煤矿电工学第一章 煤矿供电系统
矿山电工知识点讲解
第一章矿山供电系统及设备第一节概述1)电力系统1、电力系统：发电厂生产电能、电力线路传输电能、变电所分配电能、耗电负荷消费电能，这些环节组成的有机整体。
、2、发电厂分类：①火力发电厂②水力发电厂③风力发电厂④核电站⑤太阳能发电厂3、变电所：汇集电能、变换电压，变压器和配电设备构成。
无变压器的变电所称为配电所。
分类：①按用途分：升压或降压变电所、联络变电所、工矿企业变电所、农村变电所、整流变电所、电车变电所。
②按电力系统中的地位：枢纽变电所、穿越变电所、终端变电所。
③按供电范围：区域变电所（一次变电所）、地区变电所（二次变电所）。
4、电力网：由各种变电所和各种电压等级的电力线路组成，输送、变换、分配电能。
电力网按电压等级分类：①低电压网---电压1KV以下②高电压网---电压3 ~ 330KV③超高电压网---330 ~ 1000KV④特高压电网---1000KV以上2)电力系统的额定电压1、额定电压：能使电力设备正常工作的电压。
此时，电力设备的技术性能和经济效果最好。
2、额定电压等级国际划分额定电压等级，使电力设备的生产实现标准化和系列化，有利于电网的建设和运行。
3、电力设备额定电压的设定确定电气设备额定电压的一般规律：A. 发电机：额定电压V GN=1.05×系统额定电压（V N）B. 变压器：受电侧额定电压V TN1①与发电机相连时，V TN1=V GN②与线路（系统）相连时，V TN1=V N输出侧额定电压V TN2①与35kV及以上线路相连V TN2=1.1×V N②与35kV以下线路相连，但变压器的短路电压百分比VS%>7.5%，或连接长线路时V TN2=1.1 ×V N③其他情况V TN2=1.05 ×V NC. 系统额定电压与设备额定电压系统V N=用电设备V N例题：请根据下面系统图已知参数确定各电气元件的额定电压.T23)电力负荷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②保证电能的良好质量③保证供电系统运行的经济性第二节矿山供电系统一、供电系统的结线方式供电系统结线：各种电器设备及其连接线构成的电路，其功能是汇集和分配电能。
煤矿供电系统
第一部分：煤矿供电系统一、煤矿企业对供电的要求1、供电的可靠性为保证对煤矿供电的可靠性，供电电源应采用双电源，双电源可来自不同的变电所（或发电厂）或同一变电所的不同母线上，即在一个电源发生故障的情况下，仍应保证对主要生产用户的供电，使人身和设备不受损害，以及生产的正常进行。
《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6万吨以下的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上不得分接任何负荷，正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式，一回路运行时，另一回路必须带电备用，以保证供电的连续性。
10KV及其以下的矿井架空线路不得共杆架设。
矿井电源线上严禁装设负荷定量器。
2、供电安全性由于煤矿生产环境复杂，自然条件恶劣，供电设备易于受到损坏，可能造成触电及火花引起火灾和瓦斯、煤尘爆炸等事故。
所以必须采用一系列的技术措施和管理制度，确保供电的安全性。
3、技术经济合理在满足供电可靠与安全的前提下，还应保证供电质量，二、电力用户等级划分按供电的可靠性要求，将电力用户分为三级：一级，二级，三级。
1、一级用户：凡停电造成人身伤亡或设备损坏，长期不能恢复生产或对国民经济带来很大损失者，如矿井主通风机，主排水泵，主提人系统等，这类用户应有两个独立的电源供电，无论电力网在正常或事故时，均应保证它的供电。
2、二级用户：凡停电造成大量废品，产量显著下降或企业内部运输停顿，在经济上造成较大损失者，如矿井主提煤系统钢缆机、主提绞车，压风机以及向采区供电的变电所，对这类用户一般采用双回路供电。
3、三级用户：凡不属于一、二级用户者均为三级用户，如生活区、地面生产辅助设施，机修厂等。
当电力不足或线路故障停电检修时，矿井供电的原则是：确保一级用户，二级用户部分或全部供电，停止三级用户供电。
三、电力系统和电网电力系统：通常把发电、配电、升压降压及输电线路和用户组成的整体称为电力系统。
煤矿供电技术 第一章
第一章煤矿供电系统电能是现代化煤矿生产的主要能源和动力，在煤矿生产中占有很重要的地位。
它既可以由其他形式的能源转换而来，又可以转换为其他形式的能量以供使用。
煤矿矿井应用电能和实现电气化自动化以来，煤炭产量和质量大大提高，生产成本和工人的劳动强度大大降低，改善了工人的劳动条件。
但是，如果煤矿供电突然中断，就会发生重大的设备损坏或人员伤亡事故。
由此可见，搞好煤矿供电工作，对煤矿正常生产和实现电气化自动化，具有十分重要的意义。
第一节电力系统一、电力系统概述电力系统是由各种形式的发电厂、输电线路、升压降压变电所和电力用户联系起来的一个发电、变电、输电、配电和用电的整体。
它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置(主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等)转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。
如图1-1所示，电力系统由以下几部分组成。
图1-1 电力系统结构示意图1．发电将一次能源转换成电能的过程即为发电。
根据一次能源的不同，有火力发电、水力发电和核力发电，还有风力、地热、潮汐和太阳能等发电方式。
火力发电是将煤、天然气、石油所蓄存的化学能通过燃烧转换成为电能的发电方式。
它的原理是：燃料在锅炉里燃烧，将锅炉中的水转换为高温高压的蒸汽，以蒸汽推动汽轮机，汽轮机再带动发电机旋转发出电能。
水力发电是将高速水流的势能转化为动能，驱动水轮机转动，带动发电机旋转发电，这种将水的位能转换为电能的方式为水力发电。
按提高水位的方法又分为堤坝式、引水式和混合式三种类型。
核能发电是利用原子核蕴藏的巨大核能生产电能的方式。
核燃料在原子反应堆中裂变释放核能，将水转换为高温高压的蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，汽轮机带动发电机旋转发出电能。
为了充分利用动力资源，减少燃料的运输，降低发电成本，因此有必要在有水力资源的地方建造水电厂，在有燃料资源的地方建造火电厂。
煤矿电工学第1章
度超过6m时，应在硐室两端各开设一个便
于通风的出口，保证硐室内的温度不能超过
附近巷道5℃。
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3)井下主变电所硐室的防水
（1）为了防止井底车场或大巷向主变电所 和主排水泵房倒灌水，井下主变电所和主排 水泵房的地面应比其与井底车场连接处的底 板高出0.5m。
（2）硐室内不应有滴水现象。
掘 进
材料平巷
回 采
工
工
作
作
面
面
运 输
联络巷
轨 道
斜
斜
巷 采区变电所 巷
运输平巷
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2.采区变电所的主接线
1)采区变电所的高压接线
⑴ 单电源进线 ⑵ 双电源进线
2)采区变电所的低压接线
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2)采区变电所的高压接线
⑴ 单电源进线
①无高压出线且变压器不超过两台可不设电源进线开关。见图（a） ②有高压出线，一般设电源进线开关和高压出线开关 。见图（b）
2.电缆进出线和设备运输要方便，以便安装敷设电气设备。
3.变电所通风要良好，以便散热和降低瓦斯浓度。
4.变电所顶底板要坚固，无淋水，以防电气设备受损、受
潮。
一般井下主变电所设置在井底车场附近，并与中央水泵房相
邻。
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一般主变电所设置在井底车场附近， 并与中央水泵房相邻。
图1-4 井下主变电所的位置示意图
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3.井下主变电所的硐室与设备 布置
井下主变电所的硐室布置应符合《煤矿安
全规程》中有关井下机电硐室的规定，满足
防火、防水和通风的要求。
设备布置应满足“两分开”“三留有”要
矿山电工学总复习——考试重点全解
第一章 煤矿供电系统
煤矿企业对供电的基本要求是什么？ 对供电的技术合理性要求电压偏移不能超过多少？ 能识别各类不同的负荷类型 电力系统和电力网的基本概念 了解煤矿常用的电压等级 配电网的接线方式及适用范围
区分配电网的接线方式和变电所的接线方式
电力网各种结线方式分类
1）放射式电网
适用：负荷容量大或孤立的重要用户
２）干线式电网
适用：单回路干线式一般使用三类负荷供电， 双回路干线式一般使用二、三类负荷供电。
３）环式电网 适用：负荷容量相差不太大，彼此之间相 距较近，而离电源都较近，且对供电可靠性要 求较高的重要用户。
配电网的接线方式：放射式、干线式、环式
变电所的接线方式：线路---变压器组接线、 桥式
（1）作用：连接和固定导线、安装横 担和绝缘子、紧固和调整拉线等。
档距和弧垂的概念
导线 弧垂
对地最小距离
电杆
档距
三、架空导线截面的选择
设计原则：首先要注意选择导线截面的条件，而后侧 重使用其中一条进行设计，利用其它条件进行校验。
1、按经济电流密度 选择导线截面
3、按长时允许电流 选择导线截面
2、按允许电压损失 选择导线截面
造成短路原因：电气设备载流部分绝缘损坏、 设备老化、使用不当、外力作用、过电压、误 操作、鸟兽触及等。
2、短路的危害
3、短路的危害 1）特点： (1)因总阻抗减小使得电流剧增（电流大）达到几万甚至几十万安。 (2)系统电压骤降。
2）后果： （1）损害设备和线路，引起火灾。 （2）电压骤降，设备不能正常工作。 （3）保护装置动作，造成停电。 （3）影响电力系统运行，发电机失步。 （4）短路电流产生交变磁场，对通信线路、电子设备产生干扰。
第一章 矿井供电系统
1.3 井下变电所
1.3 井下变电所
井下中央变电所的高压母线一般都采用单母线分段结线,母线段数与 井下电缆数相对应.每一条下井电缆都通过高压进线开关与一段母线相连, 相邻母线之间装有联络开关.正常情况下联络开关断开,采用分列运行方式, 分别由下井电缆向各段母线的负荷供电.当某条电缆由于故障而退出运行 时,将母线联络开关闭合,由其他电缆保证对负荷供电.
4．供电经济
供电经济是指矿井供电系统的投资、电能损耗及维护费用尽量 少。这就要求合理地确定供电系统，优选质量高、损耗小、价格低 的系统设备，但是必须在满足上述三个要求的前提下，尽量保证供 电的经济性。此外，考虑到以后的发展，在煤矿供电设计时还应留 有扩建的余地。
1.1矿井供电概述
二.供电电压等级
1. 供电线路电压等级取决于供电的功率及供电距离。供电功率 越大，输送距离越远，需要的电压等级越高。这是因为供电功率 越大，线路中的电流越大；距离越远，线路的阻抗越大。从而使 得线路的功率损失和电压损失越大。在功率一定的条件下，提高 供电电压可减少电压及功率损失，提高供电质量和经济性。
1.1矿井供电概述
1.1矿井供电概述
1.1矿井供电概述
为确保安全生产，当供电系统发生故障或检修需要限电时，对三类 负荷可全部停止供电，对二类负荷可部分或全部停电，以确保对一类负 荷的不间断供电。
3．供电质量
供电质量是指供电电压、频率基本稳定为额定值。我国煤矿一般要 求电压允许偏差不超过额定电压的正负5%，频率允许偏差不超过正负 （0.2~0.5）Hz。频率的质量是由发电厂保证的；电压的质量是靠调整 变压器分接头、降低电源内阻抗和输电线路上的电压损失保证的。
目前，我国正进行西北电网750KV输变电示范工程建设，这是目前 亚洲最高电压等级的输变电工程。国内的厂家已经能够生产交流750KV 的输变电设备，这标志着我国在这一领域已经达到世界先进水平。另外 我国也有几条大功率、超高压的直流输电线路已投入运行，其中包括三 峡—常州500KV直流输电工程。
矿山电工学第一章138p
二、电力系统的额定电压（4）
在实际应用中，由于变压器的高压绕组上 有改变变压比而设的分接头，故可据电力 网电压损失的大小及变电所对实际电压的 要求，改变分接头进行电压调整。
三、电力负荷分级及对供电的要求
1.电力负荷分级 电力负荷是决定电力系统规划、设计、运行以 及发电、送电、变电布局的主要依据。根据对 供电可靠性要求的不同，矿山电力负荷可分成 以下三级。
二、电力系统的额定电压（2）
在我国，依照国家标准《GB156-80》的规定， “设备最 高电压”是根据设备绝缘性能和一些其它有关性能（如变 压器的磁化电流及电容器的损耗等）确定的最高运行电压， 该电压在数值上等于系统最高电压的最大值。 由于额定电压是以受电器为中心制定的，故在同一电压等 级中，电力系统各环节的额定电压值并不相同。一般规定， 在同一电压等级中，受电器和系统的额定电压正好与等级 电压相同，发电机的额定电压比同级受电器的额定电压高5 ％。对于变压器，当一次侧与电网相连时，其额定电压与 系统的网络电压相同；与发电机相连时，其额定电压与发 电机相同。对于变压器二次侧，规定其额定电压比系统电 网的电压高5-10％。
矿山电工学
第一章 矿山供电系统及设备
本章首先结合典型电力系统的组成，介绍有关 的基本概念，继之介绍矿山供电系统的连接方 式、典型矿山供电系统的分析、矿山各级变电 所及配电点位置选择原则和典型的布置，最后 介绍矿山供电系统中的高、低压设备。
第一节 概述
一、电力系统 电能以功率形式表达时，俗称电力。电力由各 种形式的发电厂产生，经过输送、变换和分配， 到达分散的电能用户，这些生产—传输—分 配—消费的环节，组成了一个有机的整体，叫 做电力系统。
第一章 矿井供电系统
1.2矿井供电系统
1.2矿井供电系统
（2）井下中央变电所的分段母线和高压配电箱将6（10）KV高 压电能分配给井底车场附近的高压用电设备和采区变电所，主排水 泵、电机车的变流设备等一、二类负荷分别由两段母线供电。井下 中央变电所设有动力变压器，将6（10）KV电压变为660V或380V， 向井底车场附近的低压动力设备供电；还设有照明变压器综合装置， 将电压变为127V，向井底车场及附近巷道和硐室中的照明设备供电。 （3）采区变电所设置的动力变压器将电压变到660V或380V，通 过低压电缆分送到工作面配电点，再由工作面配电点分送到工作面 及附近巷道的各用电设备，配电点还没有煤电钻变压器综合装置将 电压变为127V，向工作面的煤电钻供电。采区变电所及附近巷道中 的照明设在采区变电所中的照明信号综合装置等供电。若采区内有 综合工作面，6KV（10）KV电能由采区变电所中的高压配电箱配送 到工作面附近平巷的移动变电站将电压变为1140V，再送到工作面 配电点。
1.2矿井供电系统
二、浅井供电系统
浅井供电系统适用于煤层埋葬较浅且井下负荷较小的中、小型矿 井。图1—3为一个较典型的浅井供电系统。
1.2矿井供电系统
我国浅井供电主要有以下三种方式： （1）井底车场及其附近巷道的低压用电设备，可由设在地面变电所 配电变压器T4、T5的低压母线引出的低压电缆通过井筒送到井底车场配 电所供电。井下架线电机车所用的直流电源，可由地面变电所整流后用 电缆沿井筒送到井底车场配电所获得。 （2）当采区负荷不大且没有高压用电设备时，采区用电地面由变电 所经高压架空线路，将高压电能送到设在采区上方的地面变电所或变电 亭，然后把电压变为660V或380V后，用低压电缆经钻孔送到采区配电 所，由采区配电所再送给工作面配电点和低压用点设备。 （3）当采区负荷较大或有高压用点设备时，用高压电缆钻孔将高压 电能送到井下采区变电所，然后变压给采区负荷供电。在浅井供电系统 中，为防止受到钻孔孔壁塌落的挤压，电缆应穿钢管敷设。 采用浅井供电系统，可节省昂贵的井下高压电气设备和电缆，减少 井下变电铜室的开拓量和触电的危险，比较经济、安全。其不足之处是 需钻孔和敷设钢管，且钢管不能回收。 矿井究竟采用哪种供电方式，应根据具体情况比较后确定。
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本节小结
中性点运行方式： 中性点非有效接地方式：中性点不接地方 式、中性点经消弧线圈接地方式；（小接地电 流系统） 中性点有效接地方式：中性点直接接地方式。 （大接地电流系统）
思考题
6、中性点接地方式有哪几种类型？各有何特点？ 7、为什么我国380/220V低压配电系统采用中性点直接接地的运行方式？
（二）有备用系统的接线 优点：供电可靠性高，正常时供电电压质量好。 缺点：设备多，投资大。 包括：双回路发射式、环式、双回路干线式。
三、变电所的主接线
（一）线路——变压器组接线 接线简单，使用的设备少，基建投资省；但 供电可靠性低。 （a）进线为隔离开关 （b）进线为跌落式保险 （c）进线为断路器
（一）大型企业35/6～10kV供电系统
本节小结
对供电系统接线方式的要求：供电可靠、操 作方便，运行灵活、经济合理、便于发展。 供电系统的接线方式：
无备用系统接线：单回路放射式、直接连接 干线式、串联型干线式。
有备用系统接线：双回路发射式、环式、双 回路干线式。
变电所的主接线：线路—变压器组接线、桥式 接线、单母线分段式接线、双母线接线。
三、电力系统的电压
（一）额定电压 能使受电器(电动机、白炽灯等)、发电机、变 压器等正常工作的电压，称为电气设备的额定 电压。 （二）额定电压等级 （三）平均额定电压
本节小结
煤矿电力负荷的分类：一级负荷、二级负荷、三 级负荷。 煤矿对供电系统的基本要求：供电的可靠性、安 全性、供电质量、供电能力、经济性。
二、供配电系统
供配电系统是电力系统110kV及以下电压等级对某地区 或企业单位供配电的系统。 （一）总压降所 负责将35-100kV外部供电电压降至6-10kV，在供给下 一级终端变电所，或直接供给使用6-10kV电压的高压 电动机用电。 （二）终端变电所 负责将6-10kV电压降至普通市电电压380/220V，供给 终端用电负荷用电。
思考题
1、简述电力系统的概念及煤矿井下的恶劣条件。 2、简述现电力系统的发展趋势。
第二节 煤矿供电系统
一、煤矿电力负荷的分类 二、煤矿对供电系统的基本要求 三、电力系统的电压
一、煤矿电力负荷的分类
（一）一级负荷 （二）二级负荷 （三）三级负荷
二、煤矿对供电系统的基本要求
（一）供电的可靠性 （二）供电的安全性 （三）保证良好的供电质量 （四）保证足够的供电能力 （五）供电的经济性
• （二）桥式接线 桥式接线分为内桥、外桥和全桥三种。
（a）进线为隔离开关 （b）进线为跌落式保险 （c）进线为断路器
（三）单母线分段式接线 单母线分段比双母线所用设备少，系统简 单、经济，操作安全。
（四）双母线连接线
可靠性高，运行灵活，但设备投资多，接 线复杂，操作安全性差。
三、典型企业供电系统
煤矿电工学
第一章 煤矿供电系统
第一节 电力系统 第二节 煤矿供电系统 第三节 电力系统接线方式 第四节 变压器中性点运行方式
第一节 电力系统
一、电力系统概述 二、配供电系统 三、现代电力系统的发展趋势
一、电力系统概述
电力系统是有各种形式的发电厂、输电线路、 升压降压变电所和电力用户联系起来的一个发电 、变电、输电、配电和用电的整体。
思考题
4、什么条件下适合采用双回路或者环形供电系统？ 5、什么叫桥式接线？
第四节 变压器中性点运行方式
一、中性点不接地方式 二、中性点经消弧线圈接地方式 三、中性点直接接地方式 四、电网单相接地电流计算
一、中性点不接地方式
二、中性点经消弧线圈接地方式
三、中性点经消弧线圈接地方式
四、电网单相接地电流计算
思考题
3、简述煤矿企业对供电系统的要求。
第三节 电力系统接线方式
一、对供电系统接线方式的要求 二、供电系统的接线方式 三、变电所的主接线 四、典型企业供电系统
一、对供电系统接线方式的要求
（一）供电可靠 （二）操作方便，运行灵活 （三）经济合理 （四）便于发展
二、供电系统的接线方式
（一）无备用系统接线 优点：接线简单、运行方便、易于发现故障； 缺点：供电可靠性差。 包括：单回路放射式、直接连接干线式、串 联型干线式。
三、现代电力系统的发展趋势
（一）能源结构的多样性和互补性 （二）控制和调度手段的先进性 （三）输电方式的新颖性
本节小结
电力系统：由各种形式的发电厂、输电线路、升压 降压变电所和电力用户联系起来的一个发电、变电、 输电、配电和用电的整体。 供配电系统：供配电系统是电力系统110kV及以下电 压等级对某地区或企业单位供配电的系统。 现代电力系统的发展趋势：能源结构的多样性和互补 性、控制和调度手段的先进性、输电方式的新颖性。