礦井高壓供電系統(tǒng)

1、礦井高壓供電系統(tǒng)礦井高壓供電系統(tǒng)一、礦山供電系統(tǒng)一、礦山供電系統(tǒng) 礦山供電系統(tǒng)：由礦山電源、各級變電所、礦山各種電壓等級的配電線路及各類用電設備組成的整體，稱之為礦山供電系統(tǒng)。 礦山地面變電所是礦山供電的樞紐，擔負著全礦的供電任務。 礦山井下的供電一般有兩種形式：深井供電系統(tǒng)和淺井供電系統(tǒng)。 1、深井供電系統(tǒng) 當礦井的井田范圍大、涌水量較大、煤層埋藏深度超過150m時，可考慮采用深井供電方式，如圖2-1 所示。從圖2-1可看出，該礦地面變電所的電源電壓是35 kV，為三回電源線路，其中一回線路直接來自發(fā)電廠，另兩回電源線路分別來自相鄰某礦的變電所，它們相互構成了環(huán)形供電，滿足了礦井一級用戶的需

2、要。 2.淺井供電系統(tǒng) 當煤層的埋藏深度較淺（一般不超過150 m），礦井涌水量較小，采區(qū)距井口或井底車場較遠時，如礦井開拓形式不同的平硐、斜井或部分立井，可采用淺井供電系統(tǒng)。 淺井供電系統(tǒng)較深井供電系統(tǒng)簡單，一般由礦井地面變電所或配電所直接向采區(qū)變電所、井底車場變民所（或配電所）供電，不需由中央變電所向所有井下用電負荷集中配電，減少了中間供電控制設備，節(jié)約了成本。 礦山供電系統(tǒng)礦山供電系統(tǒng)3、礦山地面變電所及其主要接線、礦山地面變電所及其主要接線 礦山地面變電所是全礦供電的樞紐，擔負著變、配電以及保護和監(jiān)視主要電氣設備工作狀態(tài)等任務。 地面變電所可分為兩種類型：一種是35KV受電，設有35/

3、6KV變壓器，將35KV電壓將為6KV后分配給礦山各高壓用戶，稱之為35KV變電所。另一種是6KV受電，不需要設主變壓器降壓，只設高壓配電裝置，直接用6KV電壓給礦山各高壓用戶，稱之為6KV配電所。 礦山屬于一類用戶，為了保證供電的可靠性，每個礦山必須具有兩個獨立電源。根據具體情況，兩個獨立電源可采用平行回路供電或環(huán)形供電方式，也可采用其他具有備用電源的專業(yè)線供電方式。礦山供電系統(tǒng)礦山供電系統(tǒng) 地面變電所一般設有兩臺35KV主變壓器（我礦是三臺35/6KV主變壓器），分別經高壓開關與相應的一次母線相連接，以保證重要用電負荷的雙電源供電。主變壓器將電壓將為6KV后，經高壓開關與變電所相應的二次母

4、線段相聯(lián)接，然后通過各母線段上的高壓開關將電能分配到地面各高壓用戶和井下中央變電所。 此外，在變電所的一次和二次母線上還接有避雷器和電壓互感器，它們擔負著變電所電氣設備、配出線路及用戶設備的保護、測量、監(jiān)視等任務。在變電所的二次母線上一般還接有電力電容器，以提高變電所的功率因數。 變電所的主接線是指各種電氣設備（變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、避雷器等）所聯(lián)接成的受電、變電和配電的電路系統(tǒng)。變電所主接線的形式應滿足可靠、簡單、安全、運行靈活、經濟合理、操作維護方便等基本要求。 變電所的主接線可分為一次接線、二次母線和配出線三部分。 1、一次接線 一次接線是指變電所的受電線路與主變壓器之間的接

5、線。一次接線線路變壓器組接線、橋式接線和單母線分段式接線等幾種形式。 （1）線路變壓器組接線。這是一種無分支單電源進線、單變壓器的主接線形式。優(yōu)點：結構簡單、使用電氣設備少。缺點：供電可靠性差，適用于二類負荷和三類負荷的供電 （2）橋式接線。橋式接線適用于雙電源受電，兩臺變壓器的變電所。分內橋、外橋、全橋三種。 內橋接線：它是因一次母線的聯(lián)絡斷路器（橋斷路器）QF3位于線路斷路器QF1和QF2內側而得名。優(yōu)點：一次側可設線路保護，倒換線路比較方便，設備投資和占地面積均較少。缺點：操作變壓器不便；不利于發(fā)展為全橋和單母線分段接線。適用于電源線路較長、需要經常對線路進行檢修和切換，而變電所負荷比較

6、穩(wěn)定，不需經常改變變壓器運行方式的變電所6KV配電裝置 外橋接線 它因橋斷路器QF3位于線路斷路器QF1和QF2外側而得名。優(yōu)點：改變變壓器的運行方式比較方便，比內橋接線少兩組隔離開關，繼電保護簡單且易于過渡到全橋或單母線分段接線，投資占地均較少。缺點：倒換線路時操作不便，變壓器一次側無線路保護。這種接線適用于電源線路短、故障少、不需要經常切換的線路，變電所負荷變化比較大，需要經常改變變壓器運行方式的終端變電所。6KV配電裝置 全橋接線 它是內橋和外橋接線的綜合接線形式，這種接線具有內橋和外橋接線的共同優(yōu)點。它適用性強、運行靈活、易于擴展成單母線分段式的中間變電所。這種接線克服了內橋和外橋接線

7、中改變變壓器和線路運行方式時所造成的短時停電現(xiàn)象。缺點是：所用設備多、占地面積大、投資大。6KV配電裝置（3）單母線分段接線對于有高壓轉出線和雙電源進線的中間變電所常采用單母線分段的接線方式（全橋接線為單母線分段接線的一個特例），單母線分段接線是全橋接線的擴展，具有全橋接線的所有優(yōu)點。母線的分段開關可以采用隔離開關也可以采用斷路器，前者在母線檢修或出故障時，要出現(xiàn)短時的全部停電，后者則可避免這一現(xiàn)象。單母線接線所用設備多、投資費用大，但操作方便靈活，因此多用于具有轉出線的礦山變電所 2、二次母線 與主變壓器二次側聯(lián)接的母線稱為二次母線。二次母線的形式有三種： （1）單母線接線 接線簡單，所用設

8、備少，但當母線出故障時，變電所將全部停電。所以適用于僅有一臺主變壓器的不太重要的小型變電所。（2）雙母線接線。對于容量大、供電可靠性要求高，進出線回路數多的重要變電所，常采用雙母線接線方式。變電所的每一回進、出線都通過斷路器和兩個隔離開關接于兩條母線上，兩條母線互為備用并用斷路器進行聯(lián)絡。在運行中，不論哪一條母線因故障或檢修而停電，都不影響任何一個用戶的供電，其供電可靠性高、運行靈活。雙母線接線的缺點是使用設備多、投資大、接線復雜。雙母線接線多用于大容量的區(qū)域變電所。礦山供電系統(tǒng)礦山供電系統(tǒng)2、井下中央變電所、井下中央變電所 井下中央必點所時井下供電的中心，它直接由地面變電所供電。煤礦安全規(guī)程

9、規(guī)定：對井下中央變電所供電的線路不得少于兩回路，當任一回路停止供電時，其余回路應能擔負井下全部負荷的供電。礦山供電系統(tǒng)礦山供電系統(tǒng) 井下中央變電所的高壓母線一般采用單母線分段接線，母線的分段數與井下電纜的數目相對應。每一條下井電纜通過高壓開關與一段母線相聯(lián)接，各段母線之間裝設有聯(lián)絡開關。正常情況下聯(lián)絡開關斷開，采用分列運行方式，由各下井電纜分別向各段母線的負荷供電。當某條電纜因故障而推出運行時，將母線聯(lián)絡開關閉合，保證對用戶的供電。 為了向井底車場及附近的巷道的低壓動力和照明裝置供電，中央變電所內通常設有兩臺低壓動力變壓器。當主排水泵采用低壓電動機拖動時，每一臺變壓器均應滿足最大涌水量時的供電

10、要求。礦山供電系統(tǒng)礦山供電系統(tǒng)3、采區(qū)變電所得高壓接線、采區(qū)變電所得高壓接線 采區(qū)變電所的采區(qū)供電的中心，其任務是將井下中央變電所送來的6KV高壓電能將為380V660V低壓，向采掘工作面配電點及其他電氣設備供電。 采區(qū)變電所一般屬于二類負荷，其供電電源可采用單回路專用線供電。但是隨著煤礦采掘機械化程度的提高，綜采和綜掘設備在煤礦生產中已廣泛應用。因此，對綜合機械化采煤和掘進工作面常要求兩回路電源供電。 、礦井高壓供電系統(tǒng)的運行和保護礦井高壓供電系統(tǒng)的運行和保護一、電力系統(tǒng)中的保護一、電力系統(tǒng)中的保護 電力系統(tǒng)中的電力設備和線路應有主保護和后備保護，必要時可增設輔助保護。 1、主保護主保護。滿

11、足系統(tǒng)穩(wěn)定及設備安全要求，有選擇的切除被保護設備和全線路故障的保護。 2、后備保護后備保護。在主保護拒絕動作時切斷故障的保護。后備保護可分為遠后備保護和近后備保護。遠后備：當主保護拒絕動作時，由相鄰設備或線路的保護實現(xiàn)后備。近后備：當主保護拒絕動作時，由本設備或線路的另一套保護實現(xiàn)后備；當斷路器拒絕動作時，由斷路器失靈保護實現(xiàn)后備。 3、輔助保護輔助保護。為了補充主保護和后備保護的不足而增設的保護。二、電流保護裝置的接線方式二、電流保護裝置的接線方式1、完全星型接線方式、完全星型接線方式 圖圖a是三相三繼電器的完全星型接線方式。是三相三繼電器的完全星型接線方式。 當發(fā)生三相短路或是任意兩相短路

12、，中性點當發(fā)生三相短路或是任意兩相短路，中性點 直接接地系統(tǒng)中任一相單相接地短路時，至直接接地系統(tǒng)中任一相單相接地短路時，至 少有一個電流繼電器流過電流互感器的二次少有一個電流繼電器流過電流互感器的二次 電流。為了說明繼電器線圈的電流電流。為了說明繼電器線圈的電流 IKA與電與電流互感器二次電流流互感器二次電流I2的關系，引入接線系數的關系，引入接線系數KKX，即：，即： 在完全星型接線方式中，通過繼電器的電流就是電流在完全星型接線方式中，通過繼電器的電流就是電流互感器的二次側電流，其接線系數互感器的二次側電流，其接線系數KKX=1。該接線方式不僅該接線方式不僅能反映各種類型的短路保護故障，而

13、且靈敏度高，因此適用能反映各種類型的短路保護故障，而且靈敏度高，因此適用范圍較廣。主要應用在中性點直接接地系統(tǒng)中，作為相間短范圍較廣。主要應用在中性點直接接地系統(tǒng)中，作為相間短路保護和單相接地保護。路保護和單相接地保護。電流保護裝置的接線方式2、不完全星型接線方式 圖b時兩相兩繼電器的不完全星型接線方式 它能保護三相短路和兩相短路，但在沒有裝 設電流互感器的一相發(fā)生單相接地短路時， 保護裝置則不會動作，所以這種接線方式不 能用在保護單相接地短路。 這種接線方式在煤礦地面6KV及以下的中性點不接地系統(tǒng)中得到廣泛的應用。電流保護裝置的接線方式3、差接接線方式 圖c時兩相電流差接線方式。由于繼電器的

14、 電流IKA是電流互感器二次側兩相電流之差 ，所以對于不同形式的相間短路，繼電器 中的電流大小不同，接線系數也不一樣。由 此圖可知，三相短路時, 在UW兩相短路時，IKA=2IU=2IW；在UV或UW兩相短路時IKA=IU或IKA=IW 。 兩相差接接線，具有投資少，接線簡單，能反映各種相間短路故障等優(yōu)點，但其靈敏度交另兩種接線方式低。一般在煤礦主要用于保護電動機和10KV以下的線路，但不用在保護Yb接線的變壓器。三、繼電保護裝置三、繼電保護裝置1、繼電保護裝置裝置的原則（1）、當被保護元件發(fā)生短路或足以破壞系統(tǒng)正常運行的情況時，保護裝置應用作于跳閘；當發(fā)生不正常運行時，保護裝置應動作于信號。

15、（2）、礦井變電所的高壓饋電線上，應裝設有選擇性的檢漏保護裝置；供移動變電站的高壓饋電線上，必須裝設有選擇性的檢漏保護裝置，以提高煤礦供電與生產的可靠性和安全性。（3）、保護裝置應以足夠小的動作時限切除故障，保證系統(tǒng)剩余部分仍能可靠運行。（4）、動作于跳閘的保護裝置一般應保證選擇性，在必須加快動作時，應考慮由自動重合閘來補救保護的無選擇性動作。繼電保護裝置3、繼電保護裝置的種類 繼電器根據其反應物理量的不同分為電流、電壓、功率、阻抗等繼電器； 按作用原理分為電磁型、感應型、整流型和晶體管型等幾種； 根據測量元件與主電路連接方式的不同，又分為一次作用式（直接與主回路連接）和二次作用式（經互感器連

16、接）； 根據執(zhí)行元件作用于跳閘的方式不同分為直接作用和間接作用式。 4、繼電保護裝置的基本要求（1）、選擇性。是指當系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障部分切斷，使停電范圍盡量縮小，從而保證非事故部分繼續(xù)運行。（2）、快速性?？焖偾袛喙收峡梢詼p輕故障的危害程度，加速系統(tǒng)電壓的恢復。切斷故障的時間包括繼電保護的動作時間與斷路器跳閘時間。（3）、靈敏性。是指保護裝置對保護范圍內故障的反應能力，一般用靈敏系數K衡量： K=保護區(qū)末端金屬性短路時故障參數的最小計算值/保護裝置動作整定值（4）、可靠性。是指在保護范圍內發(fā)生故障時，保護裝置應正確動作，不應拒動，在不該動作的時候，不應誤動。四、電網相間短路的電

17、流電壓保護四、電網相間短路的電流電壓保護 輸配電線路發(fā)生相間短路故障時的主要特點是線路上電流突然增大，同時故障相間的電壓降低，利用這些特點可以構成電壓保護。這種保護方式包括：有時限（定時限或反時限）得過流保護，無時限或有時限的電流速斷保護，三段式保護等。 常用的電流電壓保護繼電器有電磁型繼電器、感應型電流繼電器和晶體管型電流繼電器。電網相間短路的電流電壓保護1、電磁型繼電器 電磁型繼電器的結構 形式有螺管式、拍合式 轉動舌片式、極化式和 干簧式。電磁型繼電器 由于結構簡單、工作可 靠，因此用途廣泛如電 流、電壓、中間、信號 和時間繼電器等。 電網相間短路的電流電壓保護 1）電磁型電流繼電器 通

18、常采用轉動舌片 式磁結構。它由電流線圈1、鐵芯2、Z型 銜鐵3、接點系統(tǒng)4和反作用彈簧5等組成。 繼電器動作的條件是電磁力距M大于彈簧 反作用力距Mt和可動系統(tǒng)摩擦力矩Mm之和 即MMt+Mm。過電流繼電器動作的最小 電流值稱為動作電流，用IZ表示。電網相間短路的電流電壓保護2）、中間繼電器 在保護和自動裝置中，當主保護繼電器的接點容量不夠，或接點數量不足時，采用中間繼電器作為中間轉換繼電器。其特點是接點數量多，容量大。 中間繼電器的種類：有單線圈和多線圈式、電壓式和電流式。多線圈分為工作線圈和保持線圈，有的還帶延時特性，通常帶有不同數量的常開和常閉觸點以供選擇。電網相間短路的電流電壓保護3）

19、、信號繼電器 在電力保護和控制系統(tǒng)中，用信號繼電器作為動作指示，以便區(qū)別故障性質，及時處理。它本身具有掉牌顯示，并帶有接點用以接通燈光或音響喜好回路，掉牌動作后用人工手動復位。 信號繼電器分為：電流型和電壓型 電流型信號繼電器的動作值以0.9In較為合適，但不應小于0.7In：返回值不應小于5%In。4）、時間繼電器 在保護和自動裝置中作為延時元件被廣泛應用。 直流時間繼電器動作電壓不應大于額定電壓的65%，交流時間繼電器動作電壓不應大于額定電壓的85%。電網相間短路的電流電壓保護2、感應型電流繼電器 感應型電流繼電器的動 作具有瞬動性和反時限特性 ，用于系統(tǒng)設備的過負荷和 短路保護。保護元件

20、由感應 型反時限元件和電磁型速斷 元件兩部分組成。3、晶體管型電流繼電器 晶體管型電流繼電器近年來發(fā)展很快，應用日益廣泛。這是它具有靈敏度高、動作速度快、可靠性高、功耗少、體積小等特點。五、繼電保護五、繼電保護一、繼電保護的種類 1）、有時限的電流保護 （1）、定時限保護的配合：為了保證動作的選擇性，過流保護的動作時間沿線路的縱向按階梯原則整定。 （2）、反時限保護的配合：反時限保護的動作時間與故障電流的大小成反比。 2）、電流速斷保護 過流保護的選擇性是靠縱向動作時限階梯原則來確定。因此，越靠近電源端，保護的動作時間越長，故不能快速地切除靠近電源處發(fā)生的嚴重故障。為了克服這一缺點，可加裝無時

21、限或有時限電流速斷保護。繼電保護 （1）、無時限電流速斷保護。電流保護的整定值，如果按躲過保護區(qū)外部的最大短路電流原則來整定，即是把保護范圍限制在被保護線路的一定區(qū)段之內，則就可以完全依靠提高動作電流的整定值來獲得選擇性。 （2）、時限電流速斷。在無時限電流速斷保護的基礎上增加適當的延時（一般為0.51s）便構成時限電流速斷。 （3）、三段式電流保護。電流保護的三種方式各有所長和其不足之處，若將三中保護組合在一起，這種相互配合構成的保護叫做三段式電流保護。它具有較好的保護性能。 通常把無時限電流速斷做第段保護，時限電流速斷為第段保護，定時限過電流保護為第段保護。六、電力變壓器的保護六、電力變壓

22、器的保護 變壓器是供電系統(tǒng)中的重要設備，雖然故障機會比較小，但實際運行中，仍有可能發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障，將給系統(tǒng)的正常供電和安全運行帶來嚴重的影響。為了保證供電系統(tǒng)安全可靠地運行，必須根據變壓器容量及重要性，相應地裝設動作可靠的保護裝置。 變壓器的故障可分為內部故障和外部故障。內部故障主要有：繞組的相間短路，匝間短路和單相接地（碰殼）短路等；外部故障有絕緣套管和引出線的相間短路和單相接地短路等。 變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：系統(tǒng)短路所引起的過流、過負荷及油箱的油面將低和油溫過高等。電力變壓器的保護 根據變壓器的故障性質和不正常工作狀態(tài)，應裝設如下保護裝置：防御變壓器油箱內部各種短路故障和油

23、面降低的瓦斯保護；防御變壓器繞組和引出 線的各種短路的差動保護（或電流速斷保護）；防御變壓器相間短路并作瓦斯保護和差動保護（或電流速斷保護）后備保護的過流保護；變壓器過負荷時的過負荷保護。電力變壓器的保護1、變壓器的瓦斯保護 當變壓器內部發(fā)生故障時，短路 電流的電弧將使變壓器油和其他絕緣 物分解，產生大量的氣體。利用氣體 變化作為信號實現(xiàn)保護的裝置，成為 瓦斯保護。 瓦斯保護是利用安裝在變壓器油 箱與油枕之間聯(lián)接管中的瓦斯繼電器構成，如上圖。在安裝具有瓦斯繼電器的變壓器時，要求變壓器的頂端與水平面有1%1.5%的坡度，通過油枕的聯(lián)接管與水平面間有2%4%的坡度。 電力變壓器的保護瓦斯保護的主要

24、優(yōu)點及缺點： 動作迅速、靈敏度高、接線和安裝簡單，能反映變壓器油箱內部各種類型的故障。特別是當變壓器繞組匝間短路的匝數很少時，雖然故障回路電流很大，可能造成嚴重過熱，而反映到外部的電流變化卻很小，因而會使得變壓器差動保護、過流保護可能不動作。因此，瓦斯保護對于切除這類故障有特別重要的意義。缺點是不能反映變壓器油箱外套管和引線的短路故障。因而，瓦斯保護不能作為防御變壓器各種故障的唯一保護，還須與其他保護裝置相配合。 電力變壓器的保護2、變壓器的速短保護 瓦斯保護無法反映油箱套管及 引線的故障。因此對容量較小的變壓 器，可在電源側設置速短保護，它與 瓦斯保護配合，實現(xiàn)變壓器內部和電 源側套管及引線上全部故障的保護。 電流速短保護的動作電流，應按躲過變壓器外部故障（如S2） 的最大短路電流來整定，即： 電力變壓器的保護Is2max 變壓器二次惻母線最大三相短路電流 Kk 可靠系數，取1.21.3 IOP = KkIS2max Ki 電流互感器的變比 KT 變壓器的變比 IOP = Kk 另外，變壓器的電流速短電流保護還應躲開變壓器投入的勵磁涌流，其動作電流應大于變壓器額定電流的35倍。IS2max 保護裝置安裝處（S1點） 最小運行方式下兩相的 Kr = 2 短路電流電力變壓器的保護3、變壓器的差動保護 變壓器