浅谈矿山井下供电系统

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　　摘要:本文主要对矿山井下供电系统进行了详细介绍。
　　关键词:井下供电系统
　　
　　1 矿山供电的基本要求
　　矿山企业在国民经济建设中起着重要作用,是电能的重要用户。随着生产的迅速发展,机械化和自动化水平不断提高,矿山企业对供电的要求也就更加严格。特别是煤矿井下作业,工作面不断移动,生产环境非常复杂,因此对供电的要求更高。矿山企业对供电的基本要求主要有以下几个方面:
　　1.1 供电可靠 矿山企业供电中断,不仅会造成减产,而且有可能引起人身事故,甚至可能毁坏矿井。因此,矿山企业对供电的最重要要求是供电的可靠和不间断,即使在电力系统发生故障的情况下,也必须保证不间断供电,至少也得供应一部分电能以保证人身安全和设备不受损坏。
　　1.2 供电安全 由于煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸的危险,所以在使用电气设备时必须特别注意其防爆性。另外,井下潮湿,工作空间小,光线差,易发生人身触电事故,必须采取一系列的安全技术措施,以确保对煤矿企业供电的安全性。
　　1.3 供电质量 在供电质量上煤矿企业要求供电电压稳定和交流频率的稳定。煤矿中广泛使用三相异步电动机,而这种电动机的转矩与外加电压的平方成正比;转速与交流频率成正比。若供电电压和频率发生较大变化,就会严重影响电动机的正常运转,甚至会使生产机械不能工作。
　　1.4 供电经济 一般考虑下列三个方面:
　　①尽量降低矿山变电所与电网的基本建设投资。②尽量降低设备材料及有色金属的消耗量。③注意降低供电系统中的电能损耗反维护费用。
　　2 矿山供电的电压等级
　　所有电气设备都是按一定的标准电压设计制造的,这个标准电压称为电气设备的额定电压。电力线路的额定电压等于其连接的用电设备的额定电压。发电机的额定电压是指额定负荷下的输出端电压,比同级用电设备额定电压高出5%。以补偿电网电压损失。矿区供电的电压,一般采用35、110kv。矿井地面和井下高压供电电压目前一般采用6kv,条件允许时,亦可采用l0kv。
　　供电电压等级是矿山供电的主要问题之一,这是因为供电线路的电压等级与输送功率,供电距离有密切的联系。
　　我国矿山地面的低压动力照明电网(380/220v系统)采用中性点直接接地的方式,并且将中性点引出,可同时供给380v和220v两种电压。此时,中性点接地并不是为了防止电弧接地,而是预防高压窜入低压系统时增加人身触电的危险性。
　　我国《煤矿安全规程》规定,除向架线式电机车供电的整流变压器外,向井下供电的变压器中性点禁止接地。向井下供电的电网,不准采用中性点接地方式运行的主要原因是为了保证矿井和人身安全。因为煤矿井下空间狭窄、黑暗、潮湿,并有煤尘、瓦斯,如使用中性点接地系统,当人身触及一相导体,便接触到相电压,有致命危险。另外,在中性点接地系统中如出现接地故障。可能会外露电火花,有点燃矿井内瓦斯的危险。
　　矿山的用电电源。一般来源于电力系统的区域变电站或发电站,电能送到矿山后再变、配给矿山的用户,组成矿山的供电系统。
　　矿山受电电压为6-110kv,视矿山并型及所在地区的电力系统的电压而定,一般为35-110kv的双电源受电,经总降压站以高压向车间,井下变电所及高压用电设备等配电,组成煤矿的高压供电系统。各变电所经变压器向低压用电设备配电,组成低压供电系统。
　　3 矿山供电系统的接线方式
　　按网络接线布置方式可分为放射式、干线式、环式及两端供电式等接线系统。按其网络接线运行方式可分为开式和闭式接线系统。按对负荷供电可靠性的要求可分为无备用和有备用接线系统。在有备用接线系统中,其中一回路发生故障时,其余回路能保证全部供电的称为完全备用系统;如果只能保证对重要用户供电的,则称为不完全备用系统。备用系统的投入方式可分为手动投入、自动投入和经常投入等几种。
　　3.1 无备用系统接线 无备用系统接线简单,运行方便,易于发现故障;缺点是供电可靠性差。所以这种接线主要用于对三级负荷和一部分次变的二级负荷供电。
　　放射式接线的主要优点是供电线路独立,线路故障互不影响,易于实现自动化,停电机会少,继电保护简单且易于整定,保护动作时间短,缺点是电源出线回路较多,设备和投资也多。
　　干线式接线的主要优点是线路总长度较短,造价较低,可节约有色金属;由于最大负荷一般不同时出现,系统中的电压波动和电能损失较小;电源出线回路数少,可节省设备。缺点是前段线路公用,增多了故障停电的可能性。串联型干线式接线因干线的进出侧均安装隔离开关,当发生事故时,可在找到故障点后,拉开相应的隔离开关继续供电,从而缩小停电范围。干线式接线为了有选择性地切除线路故障,各段需设断路器和继电保护装置,使投资增加,而且保护整定时间增长,延长了故障的存在时间,增加了电气设备故障时的负担。
　　以上接线方式的优缺点,根据系统具体条件而有所不同。在确定供电系统接线方案时,主要取决于起主导作用的优缺点。
　　3.2 有备用系统的接线 有备用系统的接线方式有双回路放射式,双回路干线式,环式和两端供电式等。它们的主要优点是供电可靠性高,正常时供电电压质量好,但是设备多,投资大。
　　3.2.1 双回路放射式 双回路供电这种供电方式,线路总长度长,电源出线回路数和使用开关设备多,投资大,如果负荷不大,常会造成有色金属的浪费。优点是当双回路同时工作时,可减少线路上的功率损失和电压损失。这种接线适用于负荷大或单独供电的重要用户。
　　对于容量大,而且特别重要的用户,可采用母线用断路器分段接线,从而可以实现自动切换,以提高供电的可靠性。
　　3.2.2 环式 环式接线系统所用设备少,各线路途径不同,不易同时发生故障,故可靠性较高且运行灵活。因负荷由两条线路负担,故负荷波动时电压比较稳定。缺点是故障时供电线路较长。电压损失大(特别是靠近电源附近段故障时)。因环式线路的导线截面应按故障情况下能担负环网全部负荷考虑,所以有色金属消耗量增加,两个负荷大小相差越悬殊,其消耗就越大。故这种系统适于负荷容量相差不大,所处地点离电源都较远,而彼此又较近的情况。
　　环式接线平常可以开环运行(或称联络式),也可以闭环运行。但闭环运行继电保护较复杂,因此一般采用开环式运行方式。
　　3.2.3 两端式 两端供电式网络和环式只有大致相同的特点,比较经济,但必须具有两个以上独立电源且与各负荷点的相对位置合适。
　　在矿山供电系统中,有备用系统接线一般多采用双回路放射式或环式接线。
　　4 矿井供电系统
　　大、中型矿井的供电电源多取自110kv或35～60kv的电力网经两回架空线路迭到矿井总降压站。比如一次电压为35～60kv两台主变压器的内桥式接线的典型变电所主接线,其断路器外侧设两组隔离开关组成跨条(KT),上面接有35～60/0.4kv的所用变压器,供变电所直流操作电源等用。
　　在一次侧进行计量的变电所,进线和母线应设准确等级符合要求的电流互感器(LH)和电压互感器(YH)。
　　为了防止雷电波的侵袭,母线和架空进线处接避雷器,主突压器二次6kv侧多采用单母线分段,用成套配电装置配电。矿井一、二级负荷如通风机,主、副井提升机等由接在不同母线上的双回路供电,以保证可靠性。

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