煤矿井下供配电系统设计
煤矿井下供配电系统设计
发表时间：2016-06-30T15:13:09.843Z  来源：《电力设备》2016年第9期作者：秦艳丽
[导读] 井下供配电系统设计分为下井电缆选择、井下中央变电所、采区变电所、移动变电站、采区低压网络电缆的设计。
秦艳丽
（陕西华雁工程设计咨询有限责任公司  710054）
摘要：电力是煤矿生产的主要动力来源，供电系统对于煤矿安全生产有着重要作用。煤矿井下供电系统的可靠性及稳定性直接影响煤矿机电设备的安全运行。本文简要阐述了矿井井下供配电系统、照明系统、保护接地的原则及要求。
关键字：井下；供配电系统；照明；接地；保护
煤矿井下作业是一项高危行业，煤矿井下生产环境复杂，条件恶劣，井下瓦斯、粉尘、水等危害因素时时刻刻都在威胁着井下人员和设备的安全。随着采煤技术的不断发展，各种先进机电设备的不断运用，在提高了煤矿生产效率的同时，极大地改善了井下作业环境，井下安全生产条件得到了明显提高，矿井
抗灾能力以及安全保障能力明显增强。与此同时，煤矿的安全生产对于煤矿供配电系统的依赖程度越来越高，如何保证煤矿供配电系统的稳定运行，确保井下正常、安全供电，对于保障机电设备的稳定运行、提高煤矿生产效率、促进煤矿企业的安全生产工作都具有重要的作用。
1.煤矿生产对煤矿供配电系统的要求
煤矿企业是特殊供电用户，供配电系统是煤矿一切生产活动的基础，确保煤矿井下安全生产主要的机电设备如人员提升机、通风机、井下主排水泵等都离不开稳定的电力供应，一旦供电系统突然发生故障，导致突然停电，不仅影响生产，更会直接威胁到井下人员和设备安全，甚至造成较大的人员伤亡事故和财产损失。因此，对于煤矿供配电系统的要求主要是要保证供电的安全、可靠以及供电的质量和经济性。
1.1供配电的安全性。
我国煤矿开采主要是在井下作业，井下地质环境复杂，巷道空间狭小，并且环境潮湿。在井下条件下，供电设备和电缆等容易受到顶板等外部因素压力的影响，造成机电设备和线路的损坏；并且潮湿的环境，容易使机电设备和电缆的绝缘性降低，尤其是在井下相对密闭的、危险的瓦斯和煤粉尘环境中，井下发生人身触电和电火灾、爆炸事故的可能性更大，造成的危害也更大。因此，对于煤矿供配电系统的要求首先就是要保证供电的安全性。
1.2供配电的可靠性。
煤矿的电力负荷分为三类，一类负荷是指如果突然停电即会导致人员伤亡或重要设备损坏，给企业造成不可挽回的重大损失的负荷，例如提升人员的立井提升机、主通风机、井下排水泵等等；二类负荷是指突然停电可能会造成较大经济损失的负荷，例如地面生产系统、综合机械采煤及运输设备、主提升机、压风机、安全监测及生产监控设备等生产或生产辅助设备；除一类、二类负荷以外的负荷都属于三类负荷，如生产辅助区、办公生活区等等。根据各类负荷重要程度的不同，供配电系统所采用供配电的方式也不相同。一类负荷是要求级别最高的负荷，应由两回路电源线路供电，当任一回路停止供电时，另一回路应能担负全部负荷。两回路电源线路上均不应分接任何负荷；二类负荷宜由两回路线路供电，且接于不同的母线段上；当条件不允许时，另一电源可引自其他配电点；三类负荷采用一回路供电。
1.3供电的质量及经济性考虑。
为避免供电电压、频率超出要求范围，对煤矿机电设备造成不利影响，一般要求电压偏差在额定电压的±5%以内，频率偏差不超过±0.2～0.5 Hz，保证供电电压稳定，机电设备运行稳定。另一方面，为降低电力消耗，减少煤矿企业不必要的成本支出，减轻企业负担，煤矿供配电系统在保证供电安全、可靠以及供电质量的基础上，应适当考虑供配电的经济性。例如合理布置线路，选用质量优、阻耗小、价格低的供电设备材料，减少电能损耗。
2.井下供配电系统
井下供配电系统设计分为下井电缆选择、井下中央变电所、采区变电所、移动变电站、采区低压网络电缆的设计。
2.1 下井电缆
井下中央变电所应由矿井地面主变电所直接供电。电源电缆不应少于两回路，并应引自地面变电所的不同母线段，且当任一回路停止供电时，其余回路的供电能力应能承担其供电范围内全部负荷的用电要求。
下井电缆的选择应根据敷设井筒及巷道类型，选用不同型式矿用阻燃铠装电力电缆，电缆应采用铜芯，严禁采用铝包电缆。电缆选型按持续工作电流选择并以经济电流密度、电压损失及短路热稳定进行校验，满足相关要求。下井电缆在地面变电所引出柜设防雷保护装置，确保雷电不能进入井内。
2.2 井下中央变电所
井下中央变电所的位置，宜设置在靠近副井的井底车场范围内，通常与井下主水泵房联合布置。井下中央变电所高压母线接线及运行方式，宜与相对应的地面变电所母线接线及运行方式相适应。高压母线应采用单母线分段接线方式，并应设置分段联络开关，正常情况下分列运行，且高压母线分段数应
与下井电缆回路数相协调。当主排水泵为低压负荷且由井下中央变电所供电时，井下中央变电所的变压器不应少于2台，当1台停止运行时，其余变压器应能保证一、二级负荷用电；井下中央变电所低压母线应采用单母线分段接线方式，并应设置分段联络开关，正常情况下分列运行。各类高、低压负荷，应尽可能均匀分配在各段母线上。
2.3 采区变电所
采区变电所的位置，宜设在采区上（下）山的运输斜巷与回风斜巷之间的联络巷内，或在甩车场附近的巷道内，再多煤层的采区中，各分层是否分别设置或集中设置变电所，应经过技术经济比较后择优选择。双电源进线的才采区变电所，应设置电源进线开关。当其正常为一回路供电，另一回路备用时，母线可不分段；当两回路电源同时供电时，母线应分段并设联络开关，正常情况下应分列运行。采区变电所的高压出线回路，应根据采区采掘工作面设备、运输及辅助设备的容量及位置来决定。
2.4 移动变电站
供移动变电站一般设置在综采、连采及综掘工作面的供电；由采区变电所供电困难或不经济时的设备；、附近无变电所可利用的独头大
巷掘进面。
由采区变电所向移动变电站供电的单回电缆供电线路上，串接的移动变电站数不宜超过3个。不同工作面的移动变电站不应共用电源电缆。
2.5 采区低压网络
采区低压电压一般为1140V及660V。低压电缆一般选用煤矿用移动屏蔽橡套软电缆，此电缆具有优异的阻燃性能，具有较高的安全性，电缆柔软性较好，适用于各种移动式电气设备，便于井下使用。移动式及手持式电气设备，应使用专用的矿用橡套电缆。采区低压电缆严禁采用铝芯。采区电力电缆截面选择按持续工作电流选择并以电压损失及短路热稳定进行校验，满足要求；且必须与其保护装置相配合，满足机械强度要求；对距离最远、容量最大的电动机，应保证在重载情况下启动。
3.井下照明、接地
3.1 照明
井下照明电压为127V，选用ZBZ型照明信号综合保护装置。辅助运输巷、运输大巷，井底车场及机电硐室均为固定式照明。照明灯具选用DGS-18型矿用隔爆型LED灯。
在采掘等工作面及配电点设固定照明，灯具选用DGS-24型矿用隔爆型LED灯。
3.2 接地
井下设总接地极和局部接地极。通过电缆外皮和电缆芯线构成井下接地网。井下主排水泵房水仓中设主接地极，主接地极应在主、副水仓中各埋设一块。主接地极应用耐腐蚀的钢板制成，其面积≥0.75mm2、厚度≥ 5mm。井下中央变电所和各配电点及连接高压动力电缆的金属连接装置均设局部接地极。局部接地极可设置于巷道水沟内或其他就近潮湿处。局部接地极面积≥ 0.6 m2、厚度≥ 3.5 mm的钢板或具有同等有效面积的钢管制成，并应垂直埋入地下。井下所有局部接地极和各电气设备的保护接地装置均通过电缆接地芯线及屏蔽层相互可靠联接，并同主接地极相连，形成井下总接地网。接地网上任一保护接地点所测的接地电阻值均不超过2 Ω；每一移动式和手持式电气设备与最近的接地极之间的保护接地电缆芯线和其他接地线的电阻值不得大于1 Ω。
井下变电所低压总开关和分开关及各配电点的低压配电网络开关均设有漏电保护，由地面直接入井的金属管路等必须在井口处将金属体作不少于两处的可靠接地。
4. 保护
4.1选择性漏电保护装置的应用
我国煤矿井下供电系统多为中性点不接地系统。由于井下输配电线路绝大部分采用各类矿用电缆供电，受井下恶劣环境影响较大，电缆线路经常发生漏电故障，对矿井安全生产构成较大威胁。在井下高低压设备上设置完善的选择性漏电保护，能迅速将故障线路从供电系统中切除出去，可以较大程度
地提高经下供电的安全性和可靠性。
4.2井下电气设备保护
向井下供电的电源线路上不得装设自动重合闸装置。
井下变电所高压馈出线上必须设有选择性的单相接地保护装置，并应作用于信号。当单相接地故障危及人身、设备及供配电系统安全时，保护装置应动作于跳闸；供移动变电站的高压馈出线上，除必须设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置外，还应设有作用于信号的电缆绝缘监视保护装置；井下高压电动机、动力变压器的高压控制设备应具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护。
井下变电所低压馈出线上，除应装设短路和过负荷保护装置外，还必须装设检漏保护装置或有选择性的检漏保护装置，应保证在漏电事故发生时能自动切断漏电的馈电线路；由移动变电站或配电点引出的馈电线上，装设有短路、过负荷和漏电保护装置；低压电动机的控制设备设有短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。40kW及以上电动机选用真空电磁起动控制设备。
结语：
煤矿供配电系统运行环境复杂，影响因素较多，并且对于安全性要求较高，煤矿井下开采的特殊性给煤矿企业的供配电系统的安全运行带来了一定的困难。保证煤矿供配电系统安全运行，必须要做好煤
矿井下供配电系统设计工作，在设计中结合煤矿井下生产的特点和实际情况多方面考虑，多部门整体协调配合，才能从根本上确保煤矿企业用电的安全性、稳定性与经济性。

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