矿山供电系统.ppt

矿山电工学,李国欣,中国矿业大学信电学院,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,2,主要学习内容,CH1 矿山供电系统及设备 CH2 安全用电及保护 CH3 煤矿机械设备的电气控制 CH5 节电及电气化指标 CH6 井下供电系统设计与计算,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,3,主要参考书,1. 矿山电工学 / 赖昌干等编 煤炭工业出版社 2006 2.矿山电工学 / 赖昌干等编 煤炭工业出版社 1991 3.矿山电工学（采矿工程专业） / 郭玉等编 煤炭工业出版社 1984 4. 供电技术 / 王崇林等编 煤炭工业出版社 1997,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,4,CH1 矿山供电系统及设备,学习要求 1. 一般掌握：典型电力系统的组成及有关的基本概念、电力负荷分级及对供电系统的要求、供电系统的连接方式、矿山供电系统、矿用变压器、矿用电缆。 2. 熟练掌握：矿山供电系统中的电气设备额定电压的确定、矿山供电系统中常用的高、低压开关电气设备。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,5,第一节 概述,一 电力系统 二 电力系统的额定电压 三 电力负荷分级及其对供电的要求,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,6,一、电力系统,电力系统的概念：是指进行生产、传输、分配、消费电能的各个环节构成的一个整体。,图1 一个简单的电力系统,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,7,主要电气设备符号（1）,交流发电机(G) 电力变压器(T) 断路器(QF) 隔离开关(QS) 熔断器(FU) 刀开关(QK) 熔断器式开关(Q),2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,8,主要电气设备符号（2）,负荷开关(Q) 线路、母线(W) 电流互感器(TA) 电压互感器(TV) 阀型避雷器(F) 电抗器(L) 电容器( C ) 电缆及终端(X),提示：课本中此处有小错误！,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,9,2. 电力系统的主要环节（1）,（1）发电厂（站）： 指将其他形式的能量转换成电能的场所。 一般根据所使用的能源的不同，将电厂分为火力发电厂、水力发电站、核电站、潮汐电站、风力发电场、太阳能发电场、地热发电厂等。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,10,2. 电力系统的主要环节（2）,（2）变电所：指进行电压变换和汇集、分配电能的场所。 按用途分： 升（降）压变电所、联络变电所、工矿企业变电所、农村变电所、整流变电所等。 按地位分：枢纽变电所、穿越变电所、终端变电所。 按供电范围分：区域（一次）变电所、地区（二次）变电所。 矿区变电所属于？,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,11,2.电力系统的主要环节（3）,（3） 电力网：将输送、变换、分配电能的各种变电所和各电压等级的电力线路构成的网络称为电力网。 根据电压等级的不同，电力网可分为： 低 压 电 网：1kV及以下 高 压 电 网：3kV330kV 超高压电网：330kV1000kV 特高压电网：1000kV以上,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,12,中国电力市场化改革 2002年11月,国家电力监管委员会 2家电网公司 国家电网公司 中国南方电网有限公司 5家发电公司 中国华能集团公司 中国大唐集团公司 中国华电集团公司 中国国电集团公司 中国电力投资集团公司,4家辅业公司 中国电力工程顾问集团公司 中国水电工程顾问集团公司 中国水利水电建设集团公司 中国葛洲坝集团公司,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,13,二、电力系统的额定电压（1）,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。,3kV及以上额定电压（线电压，kV),2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,16,二、电力系统的额定电压（2）,电气设备额定电压的确定 我国国家标准规定：一般供电设备的额定电压应高出系统和用电设备的额定电压的5，用以补偿正常负荷时线路上的电压损失，使设备获得近似额定的电压受电设备的额定电压与系统额定电压相对应,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,17,电压等级、输送功率及输送距离范围,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,18,二、电力系统的额定电压（2）,注：按线路允许电压损失10%，负荷允许电压波动5%,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,19,3.电气设备额定电压的确定(1),确定电气设备额定电压的一般规律： A. 发电机： 额定电压 VGN=1.05系统额定电压（VN） B. 变压器： 受电侧额定电压VTN1 与发电机相连时，VTN1=VGN=1.05VN 与线路（系统）相连时，VTN1=VN,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,20,3.电气设备额定电压的确定(2),B. 变压器 输出侧额定电压VTN2 与35kV线路相连 VTN2=1.1 VN 与10kV线路相连 VTN2=1.05 VN 与10kV线路相连，但变压器的短路电 压百分比 VS%7.5%，或连接长线路时 VTN2=1.1 VN,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,21,3.电气设备额定电压的确定(3),C. 系统额定电压与设备额定电压 系统VN=用电设备VN 系统额定电压和设备额定电压值根据 表1-2、1-3确定 下面举例说明电力系统中电气设备额定电压的确定方法.,请根据下面系统图已知参数确定各电气元件的额定电压.,6.3kV,6.3/363/121kV,110/10.5kV,330/38.5kV,6/0.4kV,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,23,二、电力系统的额定电压（4）,4. 煤矿常用电压等级及应用范围 36V及以下：井下电气设备控制及局部照明 127V：井下照明及手持式电钻 220V：矿井地面照明 250V(DC)：电机车 380V：小型矿井井下使用 500V(DC)：井下电机车,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,24,4. 煤矿常用电压等级及应用范围,660V：井下低压动力 750V(DC)：露天煤矿工业电机车 1140V：井下综采动力 1500V(DC)：露天煤矿工业电机车 6kV: 井上、下高压电机及配电电压 10kV：特大型矿井井上、下高压电机及 配电电压 35、60、110kV：矿区受电电压或配电电压,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,25,三、电力负荷的分级及对供电的要求,电力负荷的等级：根据不同负荷对供电可靠性的要求不同分级。 一级负荷：采用两个独立电源供电。 二级负荷：采用两回线路供电。 三级负荷：不属于一、二级负荷的所有用电设备，对供电无特殊要求，一般采用单一回路供电。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,26,一级负荷,对突然中断供电将造成生命危害、导致重大设备破坏且难以修复、打乱复杂生产过程并使大量产品报废，给国民经济造成重大损失的负荷为一级负荷。 如矿井的通风、排水、提升等负荷。 独立电源：指若干电源中的任一个在突然发生停止供电时，不会影响其他电源的供电。 如分段母线的电源来自不同发电机，且其输变配各环节为分列运行的。 或母线之间无联系，或有联系，但当其中一个故障时其联系会自动断开，不影响其他供电的。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,27,二级负荷,突然中断供电时将造成大量减产，产生大量废品，大量原材料报废，使工业企业内部交通生产停顿的负荷为二级负荷。 如矿井的地面空压机、提运设备、井底车场的整流设备等。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,28,三、电力负荷的分级及对供电的要求,2. 电力负荷对供电的基本要求 1）保证供电的安全可靠性； 2）保证电能的良好质量； 3）保证供电系统的经济性。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,29,1）供电的安全可靠性,首先要保证系统各个设备、元器件的运行可靠。可采取进行监视、维护，定期试验检修等方法，确保设备工作可靠。同时在系统中有备用容量，以备急需。 对煤矿生产的含煤尘、瓦斯、高湿度等特殊环境，为确保供电安全，还必须采取防触电、防潮、防爆、抗磨损等措施，正确选择设备、确定供电系统方案，并加强保护措施，经常进行检修。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,30,2）保证电能的良好质量,使电压幅值和频率保持在一定允许范围内，并使波形畸变不超过允许值。 电压幅值允许变化范围：,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,31,2）保证良好的电能质量,频率变化范围一般为500.2Hz 电压和频率超出允许范围的危害：影响电力系统的稳定运行，设备运行及出力恶化，生产质量受到较大影响。 波形畸变：交流电压波形畸变，表示电网含有高次谐波，谐波含量过高，会使继电保护、自动装置、计算机等不能正常工作，所以一般波形畸变不允许超过5%，矿山610kV母线上不允许超过10%。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,32,3）保证供电系统运行的经济性,经济性包括使供电系统建设成本降低、提高设备运行效率，降低损耗，使系统有较好的运行效益。 在保证供电安全可靠前提下，使用户获得优质的供电，在此基础上考虑使系统运行经济合理。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,33,第二节 矿山供电系统,一、供电系统的接线方式 二、供电系统 三、矿井各级变电所及配电点,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,34,一、供电系统结线方式（1）,基本概念 供电系统结线：各电气设备及其联结线构成的电路，进行汇集和分配电能。 结线方式按布置方式分：放射式、干线式、环式、两端供电式 按运行方式分：开式网络、闭式网络 按可靠性分：无备用网络、有备用网络,2. 系统网络结构,1）放射式 （1）单回放射式：适用三级负荷、二级小负荷或某些专用设备的供电。系统简单、运行维护方便；缺点是使用的开关、线路多，供电可靠性差。,放射式结线 单电源单回路,（2）双回路放射式,单电源双回路：从一段母线上并列引出两回线路，每回线路有单独的开关控制。适用二级负荷。供电可靠性高，运行可采用并列运行，也可一路运行，一路备用，运行灵活。,双电源双回路：从两段母线上各引出一回线路对用户供电。适用较大容量或一级负荷的供电。供电可靠性相对更高。缺点是设备投资相对较大，继电保护保护设置相对难。,（2）双回路放射式,2）干线式供电,直接联络式：从一路高压配电干线上直接引出分支线向用户供电，分支线一般不超过5，且配电变压器容量不超过3000kVA。 一般适用于架空线上对三级负荷分散用户供电，也可用于井下电缆线路对多台顺槽输送机供电。 优点：回路少，高压配电装置数量减少、造价低。 缺点：当公用干线故障全部断电，可靠性较差。,2）直接联络式干线式供电结线图,贯穿联络式：各用户为串联方式，联结各用户的干线的进出两端均采用隔离开关，可减少某段干线故障而引起的停电范围，设备投入增加。,3）环式：线路将电能从两段母线或同一电源引出，经过不同线路接入变电所或负荷点。适用于电源对矿区用户相对位置居中或较远，而用户间距较近，且负荷相差不太悬殊的供电。供电可靠性高，运行、保护整定困难。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,42,一、供电系统结线方式（3）,3. 矿山各级变电所常用结线方式： 变电所主接线分为：单母线、桥式、双母线、线路变压器式 1）单母线：进出线均有断路器（可切断负荷与故障电流），以及与母线相连的“母线隔离开关”，与负荷线路相连的“线路隔离开关”。 一般有单母线不分段和单母线分段两种典型结线。,（1）单母线不分段,单母线不分段 特点：母线系统故障或检修须全线路断电。结构简单，造价低，运行不够灵活可靠。适于小容量用户。,（2）单母线分段,A. 隔离开关分段（QS分段）适用由双回路供电、允许短时间停电的二级负荷 B. 断路器分段（QF分段）适用一级负荷较多情况，可切断负荷和故障电流。 在采用断路器分段时，除能实现切断负荷或故障电流外，也可在继电保护下实现自动分合闸。在其中一条线路故障或需要检修时，可以将负荷转到另外一条线路，避免全部停电。 在检修母线或电源故障时，不能避免故障母线用户的停电。为避免长时间停电，可以采用加装旁路母线或采用双母线解决。,单母线分段结线图,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,46,2）桥式结线,对具有两回电源进线、两台变压器的变电所，可采用桥式结线。 “桥”为一条由断路器和隔离开关组成的用以进行线路的横联和跨接。 根据跨接桥横联位置的不同，桥式结线可分为“内桥式”、“外桥式”和“全桥式”。,2）桥式结线（外桥）,跨接桥在变压器断路器QF1和QF2的外线路侧，进线回路只有隔离开关。 对变压器的切换操作方便，对电源进线操作不便。 适用变电所：A.供电线路短、切换线路少的；B. 要经常切换变压器的；C. 有稳定的穿越功率的；D. 处于环网中；E. 向一、二级负荷供电的。,2）桥式结线（内桥）,跨接桥在变压器断路器QF1和QF2的靠变压器侧，变压器电源端只有隔离开关。 提高对电源线路运行的可靠性和倒闸操作的灵活方便性。 适用变电所：A.供电线路长（线路故障几率大）；B.不需要经常切换变压器的且负荷稳定的；C. 没有稳定的穿越功率的；D. 处于电网终端；E. 向一、二级负荷供电的。,2）桥式结线（全桥）,全桥结线克服了外桥和内桥结线的不足，操作方便、运行灵活，但其相应占地面积大，投资增加。 对于电压在35kV、容量在7500kVA以上，或电压为110kV、容量在31500kVA以上的变压器，当隔离开关切断空载电流能力不足时采用。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,50,二、矿山供电系统,矿井供电方式取决于矿区范围、机械化方式、矿层结构、采煤方法、矿层埋藏深度、矿井涌水量大小等因素。 典型的供电方式： 深井供电系统 浅井供电系统 平硐供电系统,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,51,深井供电系统,适用矿层埋藏深、倾角小，采用立井和斜井开拓，生产能力大的矿井。 如下页图6kV高压电能从矿井地面变电所母线引出，先由沿井筒敷设的铠装电缆送至井下主变电所，再送到采区变电所或移动变电站降压，得到660V或1140V低压电，然后经过采掘工作面配电点，向采掘机械等设备供电。,地面部分,井下部分,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,54,浅井供电系统,对矿层埋藏不深（距地表100200m内）的情况，处于经济和运行方便的考虑，一般采用浅井供电系统。 （1）对于采区距井底车场较远（2km）、井下负荷小、涌水量不大的矿井，可经架空线路，将610kV高压电由地面变电所送至与采区位置相应的地面变电亭，再降压至380或660V，再沿钻眼送至井下采区变电所。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,55,浅井供电系统,（2）当采区负荷小而井底车场负荷大时，对井底车场的供电，可沿井筒敷设高压下井电缆供电；对采区的供电，可沿钻眼敷设低压电缆提供。 （3）对采区巷道很长、负荷又大，为保证正常电压，可经高压架空线路，将电能送至与采区对应位置的配电点，沿钻眼敷设高压电缆，向井下采区变电所供电，再由该变电所降压，向工作面提供低压电力。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,56,浅井供电系统,深井与浅井供电系统的不同：在于浅井井底车场的配电所代替了深井系统中的井下变电所，以及采用钻眼向采区供电的方式。 钻眼供电的优点 （1）将由矿井地面变电所至采区变电所的电缆线路换成可靠的架空线路，节约有色金属和投资； （2）井下巷道中没有高压电缆，人员设备更安全。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,57,浅井供电系统,钻眼供电的优点 （3）减少井下变电所硐室的开拓； （4）再由沼气煤尘突出的采区，由于使用变电亭，使防爆高压配电箱和矿用变压器的使用大大降低； 缺点 （1）需要进行钻孔、下套管，且套管不能回收； （2）需要加设架空线路、修建变电亭； （3）冬季施工维护困难。,浅井供电系统地面变电所,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,59,平硐供电系统,对矿层埋藏较浅（低于100m）、分布范围广的矿井一般采用平硐开采的供电系统。 对深部的用电设备，可利用小风井、斜井或钻孔附近设置的地面变电亭提供低压电力。当需要向平硐提供直流电时，可先经地面变电所整流，再用电缆下送。对平硐开拓且井深在150m的用电设备供电，其系统与深井供电相同。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,60,三、矿井各级变电所及配电点,1. 矿井地面变电所 1）位置选择原则 （1）靠近主要负荷和入井电缆井筒，减少金属导线消耗，降低电能损耗。 （2）架空线与所址同时确定，一边为各级电压线路进出变电所留出走廊。 （3）设在常年主导风向上风侧，避开污染源。 （4）具有适宜的地形和地质条件。 （5）避开危险区和排废场，与铁路距离40m。 （6）交通方便，有扩展空间。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,61,1. 矿井地面变电所（2）,2）地面变电所的布置 一般10kV及以下电压等级的配电装置采用户内式成套配电装置；35kV及以上电压的采用户外架构式配电装置。对特殊地区或场合应用时35kV110kV变电所也采用户内式配电装置。 为保证运行时电气设备和人员的安全以及检修维护和搬运的方便，对室内外的配电装置的各个部件，规定了最小的电气绝缘间距。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,62,2. 井下主变电所(3),1）位置选择原则 应尽量靠近负荷中心，并根据通风良好、交通方便、进出线易于敷设、顶底板条件及保安煤柱的位置等因素，综合加以考虑。 一般设在靠近副井的井底车场范围内。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,63,2. 井下主变电所(4),井下主变电所的位置示意图。 1副井井筒；2主井井筒； 3井下主（配）变电所；4主水泵房； 5井底车场巷道,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,64,2. 井下主变电所(5),2）硐室要求 A. 硐室用非燃性材料支护，尺寸取决于硐室内的电气设备的数量、大小及它们之间的通道，并考虑留有20的余地。 B. 硐室长度超过6m时，应在两端各设一出口，一个与井底车场大巷相通，并安有栅栏、防火两用门。另一个与水泵房相连，彼此间应有装栅栏、防火两用门的隔墙。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,65,2. 井下主变电所(6),2）硐室要求 C. 泵房应有单独通至巷道的通路，在通道设向外开的栅栏防火两用门。硐室长超过30m时，应在中间增设一个出口。硐室内温度不应超过35。硐室地面应高出其出口大巷的底板标高0.5m。从硐室出口的防火门起，5m内的巷道采用非可燃性材料支护。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,66,2. 井下主变电所(7),3）设备布置 （1）布置原则 A. 井下主变（配）电所内设备间的电气连接，除在开关柜内可以采用硬母线外，均需要采用电缆。高压电缆一般应敷设在电缆沟中，低压电缆可悬挂在墙上。 B. 为缩短硐室长度，一般采用双列布置，但当设备台数较少、低压开关采用配电盘时，也可采用单列布置。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,67,井下主变电所设备布置原则（2）,C. 硐室内分成变压器室、配电室两间，以防火门相隔；配电室的高低压设备应分开布置。 D. 硐室尺寸按设备最大数量及布置方式确定，并满足如下条件： 高压配电设备备用位置按设计最大数量的20考虑，且不少于两台； 低压设备的备用回路，按最多馈出线路数的20考虑； 主变压器为两台以上时，不需留备用位置。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,68,E. 高压开关柜在布置时，操作走廊宽度不小于1.5m（单列布置）或2.0m（双列布置）；维护走廊不小于0.8m；靠墙布置时离墙距离不小于0.05m（背面）和0.2m（侧面），对于隔爆配电箱为0.50.8m、0.81m。 F. 所有电气设备外壳必须接地。接地母线距地0.30.5m，且沿硐室内壁敷设。由于井下主接地极距井下主变电所很近，故除检漏继电器的辅助接地极外，一般不再另设局部接地极。,井下主变电所设备布置原则（2）,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,69,井下主变电所的布置方式，由井下条件和所采用的高低压配电装置的类型来决定。 对于低沼气矿井，高压开关柜台数不太多，且采用矿用一般型手车式（GKFC-1型）、低压开关采用矿用低压配电屏设备时，井下主变电所的布置，采用图114所示的单列布置形式。当用电负荷较大、高压开关柜台数较多时，高压开关柜也可用双列布置。,（2）井下主变电所设备布置方式,低沼气矿井接线示意图,低沼气矿井井下主变电所设备示意图,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,72,对于高沼气、煤与沼气突出的矿井，其井下主变电所采用115所示的布置方式。硐室的长度L由下井电缆的条数以及高压隔爆配电箱的型号与台数决定。 图中变电所高压开关柜采用PB2-6或PB2-6GA型隔爆配电箱，低压开关柜采用DW80型隔爆自动馈电开关，高低压设备均为双列布置。,（2）井下主变电所设备布置方式,高沼气矿井接线示意图,高沼气矿井井下主变电所电气设备设置示意图,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,75,3. 采区变电所,1）供电方式 传统方式采区变电所工作面配电点方式 这种供电方式以低压向全采区负荷供电，较安全。但由于所用电缆、开关较多，供电系统相对复杂，且电能和电压损失较大。同时低压电缆长，供电容量受限制。一般用于炮采和普通机械化采煤。,DB：高压配电箱 QA：自动馈电开关 SM：磁力起动器 SH：手动起动器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,77,3.采区变电所（供电方式）,综采矿井常用方式：6kV采区变电所移动变电站工作面配电点方式 优点： （1）与传统方式相比，由高压直接深入工作面，简化了低压供电系统，缩短了低压供电距离，减少了电能损耗，保证了电压质量，可满足正常运转和启动的需要。系统简单，电网安全可靠程度增加，同时减少了电缆截面和低压开关数量。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,78,3.采区变电所（供电方式）,（2）采用了干式变压器，提高了采区供电的防爆性能，利于安全，便于检修。 （3）移动变电站可根据需要移动或固定，不需建造变电所硐室。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,80,缺点： （1）6kV高压直接送入采区动作面附近，且低压侧电压为1140V，对安全不利。 （2）采用了移动变电站，需要拓宽巷道，铺设轨道。同时因地质条件的不同，使移动变电站的安装、运输和维护受到空间的限制。,3.采区变电所（供电方式）,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,81,3. 采区变电所,2）位置确定原则 （1）位于负荷中心，并保证向采区内最远距离、最大容量负荷供电； （2）一个采区尽量采用一个采区变电所； （3）尽量设在顶底板稳定，无淋水地点； （4）通风、运输方便。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,82,3. 采区变电所,3）采区变电所硐室 工作两年以上的采区变电所硐室，视为永久性建筑，应采用不燃性材料支护；工作时间较短时，可不设硐室，利用上山间或顺槽间联络巷，应用不燃性材料支护。 硐室的面积取决于设备的数量和布置形式，防火门、通风口、设备布置等于井下主变电所相同。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,83,3. 采区变电所,4）采区变电所的布置方式及设备 采区变电所设备的布置：一般高压设备与低压设备分开，变电设备、配电设备分开的原则。各设备布置的尺寸需满足规程要求。硐室内不设电缆沟，高低压电缆沿墙敷设，硐室门的两侧及顶端，预埋内径为电缆外径1.5倍的电缆套管，且离地面0.30.5m敷设。,采区变电所设备布置图,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,85,1）工作面配电点的设置 工作面配电点接受由采区变电所或移动变电站送来的低压电能，通过控制开关、磁力启动器，用软电缆向回采或掘进工作面的设备供电。并利用干式变压器或煤电钻变压器综合装置，将电压降为127V，向电钻、照明和通信设备供电。 由于经常需要随工作面移动搬迁，一般不设专用硐室。回采工作面配电点常设在邻近的运输平巷内，距工作面5070m。非沼气煤尘突出矿井，机采工作面配电点可设在回风巷内，掘进工作面配电点多设在掘进巷的一侧，距掘进工作面80100m。配电点附近应用非燃性材料支护。,4. 工作面配电点,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,86,2）配电点控制开关的设置 对由工作面配电点直接控制的工作面上的各种电气设备，应用经直接接在该配电点母线上的专用磁力启动器控制。 由于工作面配电点距采区变电所较远，并因采掘工作面电气设备经常移动、负荷重、启动频繁、工作条件差、维护量大，一般应在每个配电点加设一台电源进线自动馈电开关。该开关与配电点的其他磁力启动器设在一起，以便于停送电操作和管理、维护。且磁力启动器出现机构失灵或节点粘连时，可借其切断电源。另外，还能增加过流保护系统的可靠性和选择性。,4. 工作面配电点,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,87,4. 工作面配电点,3）对顺槽和工作面输送机的供电方式 根据具体情况，可选择： （1）顺槽输送机线的供电方式。如图所示的干线供电方式，一般适用于顺槽输送机巷道较长、输送机台数较多、工作面只有一台输送机的情况。 （2）高沼气矿井煤层、急倾斜V型长壁采区顺槽工作面输送机供电方式。,干线式胶带输送机供电方式,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,90,第三节 高压供电设备,一、高压开关电器 分立使用的高压开关电器主要有：熔断器、断路器、隔离开关、负荷开关。 熔断器：当有过电流流过时，元件会由于本身发热而熔断，并借助灭弧介质的作用，使其连接的电路断开，从而保护电力线路和电气设备。 按结构和动作原理分为： 限流式熔断器和跌落式熔断器。,1. 熔断器,1）限流式 熔断器 组成：熔丝 磁管、石英 砂及联结附 件等。 结构图：,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,92,1.熔断器,1）限流式熔断器 （1）熄弧能力强，可在短路电流达到最大峰值前约0.01s内使其减至零，使电弧熄灭。因此可限制短路电流，降低对电气设备的动、热稳定性的要求。 （2）由于电弧电流被强迫过零，容易产生过电压。需要将过电压限制在2.5倍额定电压下。采用变截面熔体，使各段熔体的熔化时间错开，达到适当延长熔化时间并限制过电压的目的。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,93,1）限流式熔断器,（3）开断电路时无游离气体排出，广泛用于室内配电装置中。 RN1系列的IN20200A型，供高压线路和设备的短路过载保护用。 RN2系列专门作为TV的短路保护用。 （4）选择： A. 熔断器的上限容量不大于最大短路电流，下限容量不小于最小短路电流。 B. 保护电机的熔丝安秒特性曲线，应高于电机启动时的安秒特性，且同一电流及最大电流下两者时差不应大于0.5s。,RN1、RN2、RW10-35型、RNZ型系列户内、户外、直流熔断器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,96,2）RW1系列户外跌落式熔断器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,97,2）RW1系列户外跌落式熔断器,正常情况下，其利用熔丝将由动触头组成的熔丝管上的活动关节拉紧，使熔断器保持在通路状态。故障使熔丝产生高温电弧使熔丝管内产生大量的气体，引起管内压力升高，气体高速向外喷出产生强烈的去游离作用，使电流过零时将电弧熄灭。活动关节因熔丝熔断而释放，熔丝管跌落。 由于其在灭弧时会产生大量的游离气体，并伴随巨大响声，一般只在户外适用。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,98,2. 断路器,作用：切断正常负荷电流和短路故障电流，既作控制又兼作保护用。 符号含义：例SN1-35G-3000-30 S灭弧方式(K-空气；S-少油；D-多油； Z-真空；C-磁吹；L-六氟化硫)； N安装方式(N-户内；W-户外)； 1设计序号； 35额定电压(kV)； G代表改进型； 3000额定电流(A)； 30额定容量(MVA),2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,99,（1）多油断路器,使用油作为灭弧和绝缘介质，箱内充油较多。 矿用主要有DN1-10和DN1-10G型。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,100,（2）少油断路器,少油断路器充油较少，油仅作为灭弧介质用，绝缘靠空气和磁绝缘子实现。相比多油型其油量少，油箱结果坚固，使用安全、安装简单。 运行时油箱带电，必须安装在支持绝缘子上。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,101,（3）真空断路器,真空断路器采用高真空作为灭弧介质，其核心部件为真空灭弧室。 真空灭弧室内空气非常稀薄，其内气体几乎没有游离作用。触头在分离过程中能迅速灭弧，不会产生大的电弧。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,102,（3）真空断路器,真空断路器灭弧室如图所示，触头密封在真空灭弧室内，动、静触头分别焊接在动、静导电杆上，动触头借助波纹管实现密封。在机械机构的驱动作用下，动触头可在灭弧室内沿轴向移动，实现分合电路的作用。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,104,（4）SF6 断路器,采用六氟化硫气体作为灭弧介质的断路器。SF6 是一种化学性质稳定的惰性气体，正常状态下无色、无味、无毒、不燃、无老化现象。具有良好的绝缘和灭弧性能。 SF6 断路器具有开断能力强、断口电压高、噪音小、无火灾危险等优点。但SF6 在高温电弧的作用下分解的低氟化物剧毒，对断路器的加工工艺要求非常严格。最近几年在国内使用正在增多。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,105,SF6断路器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,106,3. 隔离开关,（1）作用 将高压配电装置元件与电源隔离。 （2）用途 A. 隔离电源 B. 电路转换 C. 闭合或分断小电流电路,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,107,3. 隔离开关,（3）操作与选用 由于隔离开关没有灭弧装置，只能切除相当小的电流，所以严禁带负荷进行分合闸操作。须严格遵守“倒闸操作”的规定，即：分闸时，先断QF，后断QS；合闸时，先合QS，后合QF。 选择时一般根据额定电压、电流等进行考虑，作短路时的动、热稳定校验。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,108,4. 负荷开关,（1）负荷开关有简单的灭弧装置，其他部分结构与隔离开关类似。可以用来切断负荷电流，但不能用来切断短路电流。 （2）用途：容量不大或不太重要的10kV及以下配电线路上作电源开关用 （3）加装熔断器的负荷开关可代替QF用，即可切除正常负荷电流，又可切断短路电流（一次性使用）。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,109,4. 负荷开关,如图为FN510RD型带有高分断能力熔断器的高压负荷开关，适用于交流50Hz，10kV电网中，作为开断负荷电流及关合短路电流之用。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,110,户内高压真空负荷开关一熔断器组合电器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,111,四种高压开关的特性总结,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,112,二、高压开关柜,高压开关柜以高压开关为主，按照一定的接线，针对使用场合、控制对象及主要元器件的特点，将有关的一、二次设备组合起来，装于封闭式或敞开式金属柜内的一种高压成套配电装置。 主要用于配电系统，作为接受与分配电能或直接启动大型电机用。 组成：母线、高压开关、TA、TV、计量仪表、保护装置、信号及操动机构等。 根据结构不同，分为普通型、矿用一般型和隔爆型。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,113,二、高压开关柜,普通型 适用于一般环境的高压开关柜，在矿井地面变、配电所或矿区变电所的高压配电系统广泛使用GG（固定型）、GBC（带保护型）高压开关柜。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,114,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,115,二、高压开关柜,2. 矿用一般型 特别要求：（1）全封闭外壳，具有防机械损伤，防潮结构。（2）在温度35 、相对湿度97的空气中运行绝缘良好，绝缘材料又耐油性和耐弧性。（3）引入电缆接线端子有一定的漏电距离和气隙。（4）高压油断路器的使用额定断流容量应为实际最大值的一半。（5）应有防误操作的机械闭锁装置。（6）电缆引出线应有接线盒或用插销联结电缆。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,116,2. 矿用一般型,我国煤矿常用型号：KYGG、GKW、GKFC、GFW型等。 G开关柜 K矿用型 W室外 F负荷开关 C手车式,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,117,手车式开关柜,结构：柜体和手车两部分 柜体内有汇流母线、电缆头、一次静触头座，两侧柜上有手车接地静触座，正面两侧各设触头6组。柜底设供手车用的轨道。 手车上有隔离开关，一、二次动触头，电流电压互感器，高压熔断器，多油断路器，电动操作机构、照明灯等。手车上部为仪表屏，下部为继电器屏。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,118,二、高压开关柜,3. 矿用隔爆型,PBG系列矿用隔爆兼本质安全型 高压真空配电装置,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,120,第四节 低压配电开关,隔爆自动馈电开关：容量较大，作为低压总开关和分路总开关。 隔爆手动起动器：容量较小，用于小负荷线路、照明变压器的控制保护及相应容量的鼠笼式电动机。 一、DW80系列隔爆自动馈电开关 适用于380V和660V网络,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,121,一、DW80系列隔爆自动馈电开关,1. 型号及数据 如DW80120F型 D自动空气断路器 W万能式 8隔爆型 0设计序号 120额定电流（A） F 带分励脱扣器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,122,一、DW80系列隔爆自动馈电开关,DW80系列矿用隔爆型馈电开关适用于含有爆炸性危险气体（如甲烷混合物）和煤尘的矿井下及其它工业厂矿中，在交流50Hz、电压380V、660V的线路中作为供电系统的总开关，分支开关用，也可以作为大容量电动机不频繁启动用，当线路发生过或短路时能自动切断电源。对电器产品有过载、短路、失压、欠压保护的功能。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,123,一、DW80系列隔爆自动馈电开关（外形）,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,124,一、DW80系列隔爆自动馈电开关,DW80系列外壳前后部分呈圆柱型空腔，前面装有断路器的操作手柄。该手柄借助联锁杆的作用实现盖子与自动开关的分合联锁。即自动开关闭合状态时，盖子打不开；在盖子开启状态时，手柄被联锁杆固定在断开位置，自动开关不能合闸，保证检修安全。即强制实现“断电源后开盖”。外壳与盖子连接采用转盖式，将盖子旋转一定角度，即可与外壳卡牢。,DW80系列馈电开关电路图,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,126,一、DW80系列隔爆自动馈电开关,三极万能自动空气断路器（手动三极接触器KM,过流脱扣器YA1,YA2和分励脱扣器YA3）均安装在绝缘板上。手动三极接触器由手柄直接控制，用于正常情况下分合电源。YA1,YA2在线路故障或过流时动作，用于自动跳闸和切断电源，起保护作用。YA3为一只有压释放器，与检漏继电器配合，一端连接L2相，另一端接于检漏继电器常开节点。当线路有漏电故障时，检漏继电器常开节点闭合，YA3线圈有电流通过，使自动开关跳闸。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,127,二、DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关,DWKB系列自动馈电开关用在1140V电压下的一般为方形，380V和660V电压的一般外形与DW80系列相识。一般用在200A400A供电系统中，作为馈电总开关、分支开关或大容量电机的控制开关。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,128,二、DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关,型号含义： 如DWKB30-400/1140Z D断路器 W万能式 K矿用 B隔爆型 30设计序号 400额定电流（A） 1140额定电压（V） Z真空断路器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,129,馈电开关外形图 1-联锁机构 2-试验开关 3-观察窗 4-提升手柄 5-隔离开关手柄 6-合闸、分断开关手柄 7-外接地端子,二、DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,130,二、DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关,2. 结构特征及系统框图 （1）馈电开关主要由隔爆外壳、（真空）断路器、隔离开关以及控制单元组成。真空断路器、隔离开关安装在主腔内，控制单元安装在门盖上。 （2）隔爆外壳由主腔、门盖和接线箱三部分组成。主腔为方形，右侧设有操作隔离开关的手柄、门盖和隔离开关间设有可靠的机械联锁装置，保证在控制回路有电时，不能打开门盖，门盖打开后，控制回路断电。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,131,二、DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关,（3）馈电开关盖左上侧设有电源、工作、绝缘、短路、漏电显示及其视察窗。门盖的右上侧设有试验开关可供馈电开关进行过载、短路、漏电模拟试验。门盖的右下侧是合闸与分断开关。 （4）主腔与门盖隔爆面的连接采用提升式勾挂结构。外壳左侧有一提升机构，通过操纵手柄将门盖提起，绕其转轴旋转便可将门盖打开。 （5）主电路和控制电路电缆通过接线箱上的引入装置引入、引出。 （6）接线箱内和外壳下部设有接地螺钉，安装使用时应可靠接地。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,132,二、DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关,3. 系统结构框图,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,133,电气部分主要由DW型自动开关QA触头、失压脱扣线圈YA1、分励脱扣线圈YA2、半导体脱扣器A1和信号显示装置HL及其辅助装置、信号检测环节等组成。 QA开关由操作手柄控制，用于通断主回路。自由脱扣机构受相关继电器控制，使QA开关在过载、短路、欠压、漏电（配合检漏继电器）等故障下跳闸，实现各种保护。 自由脱扣机构电源由QA开关电源侧引出，保证任何（带电）情况保证开关保护动作。 欠压保护在低于70额定电压时动作。,二、DWKB30系列矿用隔爆自动馈电开关,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,134,三、QS81系列隔爆手动开关,QS81系列隔爆手动开关又称手动起动器，主要用来控制井下小型输送机、水泵、局部风机和照明设备等。适用于具有爆炸性气体混合物（甲烷类）和煤尘的煤矿井下，在交流50Hz、电压380V至660V的线路中。主要型号有QS81及QSS81等。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,135,三、QS81系列隔爆手动开关,1. 型号及含义 2. 结构概述 起动器由隔爆外壳和装于壳内的本体组成。外壳为圆柱形，有凸出的底和盖。外壳上部焊有用于引入、引出电缆的隔爆型接线箱，壳盖与壳身采用转盖式结构连接，壳盖与操作手柄间设有可靠的机械联锁。本体含操作机构、触头、灭弧系统和熔断器等部分。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,136,三、QS81系列隔爆手动开关,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,137,三、QS81系列隔爆手动开关,3. 电气系统图 电气图包括一个三极手动接触器、引线端子，动触头的两相引出线带RM10型无填料管式熔断器。将操作手柄扳至“开”或“关”位置可以实现供电和断电操作。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,138,RM10型熔断器,RM10型熔断器用于切断负载电路的短路故障。熔片一般为变截面结构，用以提高熔件的断流能力。变截面在发生短路故障时窄截面处发热比宽截面处发热高的多，故先行熔断，从而使熔体分断为几截。 在断口处产生的单个电弧电压在150V250V，电弧串连在一起，当电弧数量越多则产生的总电压降就越高，为了使电弧自行熄灭，应适当选择窄截面个数，使电网电压不足以维持电弧的燃弧电压。如500V或380V选4个窄截面。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,139,变截面熔断器结构示意图,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,140,四、隔爆插销开关,由插座及插头两部分组成，外壳合金制成，转动“分”、“合”开关的转套，内部切换好开关就随之处于断开、接通状态，开关设有联锁机构，只有处于“分”位置时才能插拔。 适用范围：适用在含有爆炸性混合物的危险场所，在交流50Hz、额定电压100至380V的电路中，作为连接手持电动工具或照明灯电源之用。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,141,隔爆插销开关,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,142,第五节 电力变压器和移动变电站,一、电力变压器 低损耗电力变压器 矿井地面使用的电力变压器有SJL1型等传统变压器和S7、S9系列的低损耗变压器。低损耗变压器节能效果好，适合推广使用。 变压器是电力生产、使用过程中的主要耗能设备。S7、S9 系列低损耗变压器即低损耗非晶合金配电变压器是二十世纪八十年代初期在美国发展起来的一种新型节能型变压器。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,143,低损耗变压器,非晶合金是一种与传统硅钢片结构完全不同的材料，具有低铁损、高导磁率、高电阻率等特性。当磁密度相同时，低损变压器铁芯损耗只有传统硅钢片变压器损耗的2535%。 低损耗变压器与传统变压器的结构基本相同，但有如下特点： （1）改进铁心结构，降低空载损耗； （2）改进绝缘结构，降低负载损耗； （3）改进整体结构，降低附加损耗。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,144,630kVA、10kV低损耗变压器与传统变压器标准损耗值对比,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,145,2. 矿用动力变压器,1）型号及含义,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,146,1）型号及含义 如KSJ3-320/6即矿用三相旧系列油浸铜芯线变压器 K 矿用； S 三相； J 旧系列； S7或S9 低损耗； 320 额定容量（kVA）； 6 一次侧额定电压（kV）,2. 矿用动力变压器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,147,2. 矿用动力变压器,2）KS7系列矿用低损耗动力变压器 KS7系列变压器应用于无沼气、煤尘突出的煤矿井底车场及主要进风巷道。为适合矿井特殊工作场合，其结构与普通变压器不同点包括： （1）油箱采用低碳钢板，构造坚固，可承受0.1MPa内压力。 （2）不设贮油柜，以防在矿井下碰撞发生事故。 （3）油箱两侧有密封式高低压电缆接线盒磁套盒，盒下设有供电缆进出线的喇叭扣，低压出线盒旁装无载分接开关，供高压线圈分接头调整电压用。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,148,2. 矿用动力变压器,（4）油箱上设有注油用的注油塞，塞上设有通气孔以排出热空气及油中分解的甲烷产物用。 （5）油箱下有拖撬及带边缘的钢轮，可在35以下斜角的倾斜巷道内运输。,通用电力变压器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,150,3. 矿用隔爆干式变压器,与油浸式变压器相比其优点在于： （1）没有火灾和爆炸危险。 （2）不存在变压器油老化问题，维护检修工作量大大减小。 （3）附属部件简单，体积小，重量轻。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,151,1) KSG-2.5、4.0/0.66型矿用隔爆型干式变压器 KSG-2.5、4.0/0.66型矿用隔爆型干式变压器适用于煤矿井下有沼气和煤尘的爆炸危险场所，在交流50Hz，电压380V或660V的供电线路中为矿用煤电钻、井下照明或信号提供127(或133V)电源。,3. 矿用隔爆干式变压器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,152,3. 矿用隔爆干式变压器,2）KSGB型矿用隔爆干式变压器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,153,本系列产品用于有甲烷混合气体，煤尘等有爆炸危险的矿井中，将6、10KV电源转换成400（380）、693（660）、1200（1140）、3450（3300）V煤矿井下所需的低压电压。 KSGB型产品外壳为长方形，箱体两侧为瓦楞型，上部为圆弧形，有上开盖式和两边开盖式两种结构，具有强度高，温升低，散热性好，易于维修等优点。 变压器两端设有两个独立的高、低压隔爆接线腔，腔内装有高低压套管，供相应的电缆引线用，接线腔分别通过隔爆法兰面与高低压开关相连。,2）KSGB型矿用隔爆干式变压器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,154,该系列产品具有下列优点： 铁心选用优质低损耗硅钢片，空载损耗低，空载电流小，噪音低。 采用H级绝缘材料及先进的绝缘结构，热稳定性好，可在高温180度下持续满负荷运行。 器身经过多次特殊绝缘处理，具有良好的防潮性能。,2）KSGB型矿用隔爆干式变压器,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,155,2）KSGB型矿用隔爆干式变压器,变压器高压侧绕组设有额定电压的-4、 -8或5的调压分接抽头，便于将低压侧的电压调节为适当值。断开高压电源后，改变分接盒中连接片的位置，即可进行电压调整。另外通过改变低压侧的接线方式Y接线时，电压相应下降为原电压的 。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,156,变压器分抽头的调整,由于供电网络的线路传输中的电压存在损失等因素，使得电能在到达负荷端的时候，电压常常满足不了要求，这时候，如果是带有分抽头的变压器，就可以通过调节变压器的分抽头来调节电压，使电压达到用户的使用要求。 要弄清楚变压器的分抽头的调整方式，首先应了解带有分抽头的变压器的结构。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,157,变压器分抽头的调整,如左图为一带有分抽头的变压器结构图。可以看出，分抽头是位于高压侧。对于升压变压器，分抽头侧在输出侧；对降压变压器，分抽头侧在受电侧。一般说的变压器的一次侧、二次侧额定电压，是对应额定变比的电压值。当改变分抽头时，变压器的实际变比发生变化，则输入输出电压的关系也发生变化。,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,158,变压器分抽头的调整,变压器的分抽头的标识值+5或-5，意思即在高压额定电压（也即额定变比值）上增加5或减小5。 对升压变压器，分抽头在+5，则输出电压增加5。 对降压变压器分抽头在+5，则输出电压是增加5还是降低5？ 答案：降低5 作业：P72习题28,2019/10/13,中国矿业大学电气工程系,159,变压器分抽头调整,例：一变压器,35/6.3kV额定变比，抽头每级差2.5，共7级。如果变压器额定变比下输出电压为6kV，欲使其输出6.3kV则应选择分抽头为： 1. 输出电压需要由6kV增加至6.3kV，则此时变压器输出电压变化为： （6 .3 6）/6= 0.05 即输出电压要增加5% 2.降压变压器要增加输出电压，应减少变比，则高压侧应相应减少5%，所以 3.选择分抽头为5,2019/10/13,