6KV电能送到与采区变电所位置相对应的地面变电亭，变电亭再将6KV降低到660V〔或380V〕经钻孔向井下采区变电所供电。〔2〕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。〔3〕由地面变电站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〕，在架空线两端需装设避雷安装。图1：浅井供电系统图35KV6KV地面低压空压机通风机提升机提升机通风机空压机1238454´83´76图例：1、矿井地面变电站2、架空输电线3、采区地面变电所3´、采区地面高压配电所4、采区配电所4´、采区变电所地面低压5、任务面配电点6、井底车场低压配电所7、井筒8、钻孔深井供电系统表示图〔四〕变压器的中性点运转方式1、变压器中性点变压器接入正弦交流电、正弦交流电是按正弦规律随时间做周期性变化的电量，其最大值、角频率、初相角称为正弦交流电的三要素；三相正弦交流电那么是频率一样，最大值相等，相位差120°的三个交流电。各相电压相等且对称Ua=Ub=Uc其矢量如图1所示。各相对地的绝缘电阻等相ra=rb=rc，可看成是星形负载，有以下关系：Ua+Ub+Uc=0因此，0点称为变压器中性点。中性点对地电位用表示，在正常情况下电源电压对称、线路负荷对称时，变压器中性点对地电位为零，即U0=0图2：正常情况线路等效电路图和相电压矢量图〔a〕等效电路图；〔b〕相电压矢量图rarbrcIaIbIc00U0abcUaUcUb2、变压器中性点运转方式变压器中性点运转方式其实就是变压器中性点与地的衔接方式，普通有三种：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采用消弧线圈接地。3、变压器中性点直接接地的危害〔1〕人体触及一相带电体。如图2所示。假设取人体电阻Rr=1000Ω，那么按公式Ir=Ux/Rr可计算经过人身的触电电流。A、当电网电压为Ux=380V时，Ir=380/1000=220mA。B、当电网电压为Ux=660V时，Ir=660/1000=380mA。C、当电网电压为Ux=1140V时，Ir=1140/1000=660mA。经过以上计算，经过人身的触电电流远大于经过人身的平安电流30mA，是非常危险的。ABCabc图3：变压器中性点直接接地系统中人体触及一相带电体〔2〕电网一相接地。在变压器中性点直接接地系统中，一相接地即为单相短路。此时，必将产生接地短路电流及电弧，假设接地点周围瓦斯浓度在爆炸界限范围内，会引起瓦斯爆炸事故。〈煤矿平安规程〉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。4、变压器中性点不接地的运转方式〔1〕经计算，得出变压器中性点不接地运转比中性点直接接地运转平安得多。但是假设线路对地绝缘电阻下降太多或线路对地电容不可忽略时，仍存在一定的危险。因此还必需采取措施对线路的绝缘进展监视。〔2〕随着供电线路的延伸，电网对地电容也在增大，由此产生的危害不容忽视。因此，在变压器中性点不接地系统中必需思索电网电容和绝缘电阻的共同影响，采取必要的措施。5、变压器中性点采用消弧线圈接地在电网对地电容电流较大时，即使线路对地绝缘电阻很高，也不能减少经过人身的触电电流，反而会添加触电电流。为此，可用电感电流来补偿电容电流。变压器中性点采用消弧线圈接地就是经过消弧线圈产生感性电流补偿电网电容电流。〈煤矿平安规程〉规定第457条规定：矿井高压电网，必需采取措施限制单相接地电容电流不超越20A。二、采区供电系统〔一〕采区变电所1、井下中央变电所井下中央变电所是井下供电枢纽，电能配送的中心。单一程度消费的矿井设一个井下中央变电所；多程度的消费矿井，每个程度各设一个井下中央变电所。〔1〕井下中央变电所的位置井下中央变电所普通设在井底车场附近，负荷的中央与水泵房衔接。〔2〕井下中央变电所的配电范围A、各采区变电所。B、主排水泵房的高压电动机。C、井下电机车需求的变流设备。D、井下中央变电所经过动力变压器将高压6KV降低到660V〔380V〕向井底车场及其附近巷道的低压动力设备供电。〔3〕井下中央变电所的设备井下中央变电所的主要设备有：高压配电安装，动力变压器〔至少要有2台〕，低压电磁启动器，检漏继电器、照明、信号综合维护安装及照明灯具等。(二〕采区供电1、采区变电所高压接线方式〔1〕单电源进线。无高压出线且变压器不超越两台的采区变电所，可不设电源进线开关。有高压出线的采区变电所，为了便于操作，可设进出线开关。如图3所示。〔2〕双电源进线。普通用于综采任务面或接有下山排水设备的采区变电所。电源进线一回路供电，一回路备用，两回路均设进线开关，由于出线及变压器台数较少，母线可不分段；电源进线两回路同时供电，由于出线及变压器台数较多，两回路均设进线开关，且母线设分段开关，正常情况下分段开关断开，坚持电源为分列运转形状，如图4所示。2、采区变电所低压接线方式〔1〕每台变压器的低压侧都装有1台自动馈电开关作为总开关，并且配有漏电维护安装。〔2〕“规程〞第455条规定：井下由采区变电所、挪动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电维护安装。3、综采任务面供电系统井下采煤任务面供电方式主要有干线式、辐射式、混合式和挪动变压器等。〔1〕综采任务面对供电系统的要求A、综采任务面各消费机械宜采用辐射式单独电缆供电。B、刮板保送机由多台电动机驱动，容量都不大时，可采用干线式供电；容量都较大时，可以采用辐射式单独供电。C、采用挪动式变电站。该变电站普通设置在任务面平巷，距任务面150－300m，任务面每推进100－200m，挪动变电站就向前挪动一次，坚持低压供电间隔不500m。D、综采任务面照明灯间距不得大于15m。〔2〕综采任务面供电系统的组成A、6KV高压系统——由高压隔爆配电箱，挪动变电站，高压屏蔽电缆等组成。B、1140KV低压系统——由低压馈电开关〔设有漏电、过流、短路维护安装〕、真空电磁启动器、低压屏蔽电缆等组成。〔三〕任务面配电点的位置任务面配电点是任务面及其附近巷道供电中心，随着任务面的推进而挪动。1、配电点的设备组成任务面配电点的设备普通有低压配电开关，电磁启动器等。2、配电点的位置〔1〕一种是将开关设备安装在任务面平巷壁的公用巷道，普通距任务面50－100m，如掘进任务面的配电点大都设在掘进巷道的进风侧或掘进巷道的巷道贯穿巷道内，普通距任务面80－100m〔2〕另一种是将开关设备安装在挪动变电站平车上，在运输槽一侧敷设轨道，平车随着任务面的推进而挪动。三、井下供电平安〔一〕井下供电的规定及要求1、<煤矿平安规程>对井下供电的要求〔1〕第442条，对井下各程度中央变〔配〕电所、主排水泵房和下山开采的采区排水泵供电线路，不得少于两回路。〔2〕第449条，井下低压配电系统同时存在2种或2种以上电压时，低压电气设备上运用明显地标出其电压额定值。〔3〕第450条，矿井必需备有井上、下配电系统图，井下电气设备布置表示图和电力、、信号、电机车等线路平面敷设表示图，并随着情况变化定期绘制。〔4〕第451条，电气设备不应超越额定值运转。〔5〕第458条，直接向井下供电的高压馈电线上，严禁装设自动重合闸。〔6〕第459条，井上、下必需装设防雷电安装，并遵守由地面直接入井的轨道及露天架空引入〔出〕的管路，必需在井口附近将金属体进展不少于2处的良好的集中接地。2、<煤矿平安规程>对机电硐室的要求〔1〕第462条，变电硐室长度超越6m时，必需在硐室的两端各设1个出口。〔2〕第463条，硐室内各种设备与墙壁之间应留有0.5m以上的通道，各种设备之间，应留出0.8m以上的通道。〔3〕第464条，带油的电气设备必需设在机电设备硐室内，严禁设集油坑。〔二〕用电平安作业制度1、任务票制度其内容：〔1〕任务担任人；〔2〕任务人员；〔3〕任务内容和任务地点；〔4〕方案任务时间；〔5〕平安措施；〔6〕答应开工时间；〔7〕任务担任人变动；〔8〕任务票延期；〔9〕任务终结。2、任务答应制度3、高压倒闸、实验操作票和任务监护制度——高压倒闸操作和高压实验必需执行操作票和任务监护制度，必需由两人执行，其中一人监护，一人操作。4、停送电制度5、验电、放电、接地、挂牌制6、任务防止送电的措施〔1〕高压防爆配电安装停电后，必需把开关拉出，使插销脱离电源。〔2〕从两侧送电的设备，必需可靠地断开各方面电源，拨出插销或拉开闸。〔3〕低压防爆开关在开盖进展检修时，严禁解除闭锁，不盖盖进展送电实验或进展其他带电检查任务。7、井下用电十不准制度〔1〕不准带电检修、搬迁电气设备、电线、电缆。〔2〕不准甩掉无压释放器、过流维护安装。〔3〕不准甩掉漏电继电器、煤电钻综合维护安装和部分通风机风电、瓦斯电闭锁安装。〔4〕不准明火操作，明火打点，明火爆破。〔5〕不准用铜丝、铝丝、铁丝等替代保险丝。〔6〕停风、停电的采掘任务面，未检查瓦斯，不准送电。〔7〕有缺点的线路不准强行送电。〔8〕电气设备的维护安装失灵后，不准送电。〔9〕失爆的设备、失爆的电器，不准运用。〔10〕不准在井下装配和撞击矿灯。8、井下供电要实行“三无〞——即无“鸡爪子〞，“羊尾巴〞，无明接头。必需坚持运用检漏继电器，坚持运用煤电钻、照明、信号综合维护，坚持运用风电和瓦斯电闭锁。〔三〕触电的危害及预防措施1、触电的概念及分类〔1〕概念——人触及带电导体或触及因绝缘损坏而带电的电气设备金属外壳，或接近高压带电体而成为电流通路的景象称为触电。〔2〕触电的分类A、电击——是指触电电流对人体内部组织的损伤。在触电事故中，85%以上是电击死亡事故。B、电伤——是指电流的热效应、化学效应和机械效应对人呵斥呵斥的损伤。〔3〕触电的方式A、单相触电；B、两相触电；C、跨步电压触电。2、影响触电危险的要素〔1〕触电电流的影响A、感知电流〔成年男性：1.1mA；成年女性：0.7mA〕。B、摆脱电流〔男性:9mA；女性:6mA)。C、极限电流〔当触电电流大于30mA时，才有发生心室纤颤的危险〕。〔2〕触电电流继续时间的影响——触电继续时间是指从触电瞬间开场到人体脱离电源或电源被切断的时间。我国规定触电的平安电流与触电的平安时间为30mA.s。〔3〕人体电阻的影响——人体电阻是触电电流流经人体各部分组织的电阻。包括体内电阻和皮肤电阻两部分。其中，体内电阻是由肌肉组织、血液、淋巴和神经等组成。其电阻值普通不低于50Ω。〔4〕接触电压——是指人站在地上，身体某一部分碰到带电体或带电金属外壳时，人体接触部分与站立点的电位差。〔5〕电流频率的影响〔6〕触电电流流经途径的影响3、平安电流和平安电压〔1〕平安电流——是指发生触电时不会使人致死、致伤的经过人体的最大触电电流〔30mA〕。〔2〕平安电压——是平安电流与人体电阻的乘积称为平安电压〔36V〕。〔四〕井下电气事故及防治措施1、煤矿井下触电事故的缘由〔1〕高压电网触电事故的主要缘由A、带电清扫，带电检查、带电搬运，带电作业。B、没有任务票，没有平安措施，没有执行高压电网作业中停电、验电、放电等要求。C、误操作，误停、送电，错误识别开关和电缆，没有执行作业监护制度，没有悬挂“有人任务，不准送电〞警示。D、没有设置高压漏电维护安装。〔2〕低压电网触电事故的主要缘由A、违章带电安装，带电检修，带电检查。B、不执行停送电制度，停错、送错电。C、用电平安技术管理有破绽，如设备及电缆漏电，维护安装失灵而没有及时修缮或改换。〔3〕直流触电事故的缘由A、架线高度低不符合要求；B、带电修缮电机车集电弓；C、工人违章乘坐矿车；D、矿车掉道后，运用长铁器处置时触及架线；E、人在有架线的巷道里扛钎子、管子等触及架线；F、架线漏电或没装直流漏电维护安装。2、井下电气事故防治措施〔1〕井下不得带电检修、搬迁电气设备、电缆和电线。〔2〕严厉按规程及规定操作电气设备。〔3〕加强对电气设备、供电线路的管理。〔4〕防止人体接触或接近带电体。〔5〕对人员经常接触的电气设备，采用低任务电压。〔6〕井下电气设备必需有维护接地。〔7〕设置漏电维护系统，一旦发生人体触电，应立刻切除电源，保证人身平安。〔8〕上、下行走，不能手扶电缆，防止电缆漏电。〔9〕严禁在电气设备上躺坐，以防触电。〔10〕加强平安教育培训。四、杂散电流的危害及防治措施〔一〕杂散电流的概念及平安值1、概念——是指任何不按指定通路而流动的电流。2、平安值——杂散电流值应不大于60mmA。〔二〕杂散电流的危害〔1〕在井下，杂散电流能够引起电雷管的误爆炸。〔2〕对井下金属管道和铠装电缆外皮呵斥腐蚀，缩短了金属铠装电缆和金属管路的运用寿命。〔3〕杂散电流能够产生火花，引起瓦斯、煤尘爆炸，引起火灾。〔4〕杂散电流能够使漏电维护、高压隔爆配电安装发生误动作。〔三〕杂散电流的防治措施1、直流杂散电流的防治措施〔1〕当有两个以上牵引变注所向架空线供电时，牵引变电所供电区域之间应设绝缘和分段联络开关。〔2〕架线约隔500m应设绝缘和分段联络开关。〔3〕馈电线与架线运用不少于2个铜质馈电夹子衔接，每个夹子与导线的接触面积应不小于导线截面的1.5倍，衔接应巩固、可靠。〔4〕多程度消费的矿井，每个消费程度要有单独的直流供电系统，严禁一个牵引变流所向多程度供电。〔5〕牵引变流所电源的正极经馈电线接架线，负极经回路电线接轨道。〔6〕牵引变流所应设在架线区间的中央，最正确供电半径不宜大于1.5Km。〔7〕回电轨道的接缝应进展电气衔接。〔8〕不同规格的轨道科缝电阻值不大于表2的要求。〔9〕回电的平行钢轨间，每隔50m运用截面不小于30mm²的钢板进展电气衔接。〔10〕回电轨道在道岔处导轨和主轨道之间应进展电气衔接，衔接电阻值与轨道接缝电阻值的要求一样。〔11〕不回路的轨道和回电的轨道相连时