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第一讲 煤矿供电系统 目前，电力已成为煤矿生产的主要甚至是唯一的能源。可靠、安全、高质量和经济地供电，对保证安全生产、提高产品质量及提高经济效益具有十分重要的意义。 一、电力系统和电力网（第一章 第一节） 电力系统是指由发电机、电力网和电力用户组成的统一整体。电力网是由输电线路和升（降）压变电站（所）组成，担负电力输送、分配和变换任务的网络。图1-1是电力系统示意图。 发电机的输出电压较低（3.15～20kV），为能够大容量、远距离输电，必须将发电机生产的电能经升压变压器升压后输送到负荷中心。在负荷中心附近需设置降压变电站（所），将电压降低后再输送至用户。电力系统中各发电厂之间以输电线路相连，称为并网发电。并网发电可以提高供电的可靠性，同时还可以提高发电厂和电力网的经济效益。 煤矿是电力系统的用户，是电能的消费者，处于电力网的终端。 二、煤矿电源 煤矿企业的电源一般来自电力网，煤矿都设有企业总变电所来接受电能。其受电电压为6～110kV，煤矿企业总变电所必须至少有两个独立电源。通常两个电源来自电网的两个区域变电所，也可以来自一个区域变电所的不同的母线；也可采用环形供电网络。 图1-2中，用户1由一个变电所单回路供电，可靠性不好；用户3由一个变电站（所）双回路供电，可靠性较高；用户2由电网的两个变电站（所）供电，可靠性最高。 环式如图l-3所示。环式适用于向两个彼此之间相距较近，而离电源都较远，负荷容量相差不太大，且对供电可靠性要求较高的用户供电。适用于一级负荷或重要的二级负荷。 干线式如图1-4所示。其特点是：多用户共用一条输电线路，节省供电设备，造价较低，但可靠性差，容易因一个用户故障引起多个用户停电。干线式一般用于二、三级负荷供电。 三、额定电压等级 为了便于电网的运行管理和电气设备生产的标准化，国家标准规定了全国统一的额定电压等级，电气设备都是按照额定电压设计和制造的，在额定电压下电气设备可以安全、高效的运行。电力系统额定电压等级见表l-l。 表1-1 电力系统额定电压等级（kV） | | | | | | | | （0.127） 0.22 0.38 （0.66） （1.14） （3.3） 6 10 35 110 | 井下照明、煤电钻 地面小型动力、照明 地面中小型动力 井下中小型动力 综采工作面 大型综采工作面 短距离配电 短距离配电 中短距离输电 中远距离输电 | （0.133） 0.23 0.40 （0.693） （1.2） （3.45） 6.3 10.5 | （0.127） 0.22 0.38 （0.66） （1.14） （3.3） 6，6.3 10，10.5 35 110 | （0.133） 0.23 0.4 （0.693） （1.2） （3.45） 6.3，6.6 10.5，11 38.5 121 |
四、煤矿对供电的基本要求 鉴于电力供应在煤矿生产中的重要性，对煤矿供电提出如下要求： 1．可靠供电 可靠供电就是要求不间断供电。在煤矿中，各种电力负荷对供电可靠性的要求是不同的，为了能在技术经济合理的前提下满足不同负荷对供电可靠性的要求，把电力负荷分为三类。 一级负荷（一类负荷） 凡因突然中断供电，可能造成人身伤亡事故或重大设备损坏，给国民经济造成重大损失或在政治上产生不良影响的负荷，均属一级负荷。如矿井的主通风设备一旦停电，可能导致井下瓦斯爆炸及人身伤亡重大事故；矿井主排水设备停电，会发生淹井事故。对一级负荷必须有两个独立电源供电，以保证供电的绝对可靠，如图1-2中的用户2和用户3。 2）二级负荷（二类负荷） 凡因停电，会造成大量减产或生产大量废品的负荷，属于二级负荷。如矿井集中提煤设备、综采工作面等。对中、小型煤矿的二级负荷一般由专用线路供电。为了减少长时间停电的影响，供电设备应有一定数量的库存，以备及时更换，如图1-2中的用户1。对大型煤矿的二级负荷，也应有两个电源，两回路电源应引自变电所不同的母线段，如图1-2中的用户3。 3）三级负荷（三类负荷） 三级负荷是指除一级、二级负荷外的其它负荷。如煤矿的附属车间及生活设施等，对三级负荷供电一般采用单回路供电方式，多个三级负荷还可共用一条输电线路，如图1-4所示。 在供电系统的结线设计、设备选择和运行中，要不惜代价确保一级负荷的供电不间断；而对三级负荷则更多地考虑供电的经济性。当电力系统因故障必须拉闸限电时，首先停三级负荷，必要时再停二级负荷，但必须保证一级负荷的用电。 2．安全供电 安全供电就是在供电过程中，不发生人身触电、电气火灾和由电气设备引发的瓦斯与煤尘爆炸事故。煤矿安全供电的三大任务是：电气防爆、电气防火、防触电。一般工业企业也应特别注意防火和防触电。 3．高质量供电 电压和频率是衡量电能质量的主要指标。 我国电网的额定频率为50Hz，其频率偏差不允许超过±0.2Hz。电网频率由发电厂控制，用电企业无法改变，但用电企业有义务根据电网调度的指令调整本企业的负荷，配合电力系统调节频率。 供电系统在运行中，送到用电设备的实际电压与额定电压总有一些偏差，此偏差值称为电压偏移。如果电压偏移超过允许的范围，电气设备的运行状态将显著恶化，甚至损坏电气设备。例如交流电动机，当电压过低时，电动机转矩急剧下降，起动困难，电流增大，运行温度升高，加速绝缘的老化，甚至烧毁电动机；电压过高时，会造成电动机空载电流和铁损的增大，温度升高，过高的电压甚至会造成绝缘击穿，引起短路。一般电动机和照明灯的允许电压偏移为额定电压的±5%。 煤矿常见电压问题是靠近变压器的电压过高，可达额定电压的1.1倍以上；离变压器远的电压高低，可低于0.9倍的额定电压。当变压器出口处的电压偏高时，可通过电力变压器的调压分接头来调节，调节原则是当变压器在正常负载下运行时变压器出口处的电压等于或略高于电网额定电压。当输电线路远端的电压偏低时，可以通过增大线路导线截面来解决，详见第五讲。 4．经济供电 供电的经济性一般考虑三个方面：在满足技术要求的前提下，尽量降低企业变电所与电网的基本建设投资；尽可能降低设备、材料及有色金属的消耗量；尽量降低供电系统的电能损耗及维护费用。 五、电网中性点运行方式（第一章 第二节） 在三相供电系统中，发电机和变压器的中性点（N）与大地（E）的连接关系称为中性点的运行方式。中性点运行方式决定着电网发生单相接地故障后的状况与后果，与供电的可靠性、线路的保护方法及人身安全等密切相关。常见的中性点运行方式有中性点不接地和中性点直接接地两种。 1．中性点不接地电网 中性点不接地电网出现单相接地时，接地点的接地电流通常在几安以下，不会立即损坏设备，系统的线电压仍保持对称，用电设备的运行不受影响。地面3kV～63kV高压电网是直接给用户输电的电网，采用中性点不接地的运行方式，可以减少用户因单相接地造成的停电，提高供电的可靠性。中性点不接地电网单相接地时，非接地相对地电压升高到电网的线电压，易使绝缘薄弱处击穿，造成严重的两相接地短路。因此，在地面中性点不接地电网中装有绝缘监视装置或接地保护装置，当发生单相接地故障时及时发出报警信号，值班人员尽快查找并排除故障，如有备用线路，应尽快将负荷转移到备用线路上去。规定单相接地后运行时间不应超过2小时,经2小时仍未消除故障时，应切除故障线路。 煤矿井下的高低压电网也采用中性点不接地运行方式，其目的是减小单相接地电流和人体触电电流，有利于防火和防触电。在煤矿井下电网的高低压开关中安装有漏电保护装置，当发生单相接地、人触电或电网绝缘不足时，开关立即跳闸切断电源。 2．中性点直接接地电网 我国110kV及以上电压等级的电网采用三相三线制的中性点直接接地电网；煤矿地面380／220V低压动力与照明电网采用三相四线制或三相五线制的中性点直接接地电网。图1-8所示为三相四线制的中性点直接接地电网。 中性点直接接地电网发生单相接地故障时，其它两相对地电压并不升高，因此电网中电气设备的对地绝缘水平只需按相电压设计。这对110kV及以上的超高压电网具有很高的技术经济价值。 地面380／220V低压动力与照明电网，也采用中性点直接接地的运行方式。其目的是当高、低压电网间绝缘损坏，高电压窜入低压电网时，降低电网对地电压，是防止触电和保护低压设备的一项安全措施。 当中性点直接接地电网发生单相接地时，故障相由接地点通过大地与中性点形成单相接地短路故障，将产生很大的短路电流，故称为大接地电流电网。短路电流会在短时间内损坏电气设备，引发火灾，必须立即切断电源。
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