矿井高压供电系统课件.ppt

1、矿井高压供电系统矿井高压供电系统一、矿山供电系统一、矿山供电系统 矿山供电系统：由矿山电源、各级变电所、矿山各种电压等级的配电线路及各类用电设备组成的整体，称之为矿山供电系统。矿山地面变电所是矿山供电的枢纽，担负着全矿的供电任务。矿山井下的供电一般有两种形式：深井供电系统和浅井供电系统。1、深井供电系统 当矿井的井田范围大、涌水量较大、煤层埋藏深度超过150m时，可考虑采用深井供电方式，如图2-1 所示。从图2-1可看出，该矿地面变电所的电源电压是35 kV，为三回电源线路，其中一回线路直接来自发电厂，另两回电源线路分别来自相邻某矿的变电所，它们相互构成了环形供电，满足了矿井一级用户的需要。2

2、.浅井供电系统 当煤层的埋藏深度较浅（一般不超过150 m），矿井涌水量较小，采区距井口或井底车场较远时，如矿井开拓形式不同的平硐、斜井或部分立井，可采用浅井供电系统。浅井供电系统较深井供电系统简单，一般由矿井地面变电所或配电所直接向采区变电所、井底车场变民所（或配电所）供电，不需由中央变电所向所有井下用电负荷集中配电，减少了中间供电控制设备，节约了成本。矿山供电系统矿山供电系统3、矿山地面变电所及其主要接线、矿山地面变电所及其主要接线 矿山地面变电所是全矿供电的枢纽，担负着变、配电以及保护和监视主要电气设备工作状态等任务。地面变电所可分为两种类型：一种是35KV受电，设有35/6KV变压器，

3、将35KV电压将为6KV后分配给矿山各高压用户，称之为35KV变电所。另一种是6KV受电，不需要设主变压器降压，只设高压配电装置，直接用6KV电压给矿山各高压用户，称之为6KV配电所。矿山属于一类用户，为了保证供电的可靠性，每个矿山必须具有两个独立电源。根据具体情况，两个独立电源可采用平行回路供电或环形供电方式，也可采用其他具有备用电源的专业线供电方式。矿山供电系统矿山供电系统 地面变电所一般设有两台35KV主变压器（我矿是三台35/6KV主变压器），分别经高压开关与相应的一次母线相连接，以保证重要用电负荷的双电源供电。主变压器将电压将为6KV后，经高压开关与变电所相应的二次母线段相联接，然后

4、通过各母线段上的高压开关将电能分配到地面各高压用户和井下中央变电所。此外，在变电所的一次和二次母线上还接有避雷器和电压互感器，它们担负着变电所电气设备、配出线路及用户设备的保护、测量、监视等任务。在变电所的二次母线上一般还接有电力电容器，以提高变电所的功率因数。变电所的主接线是指各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关、互感器、避雷器等）所联接成的受电、变电和配电的电路系统。变电所主接线的形式应满足可靠、简单、安全、运行灵活、经济合理、操作维护方便等基本要求。变电所的主接线可分为一次接线、二次母线和配出线三部分。1、一次接线 一次接线是指变电所的受电线路与主变压器之间的接线。一次接线线路变压器组

5、接线、桥式接线和单母线分段式接线等几种形式。（1）线路变压器组接线。这是一种无分支单电源进线、单变压器的主接线形式。优点：结构简单、使用电气设备少。缺点：供电可靠性差，适用于二类负荷和三类负荷的供电（2）桥式接线。桥式接线适用于双电源受电，两台变压器的变电所。分内桥、外桥、全桥三种。内桥接线：它是因一次母线的联络断路器（桥断路器）QF3位于线路断路器QF1和QF2内侧而得名。优点：一次侧可设线路保护，倒换线路比较方便，设备投资和占地面积均较少。缺点：操作变压器不便；不利于发展为全桥和单母线分段接线。适用于电源线路较长、需要经常对线路进行检修和切换，而变电所负荷比较稳定，不需经常改变变压器运行方

6、式的变电所6KV配电装置 外桥接线 它因桥断路器QF3位于线路断路器QF1和QF2外侧而得名。优点：改变变压器的运行方式比较方便，比内桥接线少两组隔离开关，继电保护简单且易于过渡到全桥或单母线分段接线，投资占地均较少。缺点：倒换线路时操作不便，变压器一次侧无线路保护。这种接线适用于电源线路短、故障少、不需要经常切换的线路，变电所负荷变化比较大，需要经常改变变压器运行方式的终端变电所。6KV配电装置 全桥接线 它是内桥和外桥接线的综合接线形式，这种接线具有内桥和外桥接线的共同优点。它适用性强、运行灵活、易于扩展成单母线分段式的中间变电所。这种接线克服了内桥和外桥接线中改变变压器和线路运行方式时所

7、造成的短时停电现象。缺点是：所用设备多、占地面积大、投资大。6KV配电装置（3）单母线分段接线对于有高压转出线和双电源进线的中间变电所常采用单母线分段的接线方式（全桥接线为单母线分段接线的一个特例），单母线分段接线是全桥接线的扩展，具有全桥接线的所有优点。母线的分段开关可以采用隔离开关也可以采用断路器，前者在母线检修或出故障时，要出现短时的全部停电，后者则可避免这一现象。单母线接线所用设备多、投资费用大，但操作方便灵活，因此多用于具有转出线的矿山变电所 2、二次母线 与主变压器二次侧联接的母线称为二次母线。二次母线的形式有三种：（1）单母线接线 接线简单，所用设备少，但当母线出故障时，变电所将

8、全部停电。所以适用于仅有一台主变压器的不太重要的小型变电所。（2）双母线接线。对于容量大、供电可靠性要求高，进出线回路数多的重要变电所，常采用双母线接线方式。变电所的每一回进、出线都通过断路器和两个隔离开关接于两条母线上，两条母线互为备用并用断路器进行联络。在运行中，不论哪一条母线因故障或检修而停电，都不影响任何一个用户的供电，其供电可靠性高、运行灵活。双母线接线的缺点是使用设备多、投资大、接线复杂。双母线接线多用于大容量的区域变电所。矿山供电系统矿山供电系统2、井下中央变电所、井下中央变电所 井下中央必点所时井下供电的中心，它直接由地面变电所供电。煤矿安全规程规定：对井下中央变电所供电的线路

9、不得少于两回路，当任一回路停止供电时，其余回路应能担负井下全部负荷的供电。矿山供电系统矿山供电系统 井下中央变电所的高压母线一般采用单母线分段接线，母线的分段数与井下电缆的数目相对应。每一条下井电缆通过高压开关与一段母线相联接，各段母线之间装设有联络开关。正常情况下联络开关断开，采用分列运行方式，由各下井电缆分别向各段母线的负荷供电。当某条电缆因故障而推出运行时，将母线联络开关闭合，保证对用户的供电。为了向井底车场及附近的巷道的低压动力和照明装置供电，中央变电所内通常设有两台低压动力变压器。当主排水泵采用低压电动机拖动时，每一台变压器均应满足最大涌水量时的供电要求。矿山供电系统矿山供电系统3、

10、采区变电所得高压接线、采区变电所得高压接线 采区变电所的采区供电的中心，其任务是将井下中央变电所送来的6KV高压电能将为380V660V低压，向采掘工作面配电点及其他电气设备供电。采区变电所一般属于二类负荷，其供电电源可采用单回路专用线供电。但是随着煤矿采掘机械化程度的提高，综采和综掘设备在煤矿生产中已广泛应用。因此，对综合机械化采煤和掘进工作面常要求两回路电源供电。、矿井高压供电系统的运行和保护矿井高压供电系统的运行和保护一、电力系统中的保护一、电力系统中的保护 电力系统中的电力设备和线路应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。1、主保护主保护。满足系统稳定及设备安全要求，有选择的切除被

11、保护设备和全线路故障的保护。2、后备保护后备保护。在主保护拒绝动作时切断故障的保护。后备保护可分为远后备保护和近后备保护。远后备：当主保护拒绝动作时，由相邻设备或线路的保护实现后备。近后备：当主保护拒绝动作时，由本设备或线路的另一套保护实现后备；当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。3、辅助保护辅助保护。为了补充主保护和后备保护的不足而增设的保护。二、电流保护装置的接线方式二、电流保护装置的接线方式1、完全星型接线方式、完全星型接线方式 图图a是三相三继电器的完全星型接线方式。是三相三继电器的完全星型接线方式。当发生三相短路或是任意两相短路，中性点当发生三相短路或是任意两相短路，中性点

12、 直接接地系统中任一相单相接地短路时，至直接接地系统中任一相单相接地短路时，至 少有一个电流继电器流过电流互感器的二次少有一个电流继电器流过电流互感器的二次 电流。为了说明继电器线圈的电流电流。为了说明继电器线圈的电流 IKA与电与电流互感器二次电流流互感器二次电流I2的关系，引入接线系数的关系，引入接线系数KKX，即：，即：在完全星型接线方式中，通过继电器的电流就是电流在完全星型接线方式中，通过继电器的电流就是电流互感器的二次侧电流，其接线系数互感器的二次侧电流，其接线系数KKX=1。该接线方式不仅该接线方式不仅能反映各种类型的短路保护故障，而且灵敏度高，因此适用能反映各种类型的短路保护故障

13、，而且灵敏度高，因此适用范围较广。主要应用在中性点直接接地系统中，作为相间短范围较广。主要应用在中性点直接接地系统中，作为相间短路保护和单相接地保护。路保护和单相接地保护。电流保护装置的接线方式2、不完全星型接线方式 图b时两相两继电器的不完全星型接线方式 它能保护三相短路和两相短路，但在没有装 设电流互感器的一相发生单相接地短路时，保护装置则不会动作，所以这种接线方式不 能用在保护单相接地短路。这种接线方式在煤矿地面6KV及以下的中性点不接地系统中得到广泛的应用。电流保护装置的接线方式3、差接接线方式 图c时两相电流差接线方式。由于继电器的 电流IKA是电流互感器二次侧两相电流之差 ，所以对

14、于不同形式的相间短路，继电器 中的电流大小不同，接线系数也不一样。由 此图可知，三相短路时,在UW两相短路时，IKA=2IU=2IW；在UV或UW两相短路时IKA=IU或IKA=IW。两相差接接线，具有投资少，接线简单，能反映各种相间短路故障等优点，但其灵敏度交另两种接线方式低。一般在煤矿主要用于保护电动机和10KV以下的线路，但不用在保护Yb接线的变压器。三、继电保护装置三、继电保护装置1、继电保护装置装置的原则（1）、当被保护元件发生短路或足以破坏系统正常运行的情况时，保护装置应用作于跳闸；当发生不正常运行时，保护装置应动作于信号。（2）、矿井变电所的高压馈电线上，应装设有选择性的检漏保护

15、装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的检漏保护装置，以提高煤矿供电与生产的可靠性和安全性。（3）、保护装置应以足够小的动作时限切除故障，保证系统剩余部分仍能可靠运行。（4）、动作于跳闸的保护装置一般应保证选择性，在必须加快动作时，应考虑由自动重合闸来补救保护的无选择性动作。继电保护装置3、继电保护装置的种类 继电器根据其反应物理量的不同分为电流、电压、功率、阻抗等继电器；按作用原理分为电磁型、感应型、整流型和晶体管型等几种；根据测量元件与主电路连接方式的不同，又分为一次作用式（直接与主回路连接）和二次作用式（经互感器连接）；根据执行元件作用于跳闸的方式不同分为直接作用和间接作用式

16、。4、继电保护装置的基本要求（1）、选择性。是指当系统发生故障时，保护装置仅将故障部分切断，使停电范围尽量缩小，从而保证非事故部分继续运行。（2）、快速性。快速切断故障可以减轻故障的危害程度，加速系统电压的恢复。切断故障的时间包括继电保护的动作时间与断路器跳闸时间。（3）、灵敏性。是指保护装置对保护范围内故障的反应能力，一般用灵敏系数K衡量：K=保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值/保护装置动作整定值（4）、可靠性。是指在保护范围内发生故障时，保护装置应正确动作，不应拒动，在不该动作的时候，不应误动。四、电网相间短路的电流电压保护四、电网相间短路的电流电压保护 输配电线路发生相间短路故障

17、时的主要特点是线路上电流突然增大，同时故障相间的电压降低，利用这些特点可以构成电压保护。这种保护方式包括：有时限（定时限或反时限）得过流保护，无时限或有时限的电流速断保护，三段式保护等。常用的电流电压保护继电器有电磁型继电器、感应型电流继电器和晶体管型电流继电器。电网相间短路的电流电压保护1、电磁型继电器 电磁型继电器的结构 形式有螺管式、拍合式 转动舌片式、极化式和 干簧式。电磁型继电器 由于结构简单、工作可 靠，因此用途广泛如电 流、电压、中间、信号 和时间继电器等。电网相间短路的电流电压保护 1）电磁型电流继电器 通常采用转动舌片 式磁结构。它由电流线圈1、铁芯2、Z型 衔铁3、接点系统

18、4和反作用弹簧5等组成。继电器动作的条件是电磁力距M大于弹簧 反作用力距Mt和可动系统摩擦力矩Mm之和 即MMt+Mm。过电流继电器动作的最小 电流值称为动作电流，用IZ表示。电网相间短路的电流电压保护2）、中间继电器 在保护和自动装置中，当主保护继电器的接点容量不够，或接点数量不足时，采用中间继电器作为中间转换继电器。其特点是接点数量多，容量大。中间继电器的种类：有单线圈和多线圈式、电压式和电流式。多线圈分为工作线圈和保持线圈，有的还带延时特性，通常带有不同数量的常开和常闭触点以供选择。电网相间短路的电流电压保护3）、信号继电器 在电力保护和控制系统中，用信号继电器作为动作指示，以便区别故障

19、性质，及时处理。它本身具有掉牌显示，并带有接点用以接通灯光或音响喜好回路，掉牌动作后用人工手动复位。信号继电器分为：电流型和电压型 电流型信号继电器的动作值以0.9In较为合适，但不应小于0.7In：返回值不应小于5%In。4）、时间继电器 在保护和自动装置中作为延时元件被广泛应用。直流时间继电器动作电压不应大于额定电压的65%，交流时间继电器动作电压不应大于额定电压的85%。电网相间短路的电流电压保护2、感应型电流继电器 感应型电流继电器的动 作具有瞬动性和反时限特性 ，用于系统设备的过负荷和 短路保护。保护元件由感应 型反时限元件和电磁型速断 元件两部分组成。3、晶体管型电流继电器 晶体管

20、型电流继电器近年来发展很快，应用日益广泛。这是它具有灵敏度高、动作速度快、可靠性高、功耗少、体积小等特点。五、继电保护五、继电保护一、继电保护的种类 1）、有时限的电流保护 （1）、定时限保护的配合：为了保证动作的选择性，过流保护的动作时间沿线路的纵向按阶梯原则整定。（2）、反时限保护的配合：反时限保护的动作时间与故障电流的大小成反比。2）、电流速断保护 过流保护的选择性是靠纵向动作时限阶梯原则来确定。因此，越靠近电源端，保护的动作时间越长，故不能快速地切除靠近电源处发生的严重故障。为了克服这一缺点，可加装无时限或有时限电流速断保护。继电保护 （1）、无时限电流速断保护。电流保护的整定值，如果

21、按躲过保护区外部的最大短路电流原则来整定，即是把保护范围限制在被保护线路的一定区段之内，则就可以完全依靠提高动作电流的整定值来获得选择性。（2）、时限电流速断。在无时限电流速断保护的基础上增加适当的延时（一般为0.51s）便构成时限电流速断。（3）、三段式电流保护。电流保护的三种方式各有所长和其不足之处，若将三中保护组合在一起，这种相互配合构成的保护叫做三段式电流保护。它具有较好的保护性能。通常把无时限电流速断做第段保护，时限电流速断为第段保护，定时限过电流保护为第段保护。六、电力变压器的保护六、电力变压器的保护 变压器是供电系统中的重要设备，虽然故障机会比较小，但实际运行中，仍有可能发生故障

22、，一旦发生故障，将给系统的正常供电和安全运行带来严重的影响。为了保证供电系统安全可靠地运行，必须根据变压器容量及重要性，相应地装设动作可靠的保护装置。变压器的故障可分为内部故障和外部故障。内部故障主要有：绕组的相间短路，匝间短路和单相接地（碰壳）短路等；外部故障有绝缘套管和引出线的相间短路和单相接地短路等。变压器的不正常工作状态主要有：系统短路所引起的过流、过负荷及油箱的油面将低和油温过高等。电力变压器的保护 根据变压器的故障性质和不正常工作状态，应装设如下保护装置：防御变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护；防御变压器绕组和引出 线的各种短路的差动保护（或电流速断保护）；防御变压器相

23、间短路并作瓦斯保护和差动保护（或电流速断保护）后备保护的过流保护；变压器过负荷时的过负荷保护。电力变压器的保护1、变压器的瓦斯保护 当变压器内部发生故障时，短路 电流的电弧将使变压器油和其他绝缘 物分解，产生大量的气体。利用气体 变化作为信号实现保护的装置，成为 瓦斯保护。瓦斯保护是利用安装在变压器油 箱与油枕之间联接管中的瓦斯继电器构成，如上图。在安装具有瓦斯继电器的变压器时，要求变压器的顶端与水平面有1%1.5%的坡度，通过油枕的联接管与水平面间有2%4%的坡度。电力变压器的保护瓦斯保护的主要优点及缺点：动作迅速、灵敏度高、接线和安装简单，能反映变压器油箱内部各种类型的故障。特别是当变压器

24、绕组匝间短路的匝数很少时，虽然故障回路电流很大，可能造成严重过热，而反映到外部的电流变化却很小，因而会使得变压器差动保护、过流保护可能不动作。因此，瓦斯保护对于切除这类故障有特别重要的意义。缺点是不能反映变压器油箱外套管和引线的短路故障。因而，瓦斯保护不能作为防御变压器各种故障的唯一保护，还须与其他保护装置相配合。电力变压器的保护2、变压器的速短保护 瓦斯保护无法反映油箱套管及 引线的故障。因此对容量较小的变压 器，可在电源侧设置速短保护，它与 瓦斯保护配合，实现变压器内部和电 源侧套管及引线上全部故障的保护。电流速短保护的动作电流，应按躲过变压器外部故障（如S2）的最大短路电流来整定，即：电

25、力变压器的保护Is2max 变压器二次恻母线最大三相短路电流 Kk 可靠系数，取1.21.3 IOP=KkIS2max Ki 电流互感器的变比 KT 变压器的变比 IOP=Kk 另外，变压器的电流速短电流保护还应躲开变压器投入的励磁涌流，其动作电流应大于变压器额定电流的35倍。IS2max 保护装置安装处（S1点）最小运行方式下两相的 Kr=2 短路电流电力变压器的保护3、变压器的差动保护 变压器的差动保护主要用来防御变压器内部 、套管及引线上的各种短路故障。差动保护是根据变压器两侧电流之差而动作 的保护装置。如图 将变压器的两侧设的电流互感器，串联起来 构成环路（极性如图），电流继电器并在环

26、路上 。因此，通过继电器的电流等于两侧电流互感器二次电流之差，既IKA=I1-I2。如果适当选择电流互感器的变比和接线方式，可使在正常运行短路是（S1），电流互感器二次电流大小相等，相位相同，流入电流互感器的电流IKA等于零，保护装置不动作。电力变压器的保护 当保护装置内部发生故障时（如S2）对于单恻电源供电的变压器，则仅变压器一次恻电流互感器有电流，而 I2=0，IKA=I1，只要IKA大于继电器整定电流IOP，继电器就动作，使变压器两恻断路器跳闸，瞬时切断故障。电力变压器的保护4、变压器的过电流保护 变压器的过电流保护装置安装 在变压器的电源。它既能反映变压 器的外部故障，又能作为变压器的

27、 内部故障的后备保护，同时也作为 下一级线路的后备保护。如图 当过电流保护装置动作后，使变压器两侧的断路器及时可靠分断。电力变压器的保护 过电流保护动作的电流，应躲开变压器的最大负荷电流整定 KK 可靠系数，取1.21.3 Ker 返回系数，一般取0.85 IOP=Iwmax Iwmax 变压器的最大负荷电流 保护装置的灵敏系数 Ismin 最小运行方式，保护范围末端 Kr=1.5 两相最小短路电流。过流保护的动作时限整定，要求下一级的保护装置相配合，及比它大一个时限阶段t。电力变压器的保护5、变压器的过负荷保护 变压器的过负荷保护是反映 变压器不正常运行状态的，经过 一定延时后（通常取10s）作用 于信号。由于过负荷电流大多数 是对称的，所以只需在一相装设保护即可。如图 过负荷保护装置的动作电流应躲过变压器额定电流整定，即 式 Kk 可靠系数，取1.05 Kre 返回系数，取0.85 Iop=INT INT 变压器的额定电流