矿井供电系统与井下供电安全

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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，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。
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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
安全生产的需要，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、煤尘爆炸的可能性也越大。因此，必 须采取以下供电安全措施及规定： （1）采用10KV矿用电气设备，必须通过指定检验机构 的技术鉴定。 （2）10KV系统投入前，必须按有关规定进行验收、检 查、试验。
压
6 4
3 8
5
12
深井供电系统示意图
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（四）变压器的中性点运行方式
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；三相正弦交流电则 是频率相同，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：
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（2）随着供电线路的延长，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 接地系统中必须考虑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，也不能减少通过人身的触电电流，反而会 增加触电电流。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通过消弧线圈 产生感性电流补偿电网电容电流。〈煤矿安全规程〉 规定第457条规定：矿井高压电网，必须采取措施限 制单相接地电容电流不超过20A。
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（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工作面附近的配电点，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 装置。
直流电 250
550
架线式电机车
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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，不得超过10000V。 （2）低压，不得超过1140V。 （3）照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额 定电压， ，不得超过127V。 （4）远距离控制线路的额定电压，不得超过36V。 （5）采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门 的安全措施。
通过以上计算，通过人身的触电电流远大于通过人身 的安全电流30mA，是非常危险的。
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图3：变压器中性点直接接地系统中人体触及一相带电体
C
c
B
b
A
a
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（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，如果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。
4、变压器中性点不接地的运行方式
（1） 经计算，得出变压器中性点不接地运行比中性 点直接接地运行安全得多。但是如果线路对地绝缘电 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。因此还必须采取措施对线路的绝缘进行监视 。
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（2）二级负荷 如果中断供电，会严重减少产量，造成重大经济损失
，应尽量保证供电安全。如压风设备、采区变电所等。 （3）三级负荷
中断供电对生产无直接影响，也不会造成特别大的经 济损失。 3、矿井供电安全措施 （1）《煤矿安全规程》第441条规定：矿井应有两回路电源线 路。当任一回路发生故障停止供电 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，必须 有备用电源；备用电源的容量必须满足通风、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。
工作面150－300m，工作面每推进100－200m，移动变电站 就向前移动一次，保持低压供电距离不500m。
D、综采工作面照明灯间距不得大于15m。
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（2）综采工作面供电系统的组成 A、6KV高压系统——由高压隔爆配电箱，移动变电站，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、
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、变压器的中性点运行方式；
二、采区供电系统，包括采区变电所、工作面配电点、移 动变电站；
三、井下供电安全，包括井下供电的规定及要求、用电安 全作业制度、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（专用变压器、专用开关、专用线路，
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（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、频率及谐波成分达到一定技术标准。电压波动 范围不超过额定值的±5%。 （4）供电经济
由于煤矿电气设备耗电量很大，输电功率大，如 果设计不合理，会造成许多电能浪费。 2、电力负荷分类 （1）一级负荷
如果中断供电，会造成人员伤亡、重大设备损坏 ，产生巨大经济损失。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。
风电闭锁、瓦斯电闭锁）”的构成、作用及使用范围。
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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）供电安全
煤矿井下存在水、火、瓦斯、煤尘、顶板五大 自然灾害，自然条件恶劣，生产环境复杂，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，而且会因为停 电而停止通风、停止排水，从而引起爆炸、水害等重大 事故的发生，危及生命财产安全，有时甚至毁掉整个矿 井。
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3、综采工作面供电系统 井下采煤工作面供电方式主要有干线式、辐射
式、混合式和移动变压器等。 （1）综采工作面对供电系统的要求 A、综采工作面各生产机械宜采用辐射式单独电缆供电。 B、刮板输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、采用移动式变电站。该变电站一般设置在工作面平巷，距
Uc
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2、变压器中性点运行方式 变压器中性点运行方式其实就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。
若取人体电阻Rr=1000Ω，则按公式Ir=Ux/ 3 Rr可计 算通过人身的触电电流。 A、当电网电压为Ux=380V时， Ir=380 / 3 1000=220mA。 B、当电网电压为Ux=660V时， Ir=660/ 3 1000=380mA。 C、当电网电压为Ux=1140V时， Ir=1140/ 3 1000=660mA。
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表1：煤矿井下常用的电压等级及其用途
种类 交流电
标准电压/V
36 127 380 660 1140
3300
6000
10000
用途
井下电气设备的控制回路 井下照明、信号、电话和手持式电气设备
低压动力用电电压
井下综采工作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
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（3）10KV系统投入运行后，必须按有关规定进行各项 试验整定工作。
（4）必须装设10KV单相接地保护、保护接地，并按有 关规定进行各项试验。
（5）矿用监视屏蔽型橡套电缆间的连接及与设备的连 接，必须采用10KV专用的电缆终端。
（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。
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
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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
c
b Ua
0 a
ra rb rc
U0 Ia Ib Ic
0 Ub
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（2） 《煤矿安全规程》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 配装置。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
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：高压配电装置， 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、信号综合保护装置及照明灯具等。
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(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过两台的
短路保护装置）、真空电磁启动器、低压屏蔽电缆等组成 。 （三）工作面配电点的位置
工作面配电点是工作面及其附近巷道供电中心 ，随着工作面的推进而移动。 1、配电点的设备组成 工作面配电点的设备一般有低压配电开关，电磁启动器等。
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2、配电点的位置 （1）一种是将开关设备安装在工作面平巷壁
的专用巷道，一般距工作面50－100m，如掘进工作面 的配电点大都设在掘进巷道的进风侧或掘进巷道的巷 道贯通巷道内，一般距工作面80－100m
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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。单一水平生产的矿井设一个井下中央变电所 ；多水平的生产矿井，每个水平各设一个井下中 央变电所。 （1）井下中央变电所的位置
井下中央变电所一般设在井底车场附近，负荷 的中央与水泵房连接。
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（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、井下电机车需要的变流设备。 D、井下中央变电所通过动力变压器将高压6KV降低到
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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
图1：浅井供电系统图
1 5、工作面配电点
35KV
6、井底车场低压配 电所
7、井筒
8、钻孔
6KV 2
3´
通提
地 空风升
面 压机机
8
低机
压
4´
提通 升风 机机
空 压 机
地 面
7
低
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。一般用于综采工作面或接有下山排 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；
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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，保持电源为分列运行状态，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，并且配有漏电保护装置。 （2）“规程”第455条规定：井下由采区变电所、移动变电 站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电 保护装置。