煤矿供电系统及供电安全讲座方案.ppt

1,煤矿供电系统及电气安全讲座,万利一矿,2,主要内容,,现代化矿山供电系统基础,1,,煤矿供配电系统基本原理,2,,煤矿供电系统运行过程中出现的典型问题、解决方案与案例剖析,3,,4,最新版煤矿安全规程电气部分解读,3,基础知识,1,4,矿井供电环境,1.1,5,矿井供电环境,矿山企业井下的工作环境是最具特殊性的。由于环境条件恶劣和属于易燃易爆场所，故井下的负荷特性，电气设备的供电系统都和地面有较大的差异，并对安全供电与保护有更高的要求。除一般电气故障与保护外，还有其特殊的电气故障，如静电危害，漏电故障，杂散电流等。,煤矿供电环境特殊,6,矿井供电环境的特点,对供电可靠性要求高,空间狭窄、潮湿,电气设备需要经常移动,易燃易爆环境,,7,矿井供电基本要求,1.2,8,,9,基本要求,在生产过程中，发生人身触电事故和因电气故障而引起的爆炸、火灾等重大事故。,1安全性,10,基本要求,供电系统不间断供电的可靠程度。供电一旦中断，影响生产，而且可能使设备损坏，甚至发生人员伤亡事故，严重时会造成整个矿井的毁坏。不同负荷对供电的可靠性要求不同。,2可靠性,11,基本要求,电能的电压、频率、波形等质量指标要达到一定的技术标准。,3优质,12,基本要求,供电系统在运行中尽量减少损耗、提高效率，尽量降低供电系统的基本建设和维护费用。此外，在设备的选型上应尽量选用低能耗、功率因数高的节能产品。,4经济性,13,矿井供电电压等级,1.3,14,交流电,36V及以下井下电气设备的控制回路、局部照明127V井下照明及手持式电气设备、矿井提升信号等220V矿井地面照明380V地面动力660V井下采区低压动力、地面选煤厂动力3kV、1140V井下综采工作面3、6、10kV井下供配电电压、大型矿井固定设备动力用电35、110kV高压输电线路,15,直流电,2.5V碱性矿灯4V酸性矿灯220、110V地面变电所二次回路250、500V架线电机车电源电压750V、1500V露天煤矿工业电机车,16,最新版煤矿安全规程电气部分解读,2,第九章电气部分，六节，共52条款,17,煤矿安全规程的有关规定,主要条款一般规定---13个条款电气设备与保护---7个条款井下机电设备硐室---6个条款井下电缆---7个条款照明，通信和信号---9个条款井下电气设备保护接地----6个条款井下电气设备、电缆的检查、维护和调整---4个条款,2020/7/17,18,一般规定,2.1,19,煤矿安全规程的有关规定,第440条煤矿地面、井下各种电气设备、电力和通信系统的设计、安装、验收、运行、检修、试验以及安全等工作，可参照有关部门的规程执行；遇有与本规程相抵触的，应按本规程执行。,20,煤矿安全规程的有关规定,第441条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60000t以下（不含60000t）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、提升等要求，并保证主要通风机在10min内可靠启动和运行。备用电源应有专人负责管理和维护，每10天至少进行一次启动和运行试验，试验期间不得影响矿井通风等，试验记录要存档备查。,21,煤矿安全规程的有关规定,矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷。正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式。若一回路运行，另一回路必须带电备用，以保证供电的连续性和可靠性。带电备用电源的变压器宜热备用；若冷备用，必须保证备用电源能及时投入正常运行，保证主要通风机等在10min内可靠启动和运行。10kV及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设。矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。,22,煤矿安全规程的有关规定,第442条对井下变（配）电所[含井下各水平中央变（配）电所和采区变（配）电所]、主排水泵房和下山开采的采区排水泵房供电的线路，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。向局部通风机供电的井下变（配）电所应采用分列运行方式。主要通风机、提升人员的立井绞车、抽放瓦斯泵等主要设备房，应各有两回路直接由变（配）电所馈出的供电线路；受条件限制时，其中的一回路可引自上述同种设备房的配电装置。向煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井自救系统供风的压风机、井下移动瓦斯抽放泵应各有两回路直接由变（配）电所馈出的供电线路。,23,煤矿安全规程的有关规定,本条上述供电线路应来自各自的变压器和母线段，线路上不应分接任何负荷。本条上述设备的控制回路和辅助设备，必须有与主要设备同等可靠的备用电源。,24,煤矿安全规程的有关规定,第443条严禁井下配电变压器中性点直接接地；,25,煤矿安全规程的有关规定,第448条井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级，应符合下列要求（一）高压，不超过10000V。（二）低压，不超过1140V。（三）照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127V。（四）远距离控制线路的额定电压，不超过36V。采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。,26,煤矿安全规程的有关规定,第449条井下低压配电系统同时存在2种或2种以上电压时，低压电气设备上应明显地标出其电压额定值。,27,电气设备和保护,2.2,2020/7/17,28,煤矿安全规程的有关规定,第453条井下电力网的短路电流不得超过其控制用的断路器在井下使用的开断能力，并应校验电缆的热稳定性。非煤矿用高压油断路器用于井下时，其使用的开断电流不应超过额定值的1/2。第454条硐室外严禁使用油浸式低压电气设备。40kW及以上的电动机，应采用真空电磁起动器控制。,29,煤矿安全规程的有关规定,第455条井下高压电动机、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。井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。低压电动机的控制设备，应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。,30,煤矿安全规程的有关规定,第456条井下配电网路（变压器馈出线路、电动机等）均应装设过流、短路保护装置；必须用该配电网路的最大三相短路电流校验开关设备的分断能力和动、热稳定性以及电缆的热稳定性。必须正确选择熔断器的熔体。必须用最小两相短路电流校验保护装置的可靠动作系数。保护装置必须保证配电网路中最大容量的电气设备或同时工作成组的电气设备能够启动。,31,煤矿安全规程的有关规定,有关整定细则规定电磁式过电流继电器，kr≥1.5；熔断器保护，kr≥47；电压为380V、660V，熔体额定电流100A及以下时，取kr7；熔体额定电流125A时，kr6.4；熔体额定电流160A时，kr5；熔体额定电流200A及以上时，kr4；电压为127V时，kr一律取4。,32,煤矿安全规程的有关规定,第457条矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。井下低压馈电线上，必须装设检漏保护装置或有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。,33,煤矿安全规程的有关规定,每天必须对低压检漏装置的运行情况进行1次跳闸试验。煤电钻必须使用设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离起动和停止煤电钻功能的综合保护装置。每班使用前，必须对煤电钻综合保护装置进行1次跳闸试验。,34,煤矿安全规程的有关规定,解读1防止人体触电的极限安全电流值30mAs远远小于引爆瓦斯、煤尘的极限安全电流。,极限安全火花电流值,35,煤矿安全规程的有关规定,2人体触电电流,漏电保护基本参数,36,煤矿安全规程的有关规定,第458条直接向井下供电的高压馈电线上，严禁装设自动重合闸。手动合闸时，必须事先同井下联系。井下低压馈电线上有可靠的漏电、短路检测闭锁装置时，可采用瞬间1次自动复电系统。,37,井下电气设备保护接地,2.3,38,煤矿安全规程的有关规定,第482条电压在36V以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、构架，铠装电缆的钢带（或钢丝）、铅皮或屏蔽护套等必须有保护接地。第483条接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2欧姆。每一移动式和手持式电气设备至局部接地极之间的保护接地用的电缆芯线和接地连接导线的电阻值，不得超过1欧姆。,39,煤矿安全规程的有关规定,第484条所有电气设备的保护接地装置（包括电缆的铠装、铅皮、接地芯线）和局部接地装置，应与主接地极连接成1个总接地网。主接地极应在主、副水仓中各埋设1块。主接地极应用耐腐蚀的钢板制成，其面积不得小于0.75m2、厚度不得小于5mm。在钻孔中敷设的电缆不能与主接地极连接时，应单独形成一分区接地网，其接地电阻值不得超过2。,40,煤矿安全规程的有关规定,第485条下列地点应装设局部接地极一采区变电所包括移动变电站和移动变压器。二装有电气设备的硐室和单独装设的高压电气设备。三低压配电点或装有3台以上电气设备的地点。四无低压配电点的采煤机工作面的运输巷、回风巷、集中运输巷胶带运输巷以及由变电所单独供电的掘进工作面，至少应分别设置1个局部接地极。五连接高压动力电缆的金属连接装置。,41,煤矿安全规程的有关规定,局部接地极可设置于巷道水沟内或其他就近的潮湿处。设置在水沟中的局部接地极应用面积不小于0.6m2、厚度不小于3mm的钢板或具有同等有效面积的钢管制成，并应平放于水沟深处。设置在其他地点的局部接地极，可用直径不小于35mm、长度不小于1.5m的钢管制成，管上应至少钻20个直径不小于5mm的透孔，并垂直全部埋入底板；也可用直径不小于22mm、长度为1m的2根钢管制成，每根管上应钻10个直径不小于5mm的透孔，2根钢管相距不得小于5m，并联后垂直埋入底板，垂直埋深不得小于0.75m。,42,煤矿安全规程的有关规定,第486条橡套电缆的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼作他用。,43,煤矿供配电系统基本原理,3,44,深井供电系统浅井供电系统,,45,深井供电系统适用于煤层埋藏较深大于150m、井下涌水量大及井田范围较大的矿井。三级供电方式地面变电所、井下中央变电所、采区变电所。,,46,浅井供电系统适用于煤层埋藏较浅小于150m、井下涌水量不大，井田范围较小的矿井或小井群。二级供电方式地面变电所、采区地面变电所。低压电缆从井筒或从地面钻孔送到井下配电所。矿井供电系统不限于以上2种，在实际工作中应根据矿井具体条件考虑。但无论采用哪种供电方式，都必须符合供电可靠、安全和经济的原则。,,47,浅井供电系统,3.1,48,将井下各用电设备分区，分别由地面变电所通过井筒或钻孔供电。井下不设中央变电所，把地面变电所的380660V低压电能直接通过电缆经井筒送到井底车场配电所，供给车场动力及照明使用。采区供电由地面变电所的架空线将高压电能送到采区地面变电所后，再经钻孔将高压电缆穿管送到采区变电所，降压后再供给采掘动力设备；或直接供给采区地面高压变电所，降压后经钻孔直接把低压电缆穿管送到采区配电所。,,优点减少了硝室的开拓量;减少了电缆、高压设备;减少了高压触电的危险,简单、经济。,49,,50,深井供电系统,3.2,51,矿井地面变电所井下中央变电所采区变电所移动变电站综采工作面配电点,,52,1、矿井地面变电所,包括地面总变电所、各类车间变电所,1矿井地面变电所,全矿供电的总枢纽，它担负着受电、变电及配电的任务，也称为降压站。一般设在负荷中心受电电压35110kV独立双电源供电,53,1、矿井地面变电所,煤矿地面总变电所主接线图,54,1、矿井地面变电所,2各类车间变电所,55,深井井下供电系统,2020/7/17,56,3井下中央变电所,,井下供电的中心；单一水平生产的矿井一般设置1个中央变电所；多水平生产的矿井每个水平设置1个中央变电所；电源由地面变电所直接供给。,负荷各采区变电所，主排水泵的高压电机，井底车场及其附近巷道的低压动力设备和照明，井下电机厂需要的变流设备。,2020/7/17,57,井下中央变电所,58,整流变电所,,59,4采区变电所,,供电方式2种,采区变电所----工作面配电点（传统方式）采区配电所----移动变电站----工作面配电,60,,采区变电所----工作面配电点工作方式,61,,采区变电所--移动变电站--工作面配电点,62,,采区变电所高压侧接线方式,高压1路电源进线高压2路电源进线,63,,高压1路电源进线,64,,高压2路电源进线（一用一备）,65,,高压2路电源进线（同时供电）,66,典型深井供电系统,67,典型矿山供电系统实例,3.3,68,晋城煤业凤凰山矿井供电系统,3.3.1,69,一、凤凰山地面供电系统,70,二、整流变电所供电系统,71,三、井下中央变电所供电系统,72,四、机掘示范工作面供电系统,73,四、机掘示范工作面供电系统,74,陕煤集团红柳林煤矿供电系统,3.3.2,75,地面供电系统,,76,南一盘区,,77,矿山变电站自动化系统,3.4,78,变电站自动化系统的结构,3.4.1,79,主要内容,一、国内外现状及发展趋势二、系统结构三、管理层功能四、网络层五、设备间隔层六、XR-2000系统特点七、典型工程举例,80,一、国内外现状及发展趋势,三个阶段以RTU为中心，由分离元件组成的集中组屏阶段、以系统为中心，由数字化产品组成的集中组屏与分散安装相结合的阶段以系统为中心，由一体化产品组成的分布式自动化系统常用系统模式集中式变电站自动化系统老站改造分层分布式自动化系统新建的大型变电站分散式自动化系统各种类型变电站发展趋势智能化自适应于电力系统的与模式；调试、维护、检修的简单化、傻瓜化。一体化二次设备的小型化（处理速度高、集成度高）；电磁兼容性；网络的高可靠性、高速度。网络化以系统为中心与面向对象的间隔层的独立性两方面的兼顾。,81,二、变电站自动化系统结构（一）,采用分层分布式体系结构三层管理层、网络层、设备间隔层典型系统结构模式模式1双远动双后台监控，远动和后台均直接挂接间隔层的通信网适用范围无人值班，有人值守重要变电站。,82,二、变电站自动化系统结构（二）,典型系统结构模式模式2双远动无后台监控，远动直接挂接间隔层的通信网适用范围无人值班、无人值守重要变电站。,83,二、变电站自动化系统结构（三）,典型系统结构模式模式31远动1后台监控，远动和后台监控直接挂接间隔层的通信网适用范围无人值班、有人值守变电站。,84,二、变电站自动化系统结构（四）,典型系统结构模式模式41远动无后台监控，远动直接挂接间隔层的通信网适用范围无人值班、无人值守变电站、开闭所、箱式变等。,85,二、变电站自动化系统结构（五）,典型系统结构模式模式5双总控单元双后台监控，后台监控通过总控单元与间隔层的通信，总控单元与调度直接通信。适用范围无人值班、有人值守重要变电站。,86,二、变电站自动化系统结构（六）,典型系统结构模式模式6双总控单元无后台监控，总控单元与调度直接通信。适用范围无人值班、无人值守重要变电站。,87,三、管理层功能（一）,组成监控主站、工程师站、五防操作站功能数据采集及处理实时信息模拟量、数字量、电度量以及其它信号。报警处理报警信息模拟量越限，报警接点的状态改变，计算机系统本身及电源的故障，趋势报警。报警信号事故信号（紧急报警）即有非手动操作引起的断路起跳闸信号。预告信号，即报警接点的状态改变、模拟量的越限和计算机本身，包括设备出现不正常工作状态。,88,三、管理层功能（二）,功能事件顺序记录和事故追忆事件顺序记录能够在CRT上显示动作顺序及在打印机上打印顺序事件自动存档，存档保存时间可由用户确定。事故追忆事故追忆功能由主机实现，并以曲线方式显示。事故追忆表的容量能记录事故前数分钟至事故后数分钟的全所的模拟量。根据不同的触发条件可以选择必要的模拟量进行记录产生事故追忆表，以方便事故分析。事故追忆表可以由事故或手动产生，可以满足数个触发点同时发生而不影响可靠性，系统能够同时存放多个事故追忆表。,89,三、管理层功能（三）,功能控制功能控制对象断路器、隔离开关、接地刀闸、主变分接头、电容器组。控制方式远方调度控制变电所控制室的后台计算机操作变电所继电器室I/O单元上对应电气单元的一对一操作操作步骤选择、校核、执行、确认并设置操作员和线路代码口令远方与就地互为闭锁,90,三、管理层功能（四）,功能在线统计有功、无功功率；各相电流、电压、功率因数、频率、有功及无功电度日、月、年最大、最小值及出现的时间日、月、年电压、功率因数合格率的分时段统计，包括最大值、最小值、超上限百分比、超下限百分比及合格率变压器负荷率及损耗计算所用电率计算。所用电电度累计统计断路器正常、事故跳闸次数、停用时间和月、年运行率等数据变压器的停用时间及次数电容器的投入次数,91,三、管理层功能（五）,功能画面显示和打印电气主接线图直流系统图所用电系统图变电所监控系统运行工况图开关量状态表各种实时测量值表多功能电表历史事件及某些重要数据表值班员所需要的各种技术文件。例如主要设备参数表，继电保护定值表，操作票等。,92,三、管理层功能（六）,功能时钟同步防误闭锁功能系统的自诊断和自恢复系统能够在线诊断系统的软件、硬件运行情况，一旦发现异常能够发出报警信号，并自恢复运行。自诊断范围主机、保护测控单元、远动通信装置，自诊断到模件级故障。网络及接口设备故障各类通道故障系统时钟同步故障外设故障软件运行出格,93,三、管理层功能（七）,功能维护功能数据库维护用交互方式在线对数据库中的各个数据进行修改和增删功能维护自动调节功能的启动和停止，对各种应用功能运行状态的监测，各种报表的在线生成和显示画面的在线编辑等。管理功能操作票的编制设备工况报告编制设备档案的管理,94,四、网络层（一）,网络拓扑结构树型（星型）基于RS-232通信接口适用范围小型变电站,95,四、网络层（二）,网络拓扑结构总线星型网络选择现场总线CAN、LONWORK、RS-485口等以太网适用范围各种类型变电站,96,四、网络层（三）,网络拓扑结构混合型网络选择总线型星型适用范围各种类型变电站,97,四、网络层（四）,网络层的组成保护测控网络（主网）通信控制器（总控单元）网络多串口服务器网络交换机通信接口转换模块智能网络通信卡录波网络计量网络对时网络,98,四、网络层（五）,功能规约转换调度或集控站CDT、101、DNP3.0五防系统珠海共创,晋电（优特）直流系统、UPS系统CDT、MODEMBUS计量系统国标火灾报警系统、现场防盗报警系统接地变控制系统,99,四、网络层（五）,网络层管理层采用以太网；设备层采用CAN现场总线组成通信控制器采用两台带液晶的工业控制计算机网络多串口服务器采用MOXA产品，CPU为INTEL960微处理器，设有8/16个232接口，1个网络接口。网络交换机通信接口转换模块232/485，232/422等接口转换智能网络通信卡CAN卡等功能规约转换调度或集控站CDT、101、DNP3.0五防系统珠海共创,晋电（优特）直流系统、UPS系统计量系统火灾报警系统、现场防盗报警系统接地变控制系统,100,五、设备层（一）,组成继电保护高压保护保护与测控单元完全分开，由不同的装置完成采用32位计算机，多CPU并行工作汉化显示，可直接接打印机集中组屏中低压保护保护、测量、状态检测、控制一体化16或32位计算机，单或多CPU并行工作汉化显示，不直接接打印机标准工业化设计宽温、强抗干扰能力分散安装,101,五、设备层（二）,继电保护分类线路保护变压器保护母线保护电动机保护电容器保护电抗器保护断路器失灵保护,102,五、设备层（三）,组成安全自动装置同期合闸条件频差、压差、角差重合闸启动方式不对应和保护动作检定方式同期、无压、不检定低周减载集中式、分散式电压无功自动控制装置调节系统调节备用电源自投进线自投母联或桥开关自投,103,五、设备层（四）,组成测控单元通用测控公用测控智能电表脉冲电表智能电表,104,六、XR-2000变电站自动化系统,系统由以下单元组成监控操作站XRM-200系列通信控制装置XRT-200系列变压器保护控制装置XRL-200系列线路保护控制装置XRC-200系列电容器保护控制装置XRF-200系列厂用变保护控制装置XRB-200系列备用电源自投装置XRE-200系列电动机保护测控装置XRV-200系列无功电压自动调节装置XRS-200系列测控装置,105,六、XR-2000变电站自动化系统,系统特点远动与后台监控完全独立可靠通信处理模式，确保数据的可靠传递和一致性采用分层分布式体系结构和面向对象的设计思想监控软件完全按模块化、通用化标准系统具有开放互联功能智能化保护装置先进的硬件技术16位A/D双级光电隔离良好的电磁兼容性友好的人机界面系统保密性强，有完善的权限管理,106,七、典型工程,典型工程方案泉州塘上变,,,107,微机防误闭锁系统,3.4.2,108,,常规五防闭锁功能防止带负荷拉、合刀闸防止误入带电间隔防止误分、合断路器防止带电挂接地线、合接地刀闸防止带接地刀闸或临时接地线合隔离开关微机防误闭锁功能常规五防闭锁功能采集状态信息，并上送监控系统网门、接地刀闸、临时接地线、手动刀闸等）就地监控软闭锁操作票管理,,109,,系统组成防误主站电脑钥匙防误锁具电气编码锁（交流、直流）、机械编码锁（固定锁、挂锁）、网门锁、临时接地点地栓锁通讯适配器RTU接口打印机操作票管理专家系统图形系统,,110,,防误主站内驻本站的一次系统图、二次压板图及五防闭锁程序，操作管理系统等。实现变电站的防误系统与监控系统连接，信息功能双向变换，实现数据和状态共享满足变电站监控操作防误功能，从而实现遥控操作从软件程序上闭锁防止误操作事故的发生正确接收电脑钥匙上传的信息，保证模拟防误图状态与现场的实际状态一致，与电脑钥匙信息交换正确、无遗漏、逻辑判断准确无误预编、存储防误规则，失电后其信息不应改变和丢失规则编码库对系统维护员开放，以便于设备间隔扩展需要,,111,,电脑钥匙具备液晶汉字显示和智能语音提示功能电脑钥匙识别与控制编码个数应满足变电站的最终规模要求显示电池容量,具有低电压报警提示及标准时间显示具有超时休眠及掉电记忆功能具有抗冲击力、抗电磁干扰、防水功能具有未遂事故追忆功能，可追忆10次以上倒闸操作任务的信息,,112,,图形系统变电站常用设备图的绘图板和显示浏览、绘制系统一次接线图闭锁操作模拟和相应的安全保护措施，并传输电脑钥匙操作票管理专家系统查询、输入、修改系统数据库中的内容包括开关锁码表、典型任务数据库、操作票数据库以及进行系统设置操作票的编辑、修改、存档、打印按日期、操作人、操作票序号查询的功能查询结果的打印,,113,遥视系统在无人值班站的应用,3.4.3,114,,遥视系统的基本功能能在遥视控制中心观察变电站装设的多个摄像机拍摄的视频信息，可对现场进行监视能在遥视控制中心对视频信息采集设备进行远方控制云台的上下左右的旋转镜头焦距灯光的控制雨刷的控制视频矩阵的轮巡和设置快球预置位的设定等数字录象，可随时、即时地检索和回放与变电站自动化系统接口，可根据自动化系统的信息自动调整摄象机对准监视目标与安防和消防系统接口，可根据安防和消防系统的信息自动调整摄象机对准监视目标,,115,,遥视系统的基本功能能对多个监视位置的云台、镜头参数进行预置，在需要时能方便、快速地转到相应的预置点对高压设备进行超温检测和报警统一对时图象打印权限设置与其他系统接口MIS、EMS、SCADA等远程维护,,116,,基本组成厂站端设备通信层遥视控制中心,,117,煤矿供电系统运行过程中出现的典型问题、解决方案与案例剖析,4,118,4.1,矿井供电系统铁磁谐振过电压,119,电力系统中存在大量电感和电容元件电感元件电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈、电抗器、线路导线电感等电容元件线路导线对地和相间电容、补偿用的并联和串联电容器组、高压设备的杂散电容,当系统进行操作或发生故障时，电感、电容元件可形成各种振荡回路，如某一自由振荡频率等于外加强迫频率，发生谐振。谐振是一种周期性或准周期性的运行状态,一铁磁谐振过电压的产生,120,对应三种电感参数，在一定的电容参数和其他条件的配合下，可能产生三种不同性质的谐振现象,线性谐振铁磁谐振（煤矿供电系统中最易出现的一类）参数谐振,一铁磁谐振过电压特点及分类,121,谐振时产生的过电压和过电流将会引起PT爆炸和停电事故；不仅影响供电可靠性，而且会引起主设备损坏，严重威胁电网的安全稳定运行。在中性点不接地系统中，当系统的接地电容电流较大时，在单相接地故障恢复的瞬间，容易发生电磁式PT一次保险熔断事故，不仅影响电费的计量，造成很大的损失，而且可引起继电器误动作。,二铁磁谐振过电压的危害,对配电网稳定、安全、可靠的运行十分不利,122,PT、变压器、架空线路的电气关系,,三铁磁谐振过电压的产生原理,123,铁磁谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统的电容元件组成。因为铁芯电感元件的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振，并有许多特有的性质。,三铁磁谐振过电压的产生原理,,124,交流电源作用于电感，若磁链保持正弦波形，则电流i的波形发生畸变，波形中有3、5、奇次谐波,铁磁元件的非线性特性,随着电流的逐渐增加，铁心开始饱和，磁链与电流的关系呈现非线性，电感值随电流磁链逐渐减小,,,125,PT、变压器、架空线路的等值电路,,三铁磁谐振过电压的产生原理,,,126,,三铁磁谐振过电压的产生原理,基波铁磁谐振图解法,串联铁磁谐振回路,是一条直线,在起始阶段为一直线，其斜率称为起始感抗L0（即在额定电压下的励磁感抗）,随着电流的增加，铁心逐渐饱和，电感值下降，不再是直线,127,产生铁磁谐振的条件在铁心未饱和时，回路参数满足的条件,,随着线圈中电流的增加，电感值下降，0上升到接近或等于，满足了串联谐振的条件，回路由非谐振状态转化为谐振状态.,三铁磁谐振过电压的产生原理,128,系统正常运行时互感器PT的参数对称，励磁电感较大，铁芯不饱和，不会产生过电压。当系统发生故障或操作等外界干扰时，PT绕组受励磁的激发而饱和，由于三相绕组的饱和深度不同，必然导致中性点位移电压。,三铁磁谐振过电压的产生原理,129,三铁磁谐振过电压的产生原理,互感器PT饱和时由于电压互感器饱和程度不同，会造成系统两相或三相对地电压同时升高，而电源变压器的绕组电势、和要维持恒定不变。因而，整个电网对地电压的变动表现为电源中性点的位移，由于这一原因，这种过电压现象又称电网中性点的位移过电压。中性点的位移电压也就是电网的对地零序电压，将全部反映至互感器的开口三角绕组。,引起互感器PT饱和因素雷击或其他原因使线路发生瞬间单相电弧接地，当故障相接地消失时，引起电压互感器饱和；电源突然合闸到母线上，使接在母线上的电压互感器某一相或两相绕组出现较大的励磁涌流，而导致电压互感器饱和。,130,分频谐振过电压基频谐振过电压高频谐振过电压,四铁磁谐振过电压的类型,131,1分频谐振过电压的特点谐振频率可能等于工频的分数倍（1/2、1/3、1/5、2/3、3/5倍等），称为分次谐波谐振。过电压倍数较低，一般不超过2.5倍的相电压；三相对地电压表的指示值同时有周期性的摆动；线电压指示正常；过电流很大，往往导致PT熔丝熔断，甚至烧毁PT。,四铁磁谐振过电压的类型,132,2基频谐振过电压的特点三相对地电压表示为二相高，一相低；线电压正常，过电压倍数在3.2倍相电压以内；伴有接地信号，即虚假接地现象。,四铁磁谐振过电压的类型,133,3高频谐振过电压的特点谐振频率可能等于工频的整数倍（2、3、5倍等），称为高次谐波谐振。过电压倍数较高，最大幅值达45倍相电压；三相对地电压表示数同时升高；线电压基本正常，过电流较小。,四铁磁谐振过电压的类型,134,在中性点不接地系统中，可采用下列措施消除PT饱和引起的过电压选用伏安特性较好的、不易饱和PT，可明显降低产生谐振的概率。2选用电容式电压互感器，它不存在饱和的问题。3尽量减少系统中性点接地的电压互感器数，增加互感器中的等值总感抗。4增大对地电容。母线侧装设一组三相对地电容器，或利用电缆段代替架空线段，以增加对地电容。,五消除、抑制铁磁谐振过电压的措施,135,5采取临时措施。可在发生谐振时，临时投入消弧线圈，也可以按事先方案投入某些线路或设备以改变电路参数。6电网的中性点经过消弧线圈接地后，相当于在电压互感器每一相电感上并联一个消弧线圈的电感，因消弧线圈的电感远较电压互感器相对地的电感为小，完全打破了参数匹配的关系，谐振过电压就不会产生了。,五消除、抑制铁磁谐振过电压的措施,136,7在PT高压中性点串接单相PT。8在零序回路中接入阻尼电阻。,五消除、抑制铁磁谐振过电压的措施,137,4.2,矿井供电系统越级跳闸分析,138,主要内容,1.目前煤矿井下存在的越级跳闸问题2越级跳闸的危害3越级跳闸的原因分析4越级跳闸的解决方案,139,越级跳闸是影响煤矿安全供电的常见事故导致大范围停电延长了故障排除和供电恢复时间影响煤矿安全和生产,一越级跳闸,危害,140,级联层次多地面总变井下中央变采区变,二越级跳闸,原因,短路容量大电缆线路多,供电半径短,,电流定值、时限无法配合,越级跳闸,井下电力运行规程要求线路有瞬时短路保护），短路保护没有选择性，线路故障时极易出现越级跳闸；,运行方式变化，,不能靠增加时间级差实现各级线路短路保护的整定配合；另外由于漏电保护准确性不高，也极易造成越级跳闸的发生；,141,三常规井下保护配置,以速断过流保护为主保护，每一个小蓝色块代表一个速断过流保护。当采区变电所任何一条负荷线出现故障时，都可能跳到上一级变电所开关甚至跳到地面变电所得开关；即”越级跳闸”导致停电范围扩大。,142,四参考解决方案,143,4.1参考解决方案一,采用光纤差动保护解决馈线故障导致的“越级跳闸”,光纤差动保护正常运行时退出或因特殊情况（如光缆断裂等）退出时恢复传统保护模式（即投入进线的瞬时短路保护）,144,1光纤纵差保护原理,差动保护的动作区是由CT位置确定，与保护定值无关。当采区变电所任一出线故障时，光纤差动保护无差动电流，线路光纤差动保护能可靠不误动；均由馈出线高爆速断保护动作切除故障，确保不出现”越级跳闸”。,145,2母线差动保护原理,146,3数字化变电站是该方案实现的重要基础与保障,“数字化变电站”是以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现数据测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的变电站。,2020/7/17,147,4参考解决方案一的配置,应用最新的基于全站网络数据共享的数字化变电站技术，运用高速光纤通讯将精确同步采样的井下各高爆的电流、电压数据上送位于地面控制中心的集成保护测控装置（保护主机）。保护主机上配置差动保护模块取代传统短路保护作为电源进线的主保护，差动保护范围固定，实现全系统零时限全线速动，另外在采区变电所各段母线配置母线差动保护和小电流接地选线功能，解决煤矿供电系统广泛存在的“越级跳闸”问题，大大提高煤矿供电系统的供电可靠性。,148,5参考解决方案一的应用,在井下配电系统和可能出现越级跳闸的地面下井线路安装保护器，采用高速光纤网络将采样的数据上送至位于地面控制中心的保护主机。基于全站数据共享的保护装置按如下原则配置保护软件1、在采区变间电源进线配置线路差动保护；2、在各变电所母线配置母线差动保护；3、在各变电所母线配置小电流接地选线模块；4、在负荷线路配置保护线路全长的短路保护。,149,,系统构成矿用智能保护器矿用隔爆型光传输接口集成保护测控装置（保护主机）光纤数字通信网,150,矿用智能保护器,安装于井下采区变电所高压防爆配电开关内的保护器将就地采集到的模拟量、开入量等信息数字化后通过光纤网络上送给矿用光传输接口，接受跳闸命令，实现保护跳闸。在地面即可完成井下高爆的分、合操作，查阅、修改智能保护器就地保护定值；光纤网络通讯正常时该保护功能不启用，由地面的保护主机实现全系统保护功能；光纤网络中断时，保护器自动启动以下保护功能三段式短路保护、反时限过流保护、漏电保护、低压保护、过压保护、电缆绝缘监视、非电量保护（瓦斯闭锁，风电闭锁）等,151,矿用隔爆型光传输接口,将来自保护器的数据合并打包后通过光缆送往地面控制中心的集成保护测控装置，接受集成保护测控装置下发的控制命令并转发给相应的保护器。单台矿用光传输接口最多可接入39台保护器。,152,集成保护测控装置（保护主机）,保护主机安装于地面控制中心的保护屏上，接收网络接入器上送的数据进行保护逻辑运算，通过配置保护软件模块实现各种保护、测控功能。保护主机运用最新的超大规模FPGA和多DSP内核并行处理技术，运算能力强大，单台装置的运算能力和200余台微机保护装置相当。如单台实现了8条线路光差，50条线路的保护和测控运算。,153,煤矿井下供电数字化防越级跳闸保护系统,154,以上保护完全覆盖了整个配电系统且均有明确的动作区，配电系统任一处故障时保护均能按最小停电原则瞬时动作，因此对越级跳闸问题的有效解决提供了思路。,2020/7/17,155,煤矿井下供电数字化防越级跳闸保护系统应用方案,156,煤矿井下供电数字化防越级跳闸保护系统应用方案,硬件配置N3采区1变电所，一共有29台高压防爆配电开关，配置29台矿用智能保护器及两台矿用光传输接口。N3采区2变电所，一共有21台高压防爆配电开关，配置21台矿用智能保护器及两台矿用光传输接口。在主控室内设置保护测控屏A和B以及综合屏各一面，共计三面屏。配置2台集成保护测控装置，一台图形终端主机，一台远动主机，一台GPS时钟服务器。,157,煤矿井下供电数字化防越级跳闸保护系统应用方案,运用高速光纤通讯和纳秒级同步采样专利技术，将精确同步采样的井下各高爆的电流、电压数据上送位于地面控制中心的集成保护测控装置，集成保护测控装置负责保护逻辑运算和出口控制。软件配置1.光纤纵差保护8套2.线路保护59套3.母线差动保护4.小电流接地选线功能模块,158,159,160,161,162,参考解决方案二,采用面保护解决馈线故障导致的“越级跳闸”,各级保护构成区域保护系统，有机配合，实现选择性跳闸,163,西瑞公司专利技术分布式区域保护,煤炭专用型微机保护,各级保护构成区域保护系统，有机配合。实现选择性跳闸,或称面保护,,,164,越级跳闸解决方案二,闭锁信号产生逻辑,,165,越级跳闸解决方案二,闭锁应用逻辑,,,166,例,,,,167,越级跳闸解决方案,例,,,,2020/7/17,168,越级跳闸解决方案二,联络信号传递方式,2020/7/17,169,区域保护的优势,彻底消除越级跳闸断路器失灵时，上级保护快速跳闸无需专用保护，母线故障可快速跳闸,,170,,谢谢,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,