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第二讲 工矿企业变电所 一、煤矿变电所的主结线（第一章 第三节） 煤矿变电所担负着从电网接受、分配电能和变换电压的任务，是煤矿供电系统的枢纽。正确选择变电所的结线方式和变电所的位置，对煤矿供电系统的供电可靠性、经济性、供电质量和经济运行至关重要。 变电所的主结线是指担负接受、分配电能和变换电压任务的各种电气设备之间的连接方式。主结线与供电的可靠性、操作运行的安全性、灵活性和经济性有着密切的关系。由于电网三相的对称性，主结线采用单线图形式绘制，只在必须表示三相之间的差别时才采用三相图形式。煤矿变电所常用的主结线如下： 1．线路变压器组结线 线路变压器组结线如图1-9所示。 线路变压器组结线的供电可靠性差。只适用于向三级负荷供电的变电所。 2．单母线结线 单母线结线如图1-10所示。母线是一段用来分支线路的导体，通过母线一个电源可以向多个用户配电。单母线结线简单，但供电可靠性差，一旦母线和电源进线出现故障或需要检修时，用户全部停电。因此，它只适用于对供电可靠性要求不高的变电所。用矿用防爆电气设备组成的单母线结线如图1-11所示。 3．单母线分段结线 单母线分段结线如图l-12所示。电源进线至少有两路，分别接于不同的母线段上。母线的段数与电源进线个数相同，各段母线之间用开关连接，称为母线联络开关，简称母联。变电所的一级负荷，用双回路或环形供电方式，其两条配出线必须分别接在两段母线上，以防因母线故障中断供电。只有一回电源线路的其它负荷，均匀分配在两段母线上。这种结线能保证重要负荷的供电可靠性，但当母线发生故障或检修时，将会有一半的单回路用户停电。适用于出线回路不太多、母线故障较少的变电所。大中型煤矿变电所多采用这种结线方式。用矿用防爆电气设备组成的单母线分段结线如图1-13所示。 单母线分段结线有三种运行方式：一是母线联络开关处于断开状态，每个电源各带一半负荷，称为分列运行方式；当一个电源或一段母线发生故障时有一半配出线停电，但双回路供电的用户不会停电；二是将母线联络开关闭合，一个电源工作，另一个电源带电备用（热备用），系统处于单母线运行方式；当工作电源或母线发生故障时会造成全部负荷短时停电；三是两个电源都工作，母线联络开关闭合，称为并列运行方式；并列运行必须有配套的继电保护装置，才能在发生故障时，准确地切除故障，避免全所停电。 煤矿多采用分列运行方式和单母线运行方式。 4．桥式结线 桥式结线是单母线分段结线的特例。桥式结线的特殊之处是电源进线为两个或两个以上，而负荷侧的出线数目与进线数目相同，且负荷多为变压器。煤矿广泛采用如图l-14所示两路电源进线和两台主变压器的桥式结线，线路侧、变压器侧和母线联络开关上都装有断路器，操作运行灵活、适应性强，不论是切换变压器还是切换线路都很方便，并易发展成单母线分段结线。 上述几种常用结线以可靠性衡量，单母线和线路变压器组结线最差，单母线分段和桥式结线已能满足一般煤矿的要求。 6．变电所的配出线结线 配出线结线是指企业变电所向其负荷供电时，配电线路的设备配置与连接方式。对容量较小、不重要的负荷，为了节省投资，可采用负荷开关配合熔断器进行控制和保护；对容量较大或重要的负荷应采用断路器和隔离开关组合。为了保证检修线路和断路器时的人身安全，在配出线断路器的母线侧必须装设隔离开关。具有双电源的重要负荷的配出线，为了防止在检修时发生负荷侧反送电事故，在断路器的两侧都需装设隔离开关。目前，广泛使用的移开式和手车式高压开关柜以及矿用高压防爆配电箱均采用双隔离插销结构，与双隔离开关有相同作用。 在停、送电操作时，必须严格按照顺序操作，即断路器与隔离开关之间：送电时，先合隔离开关，后合断路器；停电时，先分断断路器，后分断隔离开关。否则，会在操作隔离开关时发生弧光短路，危及人身和设备安全。 两个隔离开关之间：送电时，先合母线侧隔离开关，后合线路侧隔离开关；停电时，先断开线路侧隔离开关，后断开母线侧隔离开关。防止发生隔离开关与断路器之间的误操作时。人为扩大事故范围。 二、矿井供电系统（第一章 第四节） 矿井供电系统由地面总变电所、井下中央变电所和采区变电所三级变电所构成，地面变电所的受电电压为6~110 kV，井下输配电高压为6 kV或10 kV，用电设备电压多为660V和1140V，大功率电动机采用6 kV或10 kV供电。 1．煤矿地面总变电所主结线与位置确定 1）煤矿地面总变电所主结线 图l-15为一典型的小型煤矿地面总变电所的主结线图。为了保证供电可靠性，变电所有两条6kV或10kV电源进线，采用单母线分段结线。一、二级负荷由接在不同母线上的双回路或环形回路供电。变电所内设置两台低压变压器供应地面380/220V电网用电，变压器低压侧也采用单母线分段结线（图中省略）。 图l-16为一典型的大型煤矿地面总变电所的主结线图。为了保证供电可靠性，变电所有两条35kV电源进线，35kV侧采用桥式结线，设置两台主变压器T1、T2，主变压器二次侧电网额定电压为6kV，采用单母线分段结线。一、二级负荷由接在不同母线上的双回路或环形回路供电。变电所内设置两台低压变压器供应地面380/220V电网用电，变压器低压侧也采用单母线分段结线（图中省略）。为了防止雷电入侵对电气设备的危害，架空进出线和各段母线均装有避雷器。为了提高功率因数，在两段6kV母线上分别装有补偿电容器组。为了测量和保护，在两段母线上均装有电压互感器，各进出线均装设电流互感器（图中省略）。煤矿地面总变电所通常采用分列运行方式；也可以采用单母线运行方式，但备用电源线路必须采用带电备用（热备用），主变压器则采用不带电备用（冷备用）。 2）煤矿地面总变电所的位置确定 确定煤矿地面总变电所位置时一般遵循以下几项原则： （1）变电所位置应尽量靠近负荷中心，进出线路要方便，大型设备的运输和消防车辆进出要方便； （2）具有适宜的地质条件，有防止地下水、雨水和洪水浸淹措施；应与其它工业建筑物保持足够的防火间距； （3）应考虑与邻近设施的相互影响，远离震动大的设备和易燃易爆的场所，应尽量避开污染源。 因此，煤矿地面总变电所一般设置在矿井工业广场边沿，离井口较近，远离储煤场和矸石山的地方。 2．煤矿井下中央变电所结线与硐室布置 1）中央变电所主结线 中央变电所是井下供电的枢纽，其主结线如图1-17所示。 根据《煤矿安全规程》的规定，对井下中央变电所、主排水泵房和下山开采的采区排水泵房的供电线路，不得少于两回路；当任一回路停止供电时，其余回路应能担负全部负荷。所以，为了保证井下供电的可靠性，由地面变电所引至中央变电所的电缆数目至少应有两条，并分别引自地面变电所的两段6（10）kV母线。 中央变电所的高压母线采用单母线分段结线方式，母线段数与下井电缆根数对应，各段母线通过高压开关联络。正常时联络开关断开，母线采用分列运行方式；当某条下井电缆故障退出运行时，合上母线联络开关，恢复对该段母线负荷的供电。 主水泵是井下中央变电所的一级负荷，但由于水泵总数中已包括备用水泵和检修水泵，因此每台水泵可用一条专用电缆供电，但所有水泵必须平均分配在各段母线上。当主水泵为低压时，配电变压器最少应有两台，变压器低压侧亦采用单母线分段结线，每台变压器的容量均应满足最大涌水期时需开动的全部负荷的供电要求。 2）井下中央变电所的位置和硐室布置 通常井下中央变电所设置在井底车场副井井底附近，与中央水泵房相邻。有条件时还应与电机车用的变流所联合建筑。井下中央变电所应特别注意防水、通风及防火问题。为了防水，变电所地面应比其出口与井底车场或大巷连接处的底板标高高出0.5m。为了使变电所有良好的通风条件，当硐室长度超过6m时，必须在硐室的两端各设一个出口。硐室用砌碹或其他可靠方式支护，硐室必须装设向外开的防火铁门，铁门上应装设便于关严的通风孔，铁门内可加设向外开的铁栅栏门，平时铁栅栏门关闭，防火铁门打开，以利于通风，在发生火灾时，将防火铁门关闭，便于灭火和防止火灾蔓延；从硐室出口防火铁门起5m以内巷道应用砌碹或其他不燃性材料支护；硐室内还必须设置足够数量扑灭电气火灾的灭火器材。 应将变压器与配电装置分开布置，高、低压配电装置分开布置。设备与墙壁之间，各设备之间应留有足够的维护与检修通道，完全不需要从两侧或后面维护检修的设备，可互相靠紧或靠墙放置。考虑发展余地，变电所的高压配电设备的备用位置应按设计最大数量的20％考虑，且不少于两台。低压设备的备用回路，也按最多馈出回路数的20％考虑。 3. 采区变电所主结线与硐室布置 采区变电所是采区供电的中心，由井下中央变电所送来的高压电力，经采区变电所直接配送或降压后配送至采掘工作面及采区其他用电设备。 1）采区变电所的结线 采区变电所的主结线应根据采区上（下）山和采区工作面性质选择。下山采区因采区主排水泵是一级负荷必须采用双回路电源、单母线分段结线；有综采工作面的采区，也应采用双回路电源、单母线分段或单母线结线；炮采或普通机采工作面的上山采区，应采用单回路电源、单母线结线。 图1-18是为综采工作面供电的下山采区变电所主结线图。双电源进线、单母线分段结线，两回路电源应同时工作，但母线联络开关应断开，使两回电源线路分列运行。下山采区且主排水泵为低压电动机的变电所，为水泵供电的变压器低压侧也应采用单母线分段结线，参见图1-13。掘进通风用的局部通风机（简称局扇），必须使用专用变压器、专用开关和专用线路。 图1-19是为上山炮采或普通机采工作面供电的采区变电所结线图。如变压器不超过两台且无高压出线时，可不设电源进线总开关，采用线路变压器组结线；当变压器超过两台或有高压出线时，为了操作和检修方便，应设电源进线总开关，采用单母线结线。采区变电所每台动力变压器都应装有一台高压配电箱进行控制和保护。 2）采区变电所的位置和硐室布置 采区变电所通常设置在两个上（下）山巷道之间的联络巷中或运输大巷采区装车站附近。 采区变电所的防水、防火、通风等安全措施，除底板标高没有严格规定外，其它与中央变电所相同。变压器可与配电设备布置在同一硐室内；变电所的高、低压设备应分开布置；各设备之间、设备与墙壁之间均应留有维护和检修通道，不从侧面和背后检修的设备不留通道。 4. 工作面配电方式 1）综采工作面配电 综合机械化采煤工作面，单机功率和总功率大，输电距离长，回采速度快，必须采用 移动变电站供电。图1-20是综采工作面机电设备布置图（图中未画出液压支架，指示线所指为该设备电动机所在位置，箭头所指为煤流方向）。 综采工作面设备的额定电压通常为1140V，大型高产高效工作面已使用3300V。 综采工作面配电结线如图1-21所示。工作面内的生产设备由1号移动变电站供电；1号移动变电站离工作面150~300米。电动机在运输巷口的可伸缩皮带输送机和其他小型设备由2号移动变电站供电。也可以不用2号移动变电站，由采区变电所内的变压器直接供电。 2）普通工作面配电 图1-22是炮采采煤工作面机电设备布置图。炮采和普通机采工作面设备功率较小，通常由采区变电所用660V低压直接供电；当工作面离采区变电所太远时，也可采用移动变电站供电，移动变电站可安放在下顺槽口附近。为了安全操作工作面的机械设备，必须在工作面附近集中设置控制开关和起动器，这些设备的放置地点即为工作面配电点。采煤工作面配电点，一般设在距采煤工作面50m～100m处；掘进工作面配电点，一般距掘进工作面80m～100m，工作面配电点随工作面的推进而移动。图l-23为炮采采煤工作面运输巷的配电结线图，回风巷配电结线与此类似。
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