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1、煤矿机电设备（讲义）职教中心谢万安2008.9.4本课程的特点：煤矿采煤专业具有所学课程种类多，覆盖面大的特点，机电内容更是包含到煤矿生产的方方面面。设备种类繁多工作原理牵连到许多相关学科，学习上有一定难度，但大家来自现场、对生产设备有一定了解可帮助大家学习。由于课时少内容多对一些内容只能作介绍性简介。希望大家加强预习，一加快学习和理解。本课程的内容包括：煤矿电器设备和煤矿机械设备两大部分。第一章矿山供电与矿用电气设备概述第一节 煤矿企业对供电的要求一、煤矿生产的环境煤矿生产主要是地下开采,矿井的一些主要用电设备,如煤矿副井的提升机、向井下供风的主通风机、井下的主排水泵等,它们不但用电量大,而
2、且不允许中断供电。因为一旦中断供电,不仅会造成减产,还可能引起人身伤亡和设备损坏的重大事故,严重时可能会毁坏整个矿井。煤矿井下生产场地狭小,而且又有顶板压力的作用,常有冒顶、片帮等现象发生,容易砸坏设备;有淋水、滴水现象,空气潮湿,使电气设备受潮,侵蚀电气设备的金属部件和绝缘材料。随着采掘工作面的向前推进,电网和电气设备也需经常移动,使电缆和电气设备容易受到机械损伤。 煤矿井下空气中有瓦斯、煤尘等可燃、易爆性混合物。当遇到地质条件的变化(如煤岩)层硬度不均匀、有夹矸等,采掘机械经常有冲击负荷,所以负荷变化大,易引起设备过载。二、煤矿企业对供电有如下要求。由于煤矿生产环境的特殊性,对供电有如下要
3、求。（一）、供电可靠(二)、 供电安全（三)、 供电质量(四)、 供电经济三、电力负荷的分类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类。(一) 一类负荷 (一级负荷)凡因突然中断供电可能造成人身伤亡或重大设备损坏,给国民经济造成重大损失的或在政治上产生不良影响的负荷,均属一类负荷。例如,煤矿主通风机、主副井提升机、主水泵、井上及井下中央变电所、矿区医院的手术室等用户。对这类负荷应有两个独立电源供电,对有特殊要求的一类负荷,两个独立电源应来自不同地点,以保证供电的绝对可靠。(二) 二类负荷 (二级负荷)凡因
4、突然停电造成大量减产和较大经济损失的负荷,为二类负荷。例如压风机、采区变电所、露天矿变电所等都属于这类负荷。对二类负荷供电,是否需要备用电源,应根据企业规模和技术经济指标决定。对于中小型煤矿的二类负荷一般由专用线路供电, 但需在仓库里储备一套设备,以备故障时临时更换; 对于大型煤矿则需要备用电源。(三) 三类负荷 (三级负荷)三类负荷是指除一类、二类负荷外的其他负荷。例如辅助车间的用电及公用事业用电设备等都属于这类负荷。对三类负荷一般采用单一回路供电方式, 对这类负荷不需要备用电源。四、供电电压等级电气设备都是按照一定的标准电压设计和制造的,这个标准电压称为电气设备的额定电压。为了便于批量生产
5、和统一供电,国家规定了标准的额定电压等级。煤矿企业供电电压的选择,取决于企业附近电源电压、用电设备容量、电压及供电距离,应通过技术经济比较确定。我国煤矿企业通常使用的电压等级及用途见表 1-1 。第二节 矿山供电系统一、矿山供电电源煤矿用电来自电力系统或矿区发电厂。所谓电力系统,是指由发电厂发电机、输电线路及升压或降压变压器所组成的整体。图l-1所示是一个用于煤矿供电的典型电力系统。发电厂是把其他形式能量转换成电能的场所。常根据所用能源的不同,将发电厂加以分类。例如:使用热力作动力的,称为火力发电厂;使用水力作动力的, 称为水力发电厂等等。在发电厂中,由发电机产生的电能电压较低 (1O kV或
6、2OKV),它除供给附近用户直接使用外,必须先经升压变压器转换成高压,才能送至外界的高压电力网。变电所是汇集电能、变换电压的中间环节，它由各种电力变压器和配电设备组成。不含电力变压器的变电所称为配电所。矿山供、配电系统中的矿区变电所属于地区变电所,它接受枢纽(或区域)变电所送来的110kV电能, 将之降为35kV后送至矿山地面变电所。矿山地面变电所多属终端或穿越变电所,它将电压降为610kV后, 向额定电压为6l0kV及以下的用电设备供电。电力网主要由各种变电所及各种等级的电力线路组成,是电力系统的重要组成部分,担负着送电、变换和分配电能的任务。一般根据电压等级的高低,将电力网分成低压、高压、
7、超高压和特高压几种。电压在1kV以下的电力网为低压电网;3kV330kV的电力网为高压电网;330kV100OkV的电力网为超高压电网;1000kV 以上的为特高压电网。二、矿山供电系统矿山供电系统是由煤矿内各级变电所的变压器、配电装置、电力线路以及用户按照一定的方式互相连接起来的一个整体。矿井供电方式取决于矿区范围、采用的机械化方式、矿层结构、采煤方法、矿层埋藏深浅、井下涌水量大小等因素。目前主要有深井、浅井、平硐三种典型供电方式,下面分述它们的构成和特点。(一) 深井供电系统 对于矿层埋藏深、倾角小、采用立井和斜井开拓、生产能力大的矿井,多采用如图 1-2 所示的供电系统 , 它属于深井供
8、电系统。(二) 浅井供电系统对矿井煤层埋藏不深 (距地表10020Om), 且涌水量不大,而采区又离井底车场较远时,出于经济和运行方便的考虑,井下电力设备多用低压供电,此时多采用借助钻孔或辅助风井将电能送至井下的浅井供电系统,如图 1-3 所示。(三) 平硐开采的供电系统当矿层埋藏较浅(100m 以内)、分布范围较广时, 往往采用平硐开采的供电系统。此时，对于其深部的用电设备,可利用在小风井、斜井或钻孔附近设置的地面变电亭提供低压电能。当需要向平硐提供直流电时,可先经地面变电所整流,再用电缆下送。至于对平硐开拓且井深在150m的用电设备供电,其系统则与深井供电系统相同,此时往往在盲井口附近没立
9、一个地面主变(配)电所,其各道(段)是否设置井下变 (配)电所,需视具体情况而定。矿山供电究竟采用哪种供电方式,应根据矿井的具体情况经技术、经济比较后确定。三、矿井各级变电所及配电点(一) 煤矿地面变电所矿山地面变电所是全矿供电的枢纽,担负着受电、变电、配电以及测量、保护和对主要电气设备工作状态监视等任务。图13中的上面一部分是一个典型的矿山地面供电系统图。矿山企业属于一类用户,为了保证供电的可靠性,每个矿山必须具有两个独立的电源。根据具体情况,两个独立电源可采用平行双回路供电或环形供电, 也可采用其他具有备用电源的专用线供电方式。矿山地面变电所一般设有两台主变压器,分别经高压开关与相应的一次
10、母线段相连接,以保证矿山重要用电负荷的双电源供电。主变压器将电压降为6（10）kV后,分别经高压开关与变电所相应的二次母线段相连接,然后通过接于各个母线段上的成套高压开关设备将电能分配到地面各高压用户和井下中央变电所。此外,为了防止雷电入侵对电气设备的危害,各段母线均装有避雷器;为了提高功率因数,在两段6（10）kV母线上分别装有并联电容器组;为了测量、保护和监视电力系统运行情况,在变压器的两段母线上均装有电压互感器;为了限制井下短路电流,下井电缆应串接电抗器。(二) 井下变(配)电所井下中央变电所是井下供电的枢纽 , 它担负着向井下供电的重要任务 , 其主结构如图1-4 所示。井下变 (配)
11、 电所的位置应尽量靠近负荷中心 , 并根据通风良好、交通方便、进出线易于敷设、顶底板条件及保安煤柱的位置等因素综合考虑。根据现行开采方法 , 一般设在靠副井的井底车场范围内。根据煤矿安全规程的规定 , 对井下中央变电所和主排水泵房的供电线路 , 不得少于两个回路 , 当任一回路停止供电时 , 另一回路应能担负矿井全部负荷。所以 , 为了保证井下供电的可靠性 , 由地面变电所引自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 母线上。水泵是井下中央变电所的重要负荷 , 应保证其供电绝对可靠 , 由于水泵总数中已包括备用水泵 , 因此每台水泵可用一条专用电缆供电。水
12、泵、采区用电、向电机车供电的硅整流装置的整流变压器、低压动力和照明用的配电变压器 , 应分散接在各段母线上 , 防止由于母线故障降低供电的可靠性和造成大范围停电 , 影响安全和生产。(三) 采区变电所采区变电所是采区供电的中心,其任务是将井下中央变电所送来的高压 6(10)kV 经高压防爆配电箱, 由矿用变压器变为 660V(或380V) 后 , 分配或直接配给采掘工作面配电点或用电设备,这是一种传统的采区供电方式,即采区变电所工作面配电点方式, 如图1-5所示。另外,随着综合机械化采煤工作面的大量出现 单机容量和设备的总容量都很大,其回采速度又快 , 若仍采用传统的采区供电方式,既不经济,又
13、不易保证供电质量。因此必须采用移动变电站供电,以缩短低压供电距离,使高压深入负荷中心,将综采工作面供电电压提高到1140V,以利于保证供电的经济性和供电质量。目前我国高产高效工作面使用的设备,其额定电压已达3300V。这种采区供电方式为:采区变电所移动变电站工作面配电点。第三节 矿用电气设备概述矿用电气设备是指煤矿井下所使用的电气设备。由于煤矿井下的工作条件与地面有很大差别,因而对矿用电气设备的结构有特殊要求。根据其结构与使用场所的不同,对矿用电气设备进行分类。一、对矿用电气设备的结构要求 (1) 由于煤矿井下的空气中含有瓦斯气体和煤尘,在一定条件下有爆炸的危险,所以矿用电气设备必须具有防爆性
14、能。(2) 井下巷道、硐室和工作面空间狭小,为节省硐室建筑费用且搬迁设备方便,要求矿用电气设备体积小, 重量轻。(3) 井下存在冒顶、片帮、滴水及淋水等现象,所以矿用电气设备的外壳要有足够的机械强度和较好的防潮、防锈性能。(4) 井下电气设备工作任务繁重,起动频繁,负载变化较大,设备易过载,因此要求矿用电气设备应有较大的过载能力。(5) 井下空气潮湿,易触电,故矿用电气设备外壳应封闭良好,有机械、电气闭锁及专用接地螺丝;对煤电钻、照明信号及控制电器采用127V及36V低压,以防触电。二、防爆原理为了满足矿用电气设备的防爆性能,常采用如下三种措施。(一) 隔爆外壳隔爆型电气设备必须具有隔爆外壳,
15、即当壳内发生爆炸时,绝不会引起壳外的可燃性混合物燃烧和爆炸,同时外壳也不会破裂或变形,即外壳必须具有耐爆和隔爆性能。( 二 ) 本质安全型电路本质安全型电路简称本安型电路 (亦称安全火花型电路)。它是指电路系统或设备在正常工作或在规定的故障状态下,产生的火花和火花效应均不能点燃瓦斯和煤尘。实验证明,当瓦斯在空气中的浓度为 8.2%8.5%时,最容易发生爆炸,其所需要的最小能量为0.28 mJ以下。因此恰当选择电路参数或采取一定的保护措施,把火花能量限制在0.28mJ以下,它就不会引起瓦斯爆炸。电火花分为电阻性、电容性和电感性三种。电路开关在开、合过程中或发生短路时,均能产生电火花, 其能量大小
16、取决于电源电压和回路阻抗。对纯电阻电路,火花的能量取决于电压和电流;对电感电路主要取决于电流和电感;对电容电路主要取决于电压和电容。电火花能量是决定能否点燃瓦斯的主要参数,因此在设计本质安全型电路时,必须限制电火花能量。其方法主要有:(1) 合理选择电气元件,尽量降低电源电压;(2) 增大电路中的电阻或利用导线电阻来限制电路中的故障电流;(3) 采取消能措施,消耗或衰减电感元件或电容元件中的能量。(三) 超前切断电源和采用快速断电系统 当电气设备出现故障时,在可能点燃瓦斯之前, 利用自动断电装置将电源切断。这种方法已用于矿用照明灯、矿用屏蔽电缆和放炮器。现以屏蔽电缆为例说明其工作原理。矿用屏蔽
17、电缆与检漏继电器配合使用,可做到超前切断电源。当屏蔽电缆受到机械损伤时,相间绝缘被破坏,电缆芯线首先与屏蔽层接触造成漏电,检漏继电器动作使馈电开关跳闸。这样,在电缆内部还未形成短路故障之前即可切断电源。快速断电系统的工作原理是,电火花点燃瓦斯和煤尘需要一定的时间,其时间的长短因电路参数和故障原因不同而异,但最短不少于5ms 。如果故障切断时间少于5ms,则无论电缆受何损伤,其电火花均不能点燃瓦斯和煤尘。一般快速断电系统的切断时间为 2.53s。三、矿用电气设备的类型防爆电气设备分为两类。I类:煤矿井下用电气设备,即矿用防爆型;类:除矿井以外的场合使用的电气设备,即矿用一般型。(一) 矿用一般型
18、矿用一般型电气设备的标志符号为“KY”,它与普通的设备相比有以下特点:(1) 外壳机械强度较高,防滴防溅;(2) 绝缘材料耐潮性好;(3) 引人电缆的接线端子有一定的空气间隙和漏电距离的要求;(4) 接线盒的内壁和可能产生火花的金属外壳内壁应均匀地涂上一层耐弧漆。矿用一般型电气设备是非防爆设备,只能用于无瓦斯和煤尘爆炸危险的场所。(二) 矿用防爆型矿用防爆型电气设备的外壳上和铭牌上都标有 “Ex”标志。它分以下几种 :(1) 增安型电气设备(ExeI)。增安型设备在正常运行时不会产生电弧、火花或可能点吁爆炸性混合物的高温,它不采用隔爆外壳,只是采取适当措施(包括加强绝缘、增大电气间隙和漏电距离
19、),以提高安全程度。其标志符号为“e”。(2) 防爆型电气设备(Exd I)。防爆型电气设备是具有防爆外壳的电气设备,标志符号为“d”。这种设备将可能产生电火花和电弧的元件放在外壳中,使其与外界环境隔离。(3) 本质安全型电气设备(ExiaI或ExibI)。本质安全型电气设备的全部电路均为本质安全电路,即在规定的试验条件下,正常工作或在规定的故障条件下,所产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。其标志符号为“i”(本安型又分a和 b 两个等级,a等级的安全程度高于b级)。(4) 隔爆兼本质安全型电气设备(ExdiaI或xdibI)。这种设备是隔爆型与本安型的组合,它的非本安电路
20、部分置于隔爆外壳中。其标志符号为“di” 。(5) 充砂型电气设备(ExqI)。充砂型电气设备的外壳内充填砂粒材料,使其在规定的使用条件下,壳内产生的电弧使外壳壁或砂粒材料的表面过热,但均不能点燃周围的爆炸性混合物,其标志符号为“q”。(6) 正压型电气设备(ExpI)。这是一种具有正压外壳的电气设备,即将新鲜的空气或惰性气体充入密封的电气设备的外壳内部,保持一定的正压力,以阻止电气设备外部爆炸性混合物侵入外壳内部,使点火源与周围的爆炸性混合物相隔离,以达到防爆的目的。其标志符号为“p” 。此外,矿用防爆设备的类型还包括矿用充油型电气设备(ExoI)、矿用无火花型电气设备(ExnI)、矿用浇封
21、型电气设备(ExmI)等。四、矿用电器设备的选用 在井下选用电气设备的类型时，应严格按照煤矿安全规程的有关规定选择，各类矿用电气设备的使用场所见表1-5。第二章 变压器变压器是电力系统中的一种静止电器,它可以将一种等级电压变换为同频率的另一种等级电压,此外,它还具有耦合电路、传递信号、实现阻抗匹配等作用,它是电力系统中的重要设备。第一节 变压器的分类和型号编制一、变压器的分类及用途变压器应用广泛,种类繁多,从技术管理和物资管理的角度,一般可将变压器分为电力变压器和特种变压器两大类。 (一) 电力变压器1. 电力变压器的用途电力变压器有升压和降压两种,在电力系统中 , 它的主要用途如下:(1)
22、在电力系统远距离输电时,当输送的功率和负载的功率因数一定时,电压越高,线路的电流越小,这不但可以减小输电线的截面积,节省材料,而且还可以减少线路上的功率损耗。因此,在远距离输电时必须利用变压器将电压升高。(2) 当电能输送到用电区后,为了合理地分配及安全地使用电能,又必须用降压变压器将电压降低后分配给各用户,使用户得到他们所需要的额定电压。(3) 电力变压器还可以作为联络变压器用,即将两个或多个电压不同的电网连接在一起。2. 电力变压器的分类(1) 按变压器的用途分,有升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器、发电厂自用变压器等。(2) 按变压器的结构分,有自藕变压器、双绕组变压器和三绕
23、组变压器。(3) 按变压器额定容量的大小分,有额定容量小于或等于630kVA的小型变压器,额定容量在 80OKVA6300kVA的中型变压器,额定容量在 800OKVA6300OKVA的大型变压器,额定容量在 9000OKVA以上的特大型变压器。此外,变压器还可以按其相数、冷却方式、绕组使用的导线材料及变压器的调压方式等进行分类。(二) 特种变压器 特种变压器是具有专门用途、用于特殊场合或与其他产品配套的变压器。其产品有矿用变压器、整流变压器、试验变压器、电炉变压器、船用变压器、中频变压器和大电流变压器等。煤矿常用的特种变压器主要有矿用变压器和整流变压器两种。矿用变压器是专供矿井降压用的变压器
24、。我国生产的矿用变压器分为矿用一般型和矿用隔爆型两种。矿用一般型变压器主要用于矿井低压动力供电,所以也称为矿用动力变压器;矿用隔爆型变压器专供综采、综掘、井下照明、信号及工作面电钻用电。二、变压器的型号编制根据国家标准GB1094-85规定 ,变压器型号的基本组成分为四部分。第二节 变压器的额定技术参数及煤矿常用变压器一、变压器的铭牌数据为使变压器能正常安全地运行,制造厂家将它的额定值标明在铭牌上。用户必须清楚地了解铭牌上各项内容的含义,才能正确地选择和使用变压器。(一) 额定电压(U1N/U2N)变压器在额定运行情况下,根据变压器的绝缘强度和允许温升所规定的原绕组上应加电源电压值叫原边的额定
25、电压,用UlN表示。当原边加额定电压而副边开路时的副边电压叫做副边的额定电压,用U2N表示。对于三相变压器U1N、U2N是指线电压,单位为伏(V) 。(二) 额定电流(IlN/I2N)变压器在额定运行条件下,原、副绕组允许长时间通过的工作电流叫做额定电流。对于三相变压器指的是线电流,分别用I1N 、I2N 表示,单位为安(A) 。(三) 额定容量(SN)因为变压器运行时,功率因数由负载决定,因此变压器用额定视在功率表示其额定容量,单位为kVA 。SN单= U1N I1N/1000(kVA)SN三=3 U1N I1N/1000(kVA)(四) 阻抗电压(U15)阻抗电压又称短路电压,它是反映变压
26、器内部阻抗大小的一个量。将变压器的副绕组短接后,在变压器的原绕组加电压,当原绕组中的电流达到额定电流时,在原绕组上所加的电压值称为短路电压,用Uls表示,一般都用它与额定电压U1N之比的百分数表示,U1S= Uls/U1N 100。(五) 变压器的连接组变压器连接组是表示变压器各相绕组的连接方法和电动势相量关系的符号。根据国标GB1094-85电力变压器规定,当三相绕组或三个相同电压单相变压器的绕组可连接成星形、三角形、曲折形时 , 高压绕组分别用大写字母Y、D、Z表示,低压绕组分别用y、d、z表示，有中性点引出时则用YN、ZN和y及zn表示。自藕变压器有公共部分的两绕组中额定电压较低的一个用
27、a表示。不同侧绕组间线电压相量有相位差,用时钟序数表示。高压绕组的线电压相量应取指定分针零点位置,中、低压绕组对应线电压相量所指的小时数就是连接组标号。连接组标号乘以30°就是高压绕组线电压相量超前低压绕组线电压相量的相位。对于单相变压器,其连接组标号只有两种:(I,I O),O为其时钟序数,即一次、二次电压同相;(I,I6),6为其时钟序数,即一次、二次电压相量反向。(六) 温升变压器在额定状态下运行时,指定部位的温度与周围环境温度之差叫做温升。我国规定标准环境温度为40。温升由绝缘材料的绝缘等级决定。三、煤矿常用变压器(一) 电力变压器目前煤矿地面使用的电力变压器均为低损耗电力变
28、压器,型号有S7、SL7、S8、S9、S11。这类变压器的绕组有铜线和铝线两种,由于其节能效果好,故得到了普遍使用。 S 系列低损耗电力变压器,是全国统一设计的新型低损耗节能产品。其结构与传统的电力变压器基本相同,但有如下特点:(1) 铁心：铁心选用高导磁晶粒取向冷轧硅钢片。铁心为心式铁心,且为全斜接缝叠积式,其铁心柱为多级阶梯的圆截面,铁轭与铁心为等截面。(2) 绕组：采用瓦楞油道,不浸漆工艺,环氧带绑扎;绕组均为同心式线圈。根据容量结构的需要,高、低压绕组可用圆筒式线圈、螺旋式线圈或连续式线圈结构。高压绕组具有对应分接电压要求的抽头引至分接开关上,开关安装在箱盖上,且需切断电源后方可变换分
29、接电压。(3) 安全保护装置。根据变压器容量的不同装有气体继电器（防爆口）或压力释放装置。(4) 油保护装置。变压器均装有储油柜,其一端装有油位计,表示变压器投入运行时,相当于油温为-30、20、40三个油面标志;变压器(带充氮保护的除外)储油柜上应加装带油封的吸湿器。(5) 油温测量装置。变压器装有玻璃温度计的管座 , 管座设在油箱的顶部,伸入油内120±l0mm;一千到一千六KVA的变压器装有户外式信号温度计。(6) 变压器油箱及附件。变压器一般不供给小车;油箱的下部壁上装有油样活门,变压器油箱底部应有排油装置;套管接线端子连接处,在空气中对空气的温升不大于50,在油中对油的温升
30、不大于15;变压器油箱下部装有足够大的放油阀。( 二) 矿用隔爆型千式变压器干式变压器具有下述明显特点:没有火灾和爆炸危险;不存在变压器油老化的问题,因而维护检修工作量大为减少;附属部件简单,没有储油柜、安全气道和油门等部件及密封问题,且体积小、重量轻。常用的矿用隔爆干式变压器有照明、电钻用和动力用三种,其技术数据见表 2-7和表2-8。1、KSG 型矿用隔爆干式照明变压器这种变压器用于易燃或有爆炸危险的矿井中, 使用B级绝缘,可长期在各部分温升为80以下的条件下运行。它可将380V或660V电压降为127V,作为井下照明、信号或手持电钻的电源变压器。2、 KBSG型矿用防爆干式变压器KBSG
31、-301250/6型变压器用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井中,作为煤矿井下综合机械化采掘设备的变配电设备。3、KBSGZY型矿用防爆干式移动变电站KBSGZY-801250/6型变电站,用于有瓦斯和煤尘并有爆炸危险的矿井中,作为矿井综合机械化采掘设备的配电装置。其型号含义为 :K -矿用;B -防爆;S-三相;G-干式;Z-组合;Y -移动。移动变电站由三部分组成:(1) 隔爆型高压负荷开关箱。此部分设有观察孔、急停按钮和安全联锁按钮组成的联锁保护装置。(2) 隔爆型低压馈电开关箱。此部分设有空气、真空管式两种断路器,它们均有检漏、过载、短路、欠电压、延时等保护性能,另外还具有电压、电流、漏电指
32、示及变压器温度保护装置。(3) 隔爆型干式变压器。其绝缘材料耐温等级为B级或H级,冷却方式为空气自冷。2、3两种矿用干式变压器可跟据需要接成星型或三角型以适应两种电压。第三节 变压器的选择变压器选择包括变压器的容量、台数、型号、相数、电压比、冷却方式和使用环境等内容。在选择变压器容量之前,必须首先统计出变压器总的供电功率;计算出变电所内变压器所需供电的总容量(计算容量),然后再根据变压器容量和台数的选择原则及变压器的使用环境等其他条件,选择所需变压器。一、变电所变压器容量的计算(一)、地面变电所主要变压器容量的计算 ST=KC（KdC1PN1/cosWm1+KdC2PN2/cosWm2+ Kd
33、CiPNi/cosWmi）KVA KC-重和系数，一般取0.90.95KdCiPNi/cosWmi-一组用电设备的计算容量PN-一组用电设备额定功率之和（不算备用）KdC-各组用电设备的需用系数变压器的计算容量也可根据下式近似估算 :（二）、采区变电所变压器的计算ST=（kckdePN）/cosWm KVA或 ：ST=1.33kckde PN KVA（cosWm0.75）二、变压器的选择(一) 变压器额定容量和台数选择的原则(1) 变压器额定容量选择。根据变电所变压器的计算容量及电网的电压等级,由变压器技术数据查选,使所选的变压器额定容量满足全部用电负荷的需要,即向SNST 。SN为变压器的额
34、定容量,ST为变电所变压器的计算容量。(2) 变压器的经常负荷。对小型地面变电所,应大于变压器额定容量的60%; 对于矿区或大中型矿井的地面变电所 , 应大于变压器额定容量的 75% 。(3) 地面变电所一般选取两台变压器。在井下中央变电所,当有一类负荷时,至少选两台;采区变电所通常选用一台变压器,若总容量较大时,可选用两台或多台变压器。(二) 变压器类型的选择变压器类型的选择,应根据使用环境、冷却方式、经济合理性等要求综合考虑。对地面供、配电用的电力变压器,由于均安置在室外,一般选取油浸式变压器 ,油浸式变压器规格齐全、适用面广、价格低廉、冷却与绝缘性能好,可选用SL7、SFL7、S7、S9
35、型等低损耗电力变压器。在煤矿井下供低压动力用的必须用矿用一般型变压器 ; 供采区照明和煤电钻用的必须选用隔爆干式变压器 , 如 KBSG型。(三) 变压器的相数和电压比的选择由于动力供电采用三相制,所以一般中、小容量的变压器以选用三相变压器为宜;特大容量的变压器, 宜选用三台单相变压器组成三相变压器组来供电。 电压比选择要根据使用场所的高压、低压电网额定电压确定。三、采区变压器选择举例某采区变电所供电负荷见统计表 2-11 。试问该采区变电所应选用哪种型号变压器及所需主压器的台数 ?变压器的计算容量为:ST=（kckdePN）/cosWm 查表 2-4 取 kde=0.7;cosWm =0.6
36、5;kc=1 。 矿用变压器的型号可查产品样本。根据以上计算,该采区总的供电容量不大,故选取一台额定容量为315kVA, 电压比为6/0.69kV,型号为 KS7-315/6型的动力变压器。第四节 变压器的订货、验收与管理一、订货订购变压器除需提出型号外,还需写明额定容量、高低压侧的额定电压、高低压绕组接线方式、阻抗电压百分比、使用环境 (户内或户外)、是否要小车及其轮距是多少等。对于1800kVA以上的变压器还要提出高压抽头百分比。电力变压器的计量单位是 kVA/台。二、验收与保管保养(一) 入库验收变压器在人库时,物资管理人员一般应检查产品的外观,有技术力量的对其性能也应进行测定。目前物资
37、部门的验收有以下几方面 :(1) 按装箱清单进行核点验收,不得短缺。(2) 每台变压器应附有全套的 (包括标准组件) 安装使用说明书、产品合格证明书、出厂试验记录、产品外形尺寸图 (根据情况供给) 、产品拆卸零件一览表、备件一览表和装箱清单。(3) 变压器不应有机械损伤,箱盖螺栓应完整无缺, 密封衬垫要良好,无渗油现象,油管不应有压扁迹象。(4) 变压器外表漆层应光洁,色调均匀一致。不应存在油漆流痕、气泡、脱皮、锈蚀等现象。(5) 瓷套管不应有破裂或有超出规定范围的缺陷。(6) 对变压器的绝缘性能检查,可用兆欧表测量高低压线圈之间及线圈与外壳之间的绝缘电阻,绝缘电阻一般不作具体规定,可和出厂时
38、测定的数据相比较, 如有明显下降时,就需要对其他试验项目进行全部检查,最后方能判断绝缘的好坏。(二) 保管保养(1) 户外使用的大型变压器,若因库房面积所限,不能进库保管时,可在露天保管,但要严加遮盖。户内使用的变压器则必须存放在干燥通风的库房内,库房温度在35以下,相对湿度在80%以下。(2) 变压器不宜与酸、碱、蓄电池、化学药品、有害于绝缘的气体混合储存,并应防止煤粉侵入库内。(3) 油浸变压器遇火易燃,应远离火源,并须加强消防安全。(4) 经常检查变压器是否漏油,防止油的老化。在保管期间,检查所有闷头衬垫,并拧紧螺栓,防止漏油;散热器的孔眼应用闷头紧密封闭,以免潮气、杂物浸入;冷油器及油
39、泵内的油应全部放尽,冷油器及油泵的全部进、出口法兰均应用闷头堵好。变压器的充油式高压套管应竖立在专用的架子上保管,以免漏油、渗油。装有大型变压器油的铁桶应贮存在专用危险品库房内, 并应防止漏油。若变压器中的油面降至最低油位时, 应补加同一规格牌号、电气性能合格的变压器油。(5) 为防止金属件生锈,在保管期间可在金属件上涂上工业凡士林。如外壳漆皮发生脱落,为防止锈蚀应尽早涂刷相同颜色的油漆。一般变压器的铁心硅钢片如有锈斑,可用砂纸或钢刷将锈斑除尽,重新涂上绝缘漆。(6) 变压器上积存的干燥灰尘,应用清洁的布或纸擦掉。如有含油质的灰尘,可用四氯化碳浓剂去擦,严禁用汽油、煤油、柴油擦洗,因它们能溶解
40、变压器的绝缘材料。(7) 为防止瓷套管受到撞击而破损,可用麻包扎或围以小块木板保护。(8) 长期储存的变压器 , 应每季检查一次。(9) 质量1t以下的变压器,可以重叠码垛,但其包装材料的结构必须坚固,垛高以不超过3m为宜。质量在lt以上的变压器宜平放,如露天存放,应下垫高0.30.5m;如在库房内存放,可根据地面的防潮情况适当垫高,以便通风防潮。第三章 高压电器第一节 概述一、 高压电器的分类高压电器根据其在电力系统中的作用可分为高压开关电器、高压保护电器测量电器等。高压开关电器的主要用途是通过操作机构,接通或断开高压线路。它主要有高压断路器、高压隔离开关、高压负荷开关等。操作机构是驱动高压
41、开关合、分闸的机构,通常是独立的装置,与相应的高压开关组装在一起。操作机构一般有手动式、电磁式、电动机、弹簧式、液压式、气动式和重锤式等七种。高压保护电器的主要用途是当高压线路中的电流超过一定数值、发生了短路故障或过电压时,能自动断开线路或限制短路电流和过电压,从而保护线路设备。高压保护电器主要有高压熔断器、限流电抗器及避雷器等。测量电器是通过变换电路中的电压和电流,来测量高压线路中电压和电流的数值,或作继电保护电路中继电器的电源,它主要有电压互感器和电流互感器、测量仪表、指示仪表等。二、高压开关电器的主要参数根据高压电器的基本结构,可将它分为导电和绝缘两部分。当电器通过电流时,由于导体本身具
42、有电阻, 会使电器发热,温度升高,如果工作时间过长,绝缘部分的温度超过最大允许的发热温度,或电压增加到某一极限值时,都会使绝缘材料完全失去绝缘性能。为了使电器能最经济合理和安全可靠地长期正常工作,保证电器有一定的使用寿命,对每种电器都规定了它在工作状态下的一些额定参数与最大极限参数,并将其标注在铭牌上。其主要参数有 :(一) 额定电压(UN)额定电压是指高压电器在正常工作时的标准电压。在标准电压下长期工作,电器设备的绝缘不致被破坏。对于单相或两相系统是指相电压 , 对于三相系统是指线电压。在实际运行中,高压电网的电压允许在额定值的±15%范围内波动,因此, 高压电器还有一个可以长期工
43、作的最高工作电压, 即高于额定电压15%的电压。额定电压的单位为kV。我国GB156-80规定的高压额定电压和设备最高工作电压等级如表3-1所列。(二) 额定电流(IN)额定电流是指高压电器可以长期通过而各金属和绝缘部分的发热温度不超过最大允许发热温度的电流。额定电流的单位为A 。(三) 额定开断电流(INBR)额定开断电流是指开关在额定电压下能可靠开断的最大短路电流(有效值)。它表示开关的断路能力。单位用kA 。(四) 极限通过电流(Ipw)极限通过电流是指开关在合闸状态下能承受而不致妨碍其继续正常工作的最大短路电流。它分最大值和有效值,该值表示开关的动稳定性,故也称为动稳定电流。(五) 额
44、定断流容量 (SNBR)额定断流容量是表示在额定情况(额定电压和额定开断电流)下开关的开断能力。它是断路器和负荷开关的主要参数。单位为kVA或MVA 。三相系统的额定断流容量为:SNBR=UNINBR(MVA)(六) 额定关合电流额定关合电流是指开关在额定电压下所能闭合而不致产生触头熔接及其他妨碍开关正常工作的最大短路电流。该值一般指最大值,单位为kA 。(七) 热稳定电流在选择开关时,通常要根据热稳定电流来校验开关的发热条件。所谓热稳定电流是指开关在一定时间所能通过而各部分发热温度不超过短时发热的最高允许温度的短路电流,它表征开关能承受短路电流热效应的能力。按国家标准规定,开关通过热稳定电流
45、在4S时间内温度不超过允许发热温度,且无触头熔接和妨碍其正常工作的现象,则认为开关电器是热稳定的。通常热稳定电流等于其额定开断电流。此外,还有开断时间、闭合时间、自动重合闸无电流间歇时间、短路合闸金属短接时间等参数.这些参数可由产品样本或安装说明书提供。三、高压电器产品的型号编制产品型号代表产品的品种。高压电器产品型号编制办法对高压开关、操作机构及高压产品的附件产品型号均做了统一的规定。第二节 高压隔离开关高压隔离开关是一种没有专门灭弧装置的开关设备。它在分闸状态时有明显可见的断口，合闸状态时能可靠地通过正常工作电流和短路电流,但不能用来接通或切断负荷电流和短路电流。（一) 隔离开关的用途隔离
46、开关用于有电压而无负荷时接通和开断电路, 将需要检修的部分与其他带电的部分或电源可靠地分离,另外还可用来进行电路切换。隔离开关没有灭弧装置,不能用来切断带负荷的电路,但允许用以接通和切断小电流电路。如35kV、1000KVA及以下和110 KV、3200kVA及以下的空载变压器和电压互感器、避雷器等。（二) 隔离开关的分类隔离开关可按以下原则分类:按相绝缘支柱的数目可分为单柱式 (用于变压器中性点接地)，双柱式及三柱式三种;按装置地点可分为户内式和户外式两种;按极数可分为单极和三极两种;按有无接地闸刀可分为有接地闸刀和无接地闸刀两种;按闸刀的运动方式可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式
47、四种;按操作机构的不同可分为手动、电动和气动三种。二、隔离开关的结构 隔离开关主要由绝缘材、导电系统、操作机构和底座等组成。(一) 户内式隔离开关户内式隔离开关的外形及结构如图3-1所示。其三相组装在同一个底座上。当闸刀动作时,由转轴6带动升降绝缘子9使闸刀运动,从而实现对电路的分合。( 二 ) 户外式隔离开关 户外式隔离开关的工作条件一般都比较恶劣, 所以它除了能确保在冰、雨、风尘、严寒和酷热条件下可 靠工作外, 同时还应有较高的机械强度,并且有破冰的能力。图3-2所示为GW5型户外隔离开关结构图。 它每相有两个螺旋形棒式瓷瓶支持绝缘子,成V形布 置。闸刀做成左右两个触头,如图3-2中的4 、6, 操作 时两个棒式绝缘子以相同的速度做反方向转动90度角, 两个闸刀也同时跟着转动,使隔离开关接通和断开。三、煤矿常用产品简介 (一)