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矿用一般型高低压开关柜的电气拓扑设计

时间:2025-06-26 17:36:00 来源:正变电气 点击次数:
一、设计原则
(一)安全性优先
矿用一般型高低压开关柜需满足《煤矿安全规程》等标准要求,在井下非爆炸危险区域安全运行。设计时应保证电气间隙与爬电距离符合规范,防止相间短路、漏电等故障;采用可靠的接地系统,降低人员触电风险;对关键电气元件进行绝缘防护,避免因潮湿、粉尘环境导致绝缘性能下降。
(二)可靠性保障
考虑井下复杂的运行环境(如振动、温度波动),电气拓扑设计需增强系统冗余性。通过设置备用电源、联络开关等方式,保障供电连续性;选用高可靠性的断路器、接触器等元件,减少故障发生概率;设计合理的保护配置,快速切除故障回路,防止故障扩大。
(三)灵活性与扩展性
满足矿山不同阶段的用电需求,电气拓扑应具备灵活的负荷分配能力,便于调整供电方案。采用模块化设计,预留备用回路和扩展接口,方便后期增加用电设备或进行系统升级。
二、高压开关柜电气拓扑设计
(一)进线回路拓扑
  1. 单电源进线:适用于小型矿井或对供电可靠性要求较低的区域,通过高压电缆从地面变电所引入一路电源。拓扑结构为:地面变电所 → 高压电缆 → 矿用一般型高压进线开关柜(配置真空断路器、电流 / 电压互感器、避雷器等)→ 母线系统。

  1. 双电源进线:对于大型矿井或关键负荷区域,采用双电源进线提高供电可靠性。两路电源可来自不同变电站或同一变电站的不同母线,通过联络开关实现互为备用。拓扑结构为:电源 1 → 进线柜 1 → 母线 1;电源 2 → 进线柜 2 → 母线 2;母线 1 与母线 2 通过联络柜连接,联络柜配置真空断路器,可实现电源切换与负荷转移。

(二)出线回路拓扑
  1. 变压器出线:高压开关柜通过出线回路为井下变压器供电,拓扑结构为:母线 → 出线开关柜(配置真空断路器、电流互感器)→ 高压电缆 → 矿用隔爆型变压器。电流互感器用于测量电流、提供保护信号,断路器实现电路的通断控制与故障保护。

  1. 高压电动机出线:为高压电动机(如主通风机、排水泵)供电时,拓扑结构为:母线 → 出线开关柜 → 高压电缆 → 高压电动机。开关柜内配置真空接触器、热继电器等元件,实现电动机的启停控制与过载保护;同时,设置速断保护快速切除短路故障。

(三)母线系统设计
  1. 单母线分段:将母线分为两段(母线 1、母线 2),通过联络开关连接。正常运行时,两段母线独立供电;当某段母线故障或检修时,可闭合联络开关,由另一段母线为全部负荷供电。该结构提高了供电可靠性与灵活性。

  1. 双母线结构:设置工作母线和备用母线,通过母线隔离开关实现负荷在两条母线间切换。适用于对供电可靠性要求的区域,可在不中断供电的情况下进行母线检修或设备更换。

三、低压开关柜电气拓扑设计
(一)进线回路拓扑
低压进线开关柜从变压器低压侧获取电源,拓扑结构为:矿用隔爆型变压器低压侧 → 低压进线开关柜(配置塑壳断路器、电流互感器、浪涌保护器)→ 低压母线。塑壳断路器用于过载、短路保护,浪涌保护器防止雷击或操作过电压对设备的损坏。
(二)出线回路拓扑
  1. 动力设备出线:为井下电动机、皮带输送机等动力设备供电,拓扑结构为:低压母线 → 出线开关柜(配置塑壳断路器、接触器、热继电器)→ 电缆 → 动力设备。接触器实现设备的启停控制,热继电器提供过载保护,断路器作为短路保护的后一道防线。

  1. 照明与控制回路出线:为井下照明、信号及控制设备供电,拓扑结构为:低压母线 → 出线开关柜(配置微型断路器、漏电保护器)→ 电缆 → 负载。漏电保护器可快速切断漏电电路,保障人员安全;微型断路器用于短路和过载保护。

(三)联络与母联回路
  1. 低压联络开关:当两台变压器并列运行时,通过低压联络开关柜实现两段低压母线的连接。正常运行时,联络开关断开;当一台变压器故障或检修时,闭合联络开关,由另一台变压器为全部低压负荷供电。

  1. 母联回路:用于低压母线分段系统,实现母线间的负荷转移与备用功能,提高供电可靠性。

四、保护与接地系统设计
(一)保护配置
  1. 过流保护:在高低压开关柜的进线、出线回路中设置过流保护装置(如反时限过流继电器、微机综合保护器),当电流超过整定值时,延时切断电路,保护设备免受过载损坏。

  1. 短路保护:采用速断保护快速切除短路故障,如在高压开关柜中配置真空断路器的瞬动脱扣器,在低压开关柜中设置塑壳断路器的瞬时脱扣功能,短路电流出现时迅速切断电路。

  1. 漏电保护:在低压馈电回路中安装漏电保护器,实时监测线路绝缘电阻,当发生漏电故障时,立即切断电源,防止触电事故。

(二)接地系统
采用 TN - S 接地系统,将开关柜的金属外壳、电缆桥架等与专用保护零线(PE 线)可靠连接。接地采用镀锌角钢或钢管,埋深不小于 2m,接地电阻不大于 4Ω。通过完善的接地系统,将故障电流引入大地,保障人员和设备安全。
五、智能化电气拓扑优化方向
(一)数字化监测集成
在电气拓扑中预留传感器接口,集成电流、电压、温度、局部放电等监测模块,实现对开关柜运行状态的实时感知。通过通信网络(如工业以太网、CAN 总线)将监测数据上传至智能监控系统,支持远程诊断与预测性维护。
(二)柔性配电控制
引入智能软开关技术,实现低压侧多电源(如柴油发电机、储能系统)的灵活接入与负荷动态分配。通过优化控制策略,提高能源利用效率,降低井下电网损耗。


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