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1、 本科毕业设计（论文）题 目 华亭东华镇煤矿综采工作面供电系统设计 教务处制摘要通过综采工作面选定的配套机械设备，正确选择配套的电气设备，以保证综采设备能够正常地投入运行。综采工作面供电是否安全、可靠、技术和经济合理，将直接关系到人身、矿井和设备的安全及采区生产的正常进行。由于煤矿井下工作环境十分恶劣，因此在供电上除采取可靠的防止人身触电危险的措施外，还必须正确地选择电气设备的类型及参数，并采用合理的供电、控制和保护系统，加强对电气设备的维护和检修，以确保电气设备的安全运行和防止瓦斯、煤尘爆炸。综采工作面供电系统设计中，遵循煤矿企业对供电的基本要求及煤矿井下供电设计技术规定。根据工作面用电设备
2、的技术参数，对移动变电站进行选择计算、高压低压电缆进行选择计算、高压低压开关进行选择、短路计算及继电保护装置进行整定。 关键词：综合机械化采煤;负荷统计计算;设备选型;移动变电站. ABSTRACTMechanized mining face by supporting selected mechanical equipment, electrical equipment supporting the right choice to ensure the fully mechanized mining equipment to normal operational.Fully mechaniz
3、ed coal mining face power supply is safe, reliable, technical and economic rationality, will be directly related to the physical, mines and equipment, safety and production of normal mining area. As the coal mine working environment is very bad, so in addition to the power supply on the risk of elec
4、tric shock and reliable measures to prevent the physical, but also have the right to choose the type of electrical equipment and parameters, using reasonable power, control and protection systems, strengthen electrical equipment maintenance and repair to ensure the safe operation of electrical equip
5、ment and to prevent gas and coal dust explosion. Working Face the design of power supply system, follow the mines basic requirements for power supply companies and the technical requirements of Mine Power Design. Face of electrical equipment according to the technical parameters of the mobile substa
6、tion to select terms, selection and calculation of high voltage low voltage cables, high pressure low pressure switch to choose short-circuit calculations and protective device setting.KEY WORDS: Mechanized coal mining;Load statistical computing;Equipment Selection;Mobile Substation. 目录1 绪论11.1 综采工作
7、面供电概述11.1.1 概述11.1.2 综采工作面负荷统计22 选择变压器32.1 1#变压器容量的选择32.2 2#变压器容量的选择32.3 3#变压器容量的选择43 选择高压电缆53.1 计算公式及参数53.1.1 电缆：1#移变初选及校验53.1.2 电缆: 2#移变初选及校验63.1.3 电缆：3#移变初选及校验64 选择低压电缆84.1低压电缆主芯线截面的选择原则、长度的确定原则84.2 计算公式及参数84.3 正常运行时回路电压损失校验105 短路电流计算146 选择低压开关、起动器196.1 低压开关型号的确定196.2 分断能力校验197 高压开关整定217.1 1#移变高压
8、开关的整定217.2 2#移变高压开关的整定227.3 3#移变高压开关的整定228 低压开关和移变低馈保护装置整定248.1 移变低馈过流保护装置整定248.2 磁力启动器过流保护装置的整定249 总结27致 谢28参考文献29附录301 绪论随着煤炭工业的现代化，综采工作面机械化程度越来越高，综采工作面机电设备的单机容量增大，综采工作面总容量由几百千瓦增加到了几千千瓦。机械化程度的提高，加快了工作面的推进速度。使综采工作面供电出现新的问题。为解决这一供电问题，都采用了提高供电电压等级和缩短低压供电距离的方法，采用移动变电站供电方式，将工作面各用电设备有效距离缩短，从而使低压电缆的电压损失下
9、降，保证了供电的质量及设备的正常运行。设计的主要内容有：根据所设计综采工作面设备选型情况，确定变压器容量、型号、台数图；确定电缆型号、长度和截面；选择高低压开关；做继电保护的整定计算。设计要求：设计应符合煤矿安全规程、煤矿工业设计规范和煤矿井下供电设计技术规定；设备应选用定型产品并尽量选用新产品和国产设备；设计要保证技术先进、经济合理、安全可靠。71.1 综采工作面供电概述1.1.1 概述1）综采工作面供电是否安全、可靠、技术和经济合理，将直接关系到人身、矿井和设备的安全及采区生产的正常进行。由于煤矿井下工作环境十分恶劣，因此在供电上除采取可靠的防止人身触电危险的措施外，还必须正确地选择电气设
10、备的类型及参数，并采用合理的供电、控制和保护系统，加强对电气设备的维护和检修，以确保电气设备的安全运行和防止瓦斯、煤尘爆炸。2）随着煤炭工业的现代化，综采工作面机械化程度越来越高，机电设备的单机容量和工作面总容量都有了很大的增加。以采煤机为例从70年代初期的150KW左右，增加到现在的3752KV，目前国外采煤机单机功率已超过1000KW；综采工作面总容量也从几百千瓦增加到20003000KW。由于机械化程度的提高，加快了工作面的推进速度，这就要求采区走向长度加长，从而使供电距离增大，给供电带来了新的问题。因为在一定的工作电压下，输送功率越大，电网的电压损失也就越大，电动机的端电压越低，这将影
11、响用电设备的正常工作。解决的办法有：增大电缆截面，但有一定限制，因为电缆截面过大，不便移动和敷设，而且也不经济；采用移动变压站使高压电深入到工作面顺槽来缩短低压供电距离，可使电压质量得到较大的提高；提高用电设备的电压等级也是一个提高电压质量的相当有效的措施。目前我国综采工作面用电设备的电压等级已提高到1140V，而且还将继续提高。 3）高产高效工作面供电、控制系统有以下几个特点：（1）变压器容量大。（2）电压等级高。（3）向工作面供电的变压器中性点采用不接地的方式，并与保护装置配合，以减小单相接地时的故障电流。（4）变压器一次侧和二次侧均采用六氟化硫（SF6）断路器或真空断路器，具有可靠、灵敏
12、的保护和试验功能，并且可以指示和观察断路器的工作状态及各种保护的动作情况，还具有直观的故障查询系统，有些还带有自动重合闸装置，迅速回复供电。（5）控制负荷的组合开关可同时控制多台负载电动机，最多可配有12个出线模块，每个出线模块包括真空接触器和控制，保护装置。（6）使用微机控制技术，如在各控制开关上采用可编程控制器等进行控制和通信，增强了这些设备的功能，可以实现多种控制方案。61.1.2 综采工作面负荷统计表1-1 综采工作面负荷统计报表 负荷 名称设备台数 电动机需用系数 加权平均 功率因数 额定 功率(KW)额定电压(V)采煤机170011400.60 0.7刮板输送机140021140带
13、式输送机116021140转载机13151140破碎机11601140喷雾泵24521140乳化液泵站225021140 2 选择变压器按照煤矿井下供电设计技术规定,综采工作面移动变电站需用容量按下式计算: (2-1) (2-2)式中: - 变压器计算容量(视在功率)，； Kr-需用系数； -移动变电站供电系统中所有用电设备额定功率之和，KW； -加权平均功率因数，综采工作面取0.7； Pnmax-移动变电站供电系统中最大的一台电动机额定功率，KW。42.1 1#变压器容量的选择变压器编号:1#,型号:刮板输送机、破碎机、转载机、变 KBSGZY-1600/6 变压器容量为：选择变压器为：KB
14、SGZY-1600/6 2.2 2#变压器容量的选择变压器编号：2#,型号:采煤机、乳泵、喷雾泵、变KBSGZY-1250/6 2#变压器容量为： 选择变压器为：KBSGZY-1250/62.3 3#变压器容量的选择变压器编号：3#，型号：胶带输送机、变KBSGZY-500#变压器容量为：选择变压器为：KBSGZY-500/6表2-1 变压器统计报表编号型号额定电压(KV)数量1#KBSGZY-1600/6 612#KBSGZY-1250/6613#KBSGZY-500/6613 选择高压电缆高压电缆主芯线截面的确定，通常按经济电流密度初选，按长时允许负荷电流校验，按允许电压损失校验，按电缆线
15、路电源端最大三相短路电流校验热稳定。43.1 计算公式及参数 (A) (3-1) （V） (3-2) （mm）式中：Igmax-线路最大工作电流； Amin-电缆的最小热稳截面； Kx-需用系数； Iss-通过电缆的最大短路电流； -电缆负荷功率(KW)； t-短路电流的持续时间，取井下高压配电装置断路器跳闸时间，约为0.25s； C-电缆芯线热稳定系数； -电压； -功率因数； U-电压损失； Ro-电缆线路单位长度的电阻； A-电缆经济截面； Xo-电缆线路单位长度的电抗； Jed-电缆经济电流密度。3.1.1 电缆：1#移变初选及校验1)按经济电流密度选择主截面 电缆基本参数编号：1#；
16、选型号：UGSP-3x50；长时载流量：170（A）；长度：2200 m；电压：6（KV）；电缆负荷功率：1275（KW）；2)按持续工作电流计算与校验136170（A）校验结果：合格3)按电压损失计算与校验电压损失绝对值： 188.1300（V）校验结果：合格4)按经济电流密度计算与校验计算所得电缆截面： (3-3)校验结果：合格5)按热稳定性计算与校验计算所得电缆截面： 14.5550（） (3-4)校验结果：合格3.1.2 电缆:2#移变初选及校验1) 按经济电流密度选择主截面 电缆基本参数： 编号：2#；选型号：UGSP-3x50；长时载流量：170（A）；长度：2200m；电压：6（
17、KV）；电缆负荷功率：1166（KW）；由于采煤机、乳泵、喷雾泵高缆长度与刮板输送机、破碎机、转载机高缆长度相等，且负荷小于刮板输送机、破碎机、转载机，根据以上刮板输送机、破碎机、转载机电缆经校验合格，故采煤机、乳泵、喷雾泵电缆合格。3.1.3 电缆：3#移变初选及校验1) 按经济电流密度选择主截面 电缆基本参数编号：3#；型号：UGSP-3x10；长时载流量：72（A）；长度：2200 m；电压：6（KV）；电缆负荷功率：320（KW）2)按持续工作电流计算与校验4472（A）校验结果：合格3)按电压损失计算与校验电压损失绝对值： 264.3410（）校验结果：合格5)按热稳定性计算与校验计
18、算所得电缆截面： = 11.2150（）校验结果：合格表3-1 高压电缆统计报表编号型号额定电压（Kv）长度(m)1#UGSP-3x50622002#UGSP-3x50622003#UGSP-3x50622004 选择低压电缆4.1 低压电缆主芯线截面的选择原则、长度的确定原则（1）按最大工作电流选择主截面。（2）按电缆的机械强度应符合用电设备使用场合的要求选择截面。（3）按允许电压损失选择主截面。（4）按距离最远、功率最大的电动机启动时校验电压损失。 （6）电缆长度巷道长度1.1 （7）移动设备用的橡套软电缆：使用长度机头部分的活动长度（3-5m）44.2 计算公式及参数长时负荷电流计算公式
19、： （4-1）Iw-长时负荷电流； -需用系数； -电缆负荷功率(kW)；-工作电压(V)； -功率因数。1）采煤机电缆编号：1#.型号：UCPQ-0.66/1.14370+116+46；工作电压：1140(V) 。电缆负荷功率：700(kW) 208.16215（A）按照双根70平方经校验合格选择电缆为：1#，长度为：370m；校验结果：合格2）喷雾泵电缆编号：2#、3#型号：UPQ-0.66/1.14310+110；工作电压：1140(V)。电缆负荷功率：45(kW) 26.7664（A）选择电缆为：2#，长度为：10m；3#，长度为15m 校验结果：合格3）乳化液泵站电缆编号：4#、5#
20、型号：UPQ0.66/1.14-350+116；工作电压：1140(V)。电缆负荷功率：250(kW) 148.68173（A）选择电缆为：4#，长度为：25m；5#，长度为30m 校验结果：合格4）刮板输送机电缆编号：6#型号：UCPQ-0.66/1.14395+135+46；工作电压：1140(V)。电缆负荷功率：400(kW)221.68260（A）选择电缆为：6#，长度为：360m；校验结果：合格5）电缆编号：7#型号：UPQ0.66/1.14-395+125；工作电压：1140(V)。电缆负荷功率：400(kW) 221.68260（A）选择电缆为：7#，长度为：160m；校验结果：
21、合格 6）转载机电缆编号：8#、型号：UCPQ-0.66/1.14395+135+36；工作电压：1140(V)。电缆负荷功率：315(kW) 174.58260（A）选择电缆为：8#，长度为：420m;校验结果：合格7）破碎机电缆编号：9#.型号：UCPQ-0.66/1.14350+110+34；工作电压：1140(V)。电缆负荷功率：160(kW) 88.67138（A）选择电缆为：9#，长度为：390m； 校验结果：合格8）带式输送机电缆编号：10#型号：UPQ0.66/1.14-395+125；工作电压：1140(V)。电缆负荷功率：320(kW) 221.40260（A）；选择电缆为
22、：10#，长度为：50m；校验结果：合格9）电缆编号：11#.12#.型号：UPQ0.66/1.14-325+116；工作电压：1140(V)。电缆负荷功率：160(kW)110.70113（A）选择电缆为：11#，长度为：10m；12#，长度为：10m;校验结果：合格4.3 正常运行时回路电压损失校验原则：正常运行时，回路的电压损失应额定电压的7%计算公式及参数：电压损失： 式中:Iw-长时负荷电流；-电缆长度； -每公里电阻； - 每公里电抗；-需用系数； -电缆负荷功率(kW)； -工作电压(V)； -功率因数。1）回路编号：L3第一段低电缆编号：1#电压损失绝对值：39.74（V）第二
23、段低电缆编号：3#电压损失绝对值：1.10（V）第三段低电缆编号：5#电压损失绝对值：2.87（V）回路电压总损失: 39.74+1.10+2.87 = 43.7179.8 (V);校验结果：合格。2）回路编号：L4 第一段低电缆编号：6#电压损失绝对值：31.40（V）第二段低电缆编号：7#电压损失绝对值：13.22（V）第三段低电缆编号：8#电压损失绝对值：2.86（V）第四段低电缆编号：9#电压损失绝对值：21.03（V）回路电压总损失:31.40+13.22+2.86+21.03 = 68.5179.8 (V)校验结果：合格。 3）回路编号：L5第一段低电缆编号：11# 电压损失绝对值
24、：2.68（V）回路电压总损失:2.684380A,满足要求。 （2）2#移变，低压馈电开关为DZKD-660/1140-300A型，分断能力为7500A4380A,满足要求。 （3）3#移变，低压馈电开关为DZKD-660/1140-300A型，分断能力为7500A2771A,满足要求。 2)磁力起动器分断能力校验 (1)采煤机磁力启动器为QJZ-630/1140型，分断能力为6000A2570A,满足要求。 (2)乳泵磁力启动器为QJZ-3000/1140型，分断能力为6000A4240A,满足要求。 (3)喷雾泵磁力启动器为QJZ-300/1140型，分断能力为6000A3974A,满足
25、要求。 (4)工作面刮板输送机磁力起动器为QJZ-400/1140型，主回路还装有快速熔断器，其分断能力为10000A3670A,满足要求。 (5)装载机磁力起动器为QJZ-400/1140型，主回路还装有快速熔断器，其分断能力为10000A2746A,满足要求。 (6)破碎机磁力起动器为QJZ-300/1140型，主回路还装有快速熔断器，其分断能力为10000A2286A,满足要求。 (7)皮带软起动器为QJZ-400/1140R型，主回路还装有快速熔断器，其分断能力为10000A4234A,满足要求。 7 高压开关整定7.1 1#移变高压开关的整定 1)开关编号：1#型号：KBSGZY-1
26、600/6 ； 额定电压：6000 V；额定电流：200A；互感器变比：40； 互感器二次侧额定电流：5A； (1)过载保护动作电流：过载保护动作电流整定计算值： (7-1)过载保护动作电流实际整定值：0.8倍 (2)速断保护动作电流：变压器二次侧最小两相短路电流：4380A变压器二次侧最小两相短路电流折算到高压侧：876满足能保护线路末端最小两相短路电流的最小灵敏度系数：1.5；速断保护整定计算值： (7-2)速断保护动作电流实际整定值：3倍 (3)漏电保护（零序电流型）：被保护电缆线路总长L：2.2；零序电流互感器变比：1；单相接地保护动作电流整定计算值： (7-3)单相接地保护动作电流实
27、 际整定值：27.2 2#移变高压开关的整定 2)开关编号：2#型号：KBSGZY-1250/6； 额定电压：6000 V；额定电流：200A；互感器变比：40； 互感器二次侧额定电流：5A； (1)过载保护动作电流：过载保护动作电流整定计算值：过载保护动作电流实际整定值：0.7倍 （2)速断保护动作电流：变压器二次侧最小两相短路电流：4380A变压器二次侧最小两相短路电流折算到高压侧：876满足能保护线路末端最小两相短路电流的最小灵敏度系数：1.5；速断保护整定计算值：速断保护动作电流实际整定值：3倍 （3）漏电保护（零序电流型）：被保护电缆线路总长L：2.2；零序电流互感器变比：1；单相接
28、地保护动作电流整定计算值：单相接地保护动作电流实际整定值：37.3 3#移变高压开关的整定 3)开关编号：3#型号：KBSGZY-500/6； 额定电压：6000 V；额定电流：100A；互感器变比：20； 互感器二次侧额定电流：5A；变压器一次侧额定电流：38.4A； (1)过载保护动作电流：过载保护动作电流整定计算值：过载保护动作电流实际整定值：0.5倍 (2)速断保护动作电流：变压器二次侧最小两相短路电流：2771A变压器二次侧最小两相短路电流折算到高压侧：554.2 满足能保护线路末端最小两相短路电流的最小灵敏度系数：1.5；速断保护整定计算值：速断保护动作电流实际整定值：4倍 (3)
29、漏电保护（零序电流型）：被保护电缆线路总长L：2.2；零序电流互感器变比：1；单相接地保护动作电流整定计算值：单相接地保护动作电流实际整定值：28 低压开关和移变低馈保护装置整定8.1 移变低馈过流保护装置整定 1) 1#移变低馈过流保护装置整定。低馈为DZKD-660/1140-300A,电子保护，过流保护装置的动作电流为： IsbIst,M+In=5.4*2*190+190+96=2338A过流保护装置整定电流取 4In=4*600=2400A2338A灵敏系数,满足要求。 2) 2#移变低馈过流保护装置整定。低馈为DZKD-660/1140-300A,电子保护，过流保护装置的动作电流为：
30、 IsbIst,M+In=5.4*400+153+30=2343过流保护装置整定电流取 4In=4*600=2400A2343A 灵敏系数,满足要求。 3) 3#移变低馈过流保护装置整定。低馈为DZKD-660/1140-300A,电子保护，过流保护装置的动作电流为： IsbIst,M+In=6*2*98=1176A过流保护装置整定电流取 4In=4*400=1600A1176A灵敏系数,满足要求。8.2 磁力启动器过流保护装置的整定 1)刮板输送机控制开关，QJZ-400/1140型磁力启动器，额定电流In=400A，电子保护，电动机额定电流In,m=220A, 启动电流倍数为5.4。 过流保护装置动作电流 Isb,sIst,n=5.4*220=1188A （8-1） 取整定值 Isb,s=8In,m=8*190=1520A1188A （8-2） 灵敏系数
