矿井采区供电设计毕业设计论文.doc

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1、摘 要矿井采区供电是否安全可靠和经济合理，将直接关系到每一位井下工人的人身安全和矿井的可持续发展，特别是在现代化的矿井生产中，随着生产规模的不断扩大和新煤层的不断勘探，为了满足生产发展的需要，本次设计根据新采区的实际情况,对其所需设备及供电线路等进行了设计，本设计是以东源公司羊场煤矿井下采区供电为对象，在遵照煤矿安全规程、矿山供电、矿井供电等矿井相关书籍的前提下进行设计的，根据新采区的实际情况，在相关技术员的指导下，深入生产现场，并查阅了有关设计资料、规程、规定，听取和收录了现场相关技术员的意见及经验，对采区所需设备的型号及供电线路等进行了设计计算。设计时充分考虑到技术经济的合理，安全的可靠。

2、采用新技术、新产品，积极采取相应措施减少电能损耗，提高生产效率，并阐述了采区供电系统中各用电设备的选型及其计算过程，如变压器、电缆、开关的选择等，并对其进行了整定和校验，设计中比较详细地叙述了矿用电缆及电气设备的选定原则以及井下各种保护装置的选择和整定。关键词： 矿山供电； 矿井电缆选择； 井下保护ABSTRACTwhether the power supply of a pit collect area is safe and thrifty or not is affect workers person safety and the pits continued develop direc

3、tly ,especially in the contemporary pits produce .Along with the scale of production is wider and wider and the exploration of the new coal bed is more and more profoundly. In order to content the need of the productions develop .This design is on the basis of the reality situation of the new mining

4、 area. We have made a design on all the equipment and the power supply line .The designs target is the power supply of Eastern Coal Cause Company Yang Chang. And this design is carried out by the premise of , , and so on .And this design is coincide with the reality situation of the new mining area.

5、 Before making it we looked around the site situation road some concerned books, rules, and formulate. When we made it we listen to the guide of concerned technician and listen to and take down the ideas and experience of the present technician .Besides we have made a plan of the equipment as well a

6、s its type. We fully think of the rationality of its technique and economy as well as its reliability of safety. We use new technology new produce and take some advanced measures to reduce the wastage of electric energy increase produce efficiency. Besides we have expounded the process of choosing p

7、ower supply equipments type and their planning process such as transformer, electric cable switch and so on. We proofread and corrected them , related the principle of the electric cable and electric equipments decide as well as the principle of safe guard equipments choosing proofreading and correc

8、ting .Key words: pit power supply; the choose of electric cable ; the protection under the pit 目 录1 采区设计原始资料11.1 全矿概貌11.2 采区资料1 2采区变电所的变压器选择22.1 采区负荷计算22.2变压器容量计算32.3变压器的型号、容量、台数的确定33 采区变电所及工作面配电所位置的确定53.1 采区变电所位置53.2 工作面配电点的位置54采区供电系统的拟定64.1拟定供电系统的原则64.2按照采区供电系统的拟定原则确定供电系65采区低压电缆的选择85.1电缆选择原则85.2电缆

9、型号的确定85.3电缆长度的确定85.4低压电缆截面的选择85.5. 采区电缆热稳定校验156 采区高压电缆的选择186.1选择原则186.2选择步骤187 采区低压控制电器的选择227.1电器选择按照下列一般原则227.2据已选定的电缆截面、长度来选择开关、起动器容量及整定计228低压保护装置的选择和整定248.1低压电网短路保护装置整定细则规定248.2保护装置的整定与校验249 高压配电箱的选择和整定309.1高压配电箱的选择原则309.2高压配电箱的选择309.3高压配电箱的整定和灵敏度的校验3110 井下漏电保护装置的选择3210.1井下漏电保护装置的作用3210.2漏电保护装置的选

10、择3210.3井下漏电保护装置的要求3210.4井下检漏保护装置的整定32 11井下保护接地系统34设计总结36致 谢37参考文献381 采区设计原始资料1.1 全矿概貌1.1.1地质储量1527.56万吨；1.1.2矿井生产能力：设计能力45万t/年，实际数45万t/年；1.1.3年工作日：300天，日工作小时：14小时；1.1.4矿井电压等级及供电情况：该矿井供电电源进线采用双回路电源电压为35KV，变电所内设有630KVA,10/6.3变压器两台和400KVA，10/0.4变压器两台，承担井下和地面低压用电负荷。用两条高压电缆下井，电压等级均为6KV，经中央变电所供给采区变电所。1.2

11、采区资料1.2.1本矿井属低沼气矿井，采区倾角2328.1.2.2采煤方法：一般采用长壁后退式采煤方法，以炮采为主。1.2.3支护方法：掘进点向上山，石门及全岩巷道，以锚喷为主，工作面采用木支护。1.2.4煤炭运输系统： 工作面落煤经溜槽到1T（吨）矿车，由电瓶车运至中部车场翻车器翻入煤仓到下部车场装车，由电机车运到井底车场，再由绞车提到地面。1.2.5采区通风：新鲜风流由1800副斜井进风+1660运输大巷轨道下山采区工作面采区回风巷人行上山+1400回风平峒通风机房。1.2.6电压等级及主要设备：井下中央变电所的配出电压为6KV，采区主要用电设备采用660V电压，煤电钻和照明采用127V电

12、压，主要设备见采区负荷统计表。2 采区变电所的变压器选择2.1 采区负荷计算：根据巷道、生产机械的布置情况，查煤矿井下供电设计指导书和矿井供电，查找有关技术数据，列出采区电气设备技术特征如表2-1、表2-2所示:表2-1 采区电气设备技术特征采区设备额定容量Pe(KW)额定电压Uc(V)额定电流Ie(A)额定起动电流IQe (A)功率因数cos效率j设备名称设备型号上山绞车JT1600/12241106601212420.860.93电动翻车器J02-5.5-65.56606.639.6照明1.2127煤电钻MZ2-121.21279540.790.795回柱绞车JB3160M-8116601

13、4.5870.840.885喷浆机YB112M-45.56607.1460.80.85局部扇风机BKY60-5.55.56606.3440.80.85耙斗装岩机P-15B1166012.173.60.820.84序号名称型号规格单位使 用 数 量回采掘进合计1煤电钻MSZ-12台4-42电动翻车器FDZ-1 1T台2-23回柱绞车JH-8台2-24耙斗装岩机P-15BII台-225喷浆机FHP-20A台-226局部扇风机JBT51-2台4487电瓶车CDXA1-2.5台224表2-2 采区机械设备配备表2.2变压器容量计算：2.2.1 +1660水平绞车变电所变压器容量：ST1 =Pe1Kde

14、Ks / cosWm =111.20.41/0.6=74.13KVA式中：cosWm 加权平均功率因素，根据煤矿电工学P191表7-4查倾斜炮采工作面，取cosWm =0.6；Kde需要系数，根据煤矿电工学P191表7-4查倾斜炮采工作面，取Kde=0.4；Ks组间同时系数，取值参照煤矿电工学P191，当供给一个工作面时取1，当供给个工作面时取0.95供给3个及以上工作面时取0.9，所以Ks分别取Ks1=1,Ks2=0.9；Pe1由+50水平变电所供电的所有电动机额定容量之和；Pe1110+1.2=111.2kw1.2负荷系数一般取1.22.2.2 +1524水平采区变电所变压器容量:ST2

15、=Pe2KdeKs / cosWm =143.80.50.9/0.6=107.848KVA式中： cosWm 加权平均功率因素，根据煤矿电工学P191表7-4查倾斜炮采工作面，取cosWm=0.6；Kde需要系数，根据煤矿电工学P191表7-4查倾斜炮采工作面，取Kde=0.5；Pe2由+1524水平采区变电所供电的所有电动机额定容量之和；Pe2(5.5+5.52+11+4+8+5.52+11+1.22+8)2=143.8kw2电机系数（380V乘以2，660V乘以1.15）；2.3变压器的型号、容量、台数的确定：根据STNST原则，（STN 变压器的额定容量； ST 变压器的计算容量 ），确

16、定变压器型号时，应考虑变压器的使用场所、电压等级和容量等级，还应考虑巷道断面、运输条件、备品配件来源等因素。一般在变电硐室内的动力变压器，选择矿用一般油浸式变压器，+1660水平绞车变电所变压器可以选择KSJ275/6型和+1524水平采区变电所变压器可以选择KSJ2135/6型。但由于矿用一般型油浸式变压器现在井下禁止使用，属于井下淘汰产品，所以选择矿用干式变压器，根据中华人民共和国煤炭工业部制定的煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则P90表19选择：+1660水平绞车变电所变压器T1为KBSG100/6型一台,+1524水平采区变电所变压器T2为KBSG200/6型一台。其技术特征如表2

17、-3所示。表23（变压器技术数据）型号额定容量Se(KVA)额定电压（V）额定电流（A）连接组阻抗电压（）损耗（W）每相线圈阻抗（）一次二次一次二次UdUrUx空载短路ZRXKBSG100/610060004009.62144.2Y.Y0/Y.d114.52.503.7460010000.0640.0160.0620KBSG200/6200600069019.2166.6Y.Y0/Y.d114.52.273.88100014000.09610.01680.0946备注：动力变压器T1选KBSG100/6,T2选KBSG200/6,上表数据查中华人民共和国煤炭工业部制定的煤矿井下低压电网短路保护

18、装置的整定细则P90表19和中华人民共和国，通化变压器制造有限公司矿用隔爆型变压器使用说明书P9表3.3 采区变电所及工作面配电所位置的确定3.1 采区变电所位置：根据采区变电所位置确定原则，采区变电所位置选择要依靠低压供电电压，供电距离，采煤方法，采区巷道布置方式，采煤机械化程度和机械组容量大小等因素确定。3.2 工作面配电点的位置：在工作面附近巷道中设置控制开关和起动器，由这些装置构成的整体就是工作面配电点。它随工作面的推进定期移动。根据掘进配电点至掘进设备的电缆长度，设立：P1配电点：1660中央变电所人行下山+1524采区变电所1660水平绞车峒室；P2配电点：+1524采区变电所+1

19、524水平中间运输巷掘进配电点；P3配电点：+1524采区变电所+1460水平运输巷掘进配电点；P4配电点：+1524采区变电所+1524米水平采区配电点；P5配电点：+1524采区变电所+1400米水平采区配电点；4采区供电系统的拟定4.1拟定供电系统的原则：4.1.1在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的开关、起动器和电缆等设备最少；4.1.2原则上一台起动器只控制一台低压设备；一台高压配电箱只控制一个变压器。当高压配电箱或低压起动器三台及以上时，应设置进线开关；采区为双电源供电时，应设置两台进线高压配电箱。4.1.3当采区变电所的动力变压器多于一台时，应合理分配变压器的负荷，原则上一台变

20、压器负担一个工作面的用电设备；且变压器最好不并联运行；4.1.4对于从变电所向各配电点供电时，可采用辐射式供电，供电线路应走最短的路线，但应注意回采工作面，轨道上下山等处不应敷设电缆，溜放煤、矸、材料的溜道中严禁敷设电缆，并尽量避免回头供电；4.1.5大容量设备的起动器应靠近配电点的进线端，以减小起动器间电缆的截面；4.1.6低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机，可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，或采用掘进与采煤工作面分开供电；4.1.7低瓦斯矿井瓦斯喷出区域，掘进工作面的局部通风机都应实行三专(专用变压器、专用开关、专用线路)供电；4.1.8局部通风机与掘进工作面的电气设备，必须装有风

21、电闭锁装置低瓦斯矿井。低瓦斯矿井瓦斯喷出区域的所有掘进工作面应装设两闭锁(风电闭锁、瓦斯电闭锁)设施。因此，在掘进工作面的供电线路上应设一台闭锁用的磁力起动器，或专用的风电闭锁装置。4.1.9局部通风机无论在工作或交接班时，都不准停风。因此要在专用变压器与采区变电所内其他任意一台变压器之间加设联络开关。平时断开，在试验局部通风机线路的漏电保护时，合上联络开关，以防局部通风机停电；4.1.10采区变电所、上山绞车房、水泵房应设照明灯。4.2按照采区供电系统的拟定原则确定供电系统图采区变电所供电系统拟定图如图1所示。5 采区低压电缆的选择5.1电缆长度的确定：根据采区平面布置图和采区剖面图可知：人

22、行上山倾角为25。以计算上山绞车的电缆长度为例：从剖面图可知+50中央变电所到+50水平上山绞车硐室的距离为280m。考虑实际施工电缆垂度，取其长度为理论长度的1.05倍，则实际长度为：Ls=L1.05=294m，取300 m.同理 其他电缆长度亦可计算出来如图2、图3所示。5.2电缆型号的确定： 矿用电缆型号应符合煤矿安全规程规定，电钻用UZ型，上山绞车用ZQP20型，装岩机和回柱绞车用UP型，固定支线电缆和移动支线均采用U型。5.3电缆选择原则：5.3.1 在正常工作时电缆芯线的实际温升不得超过绝缘所允许的温升，否则电缆将因过热而缩短其使用寿命或迅速损坏。橡套电缆允许温升是65，铠装电缆允

23、许温升是80，电缆芯线的时间温升决定它所流过的负荷电流，因此，为保证电缆的正常运行，必须保证实际流过电缆的最大长时工作电流不得超过它所允许的负荷电流。5.3.2 正常运行时，电缆网路的实际电压损失必须不大于网路所允许的电压损失。为保证电动机的正常运行，其端电压不得低于额定电压的95%，否则电动机等电气设备将因电压过低而烧毁。所以被选定的电缆必须保证其电压损失不超过允许值。5.3.3 距离电源最远，容量最大的电动机起动时，因起动电流过大而造成电压损失也最大。因此，必须校验大容量电动机起动大，是否能保证其他用电设备所必须的最低电压。即进行起动条件校验。5.3.4 电缆的机械强度应满足要求，特别是对

24、移动设备供电的电缆。采区常移动的橡套电缆支线的截面选择一般按机械强度要求的最小截面选取时即可，不必进行其他项目的校验。对于干线电缆，则必须首先按允许电流及起动条件进行校验。5.3.5 对于低压电缆，由于低压网路短路电流较小，按上述方法选择的电缆截面的热稳定性均能满足其要求，因此可不必再进行短路时的热稳定校验。5.4低压电缆截面的选择：5.4.1 移动支线电缆截面采区常移动的电缆支线的截面选择时考虑有足够的机械强度,根据相关资料初选支线电缆截面即可.具体如图2所示。5.4.2 干线电缆截面的选择：由于干线线路长,电流大,电压损失是主要矛盾,所以干线电缆截面按电压损失计算。采区变电所供电拟定图如图

25、2所示。5.4.3 +1524水平岩巷掘进配电点根据UZ值的取值原则,选取配电点中线路最长,容量最大的支线来计算。5.4.3.1 .根据图2,11KW耙斗装岩机初选电缆为U-1000 316+16 100m,用负荷矩电压损失计算支线电缆电压损失：(由于耙斗机容量最大，距离最远，所以若它计算合格，则其它支线均合格)。UZ% = KfPeLZK%=11110010-30.327=0.36式中： UZ%支线电缆中电压损失百分比；Kf负荷系数,取Kf=1；Pe电动机额定功率,KW；LZ支线电缆实际长度,m；K%千瓦公里负荷电压损失百分数,取K%=0.327 UZ =UZ%Ue/100=0.36660/

26、100=24V支线电缆电压损失为；UZ=24V式中： UZ支线电缆中电压损失,V；5.4.3.2.变压器电压损失为：UB% =(Ur%cospj+Ux%sinpj)= 0.54(0.850.6+3.880.8)2式中： UB%变压器电压损失百分比；变压器的负荷系数,=Stj1/Se=107.848/2000.54；Se变压器额定容量,KVA；Stj1变压器二次侧实际负荷容量之和,KVA. Stj1=107.848 KVA；Se变压器额定容量,KVA；Ur%变压器额定负荷时电阻压降百分数, 查中华人民共和国，通化变压器制造有限公司矿用隔爆型变压器使用说明书P9表3.取Ur%=.85；Ux%变压器

27、额定负荷时电抗压降百分数, 查查中华人民共和国，通化变压器制造有限公司矿用隔爆型变压器使用说明书P9表3.取UX%=3.909；cospj加权平均功率因数,取cospj =0.7, sinpj=0.8；UB =UB%Ue/100=2660/100=13.2V变压器电压损失为：UB=13.2V5.4.3.3干线电缆允许电压损失为:Ugy =UY-UZ-UB=63-2-13.2=47.8V干线电缆允许电压损失为: Ugy=47.8V式中：Ugy干线电缆中允许电压损失,V；UY允许电压损失,V, 对于380V系统；Ugy=U2NT-0.95UN=400-0.95380=39V对于660V系统；Ugy

28、=U2NT-0.95UN=690-0.95660=63V对于1140V系统；Ugy=U2NT-0.95UN=1200-0.951140=117V因为Ue=660V,所以UY=63V；UZ支线电缆中电压损失,V；UB变压器中电压损失,V；5.4.3.4 干线电缆截面确定Agy = KxPeLgy10/(UerUgypj)=0.73460010/(66042.547.80.8)=13.3mm2式中：Agy干线电缆截面积, mm2；Pe干线电缆所带负荷额定功率之和,KW, Pe=5.52+11+4+8=34KW；Lgy干线电缆实际长度,Km；r电缆导体芯线的电导率, m/(mm2)取r=42.5mm

29、2；Ugy干线电缆中最大允许电压损失,V；pj加权平均效率,V,取pj=0.8；根据计算选择干线电缆为U-1000 316 +110 600m。但考虑到尽可能提高供电质量，选用U-1000 325 +110 600m。5.4.4 +1524水平向采区配电点的干线电缆：5.4.4.1 支线电缆电压损失：(由于回柱绞车容量最大，距离最远，所以若它计算合格，则其它支线均合格)。UZ% = KfPeLZK%=11115010-30.327=0.54式中： UZ%支线电缆中电压损失百分比；Kf负荷系数,取Kf=1；Pe电动机额定功率,KW；LZ支线电缆实际长度,m；K%千瓦公里负荷电压损失百分数,取K%

30、=0.327UZ =UZ%Ue/100=0.054660/100=3.564V支线电缆电压损失为；UZ=3.564V5.4.4.2 干线电缆允许电压损失为：Ugy =UY-UZ-UB=63-3.564-13.2=46.236V式中： 变压器电压损失为：UB=13.2V(前面已经计算过，这里不在计算)UY允许电压损失,V, 对于380V系统；Ugy=U2NT-0.95UN=400-0.95380=39V对于660V系统；Ugy=U2NT-0.95UN=690-0.95660=63V对于1140V系统；Ugy=U2NT-0.95UN=1200-0.951140=117V因为Ue=660V,所以UY

31、=63V；5.4.4.3 干线电缆截面确定：Agy = KxPeLgy10/(UerUgypj)=0.732.470010/(66042.546.2360.8)=15.3mm2式中：Pe干线电缆所带负荷额定功率之和,KW, Pe=5.52+11+1.22+8=32.4KW；根据计算选择干线电缆为U-1000 316 +110 600m。但考虑到尽可能提高供电质量，选用U-1000 325 +110 700m。5.4.5 +1660绞车房供电计算图如图3 所示。向110KW绞车供电的电缆截面的选择：根据所选用KBSG100/6型变压器, 查中华人民共和国煤炭工业部制定的煤矿井下低压电网短路保护装

32、置的整定细则P90表19得, Ur%=1.00,Ux%=3.873；5.4.5.1变压器的电压损失为：UT%=(ST/Se)(Ur%cospj+Ux%sinpj) =(74.13/100)(1.000.7+3.8730.8) 2.30UT =UT%U2e/100 =2.30400/100 =9.2V 变压器的电压损失为：UT=9.2V5.4.5.2支线电缆允许电压损失：Ugy=UY-UB=39-9.2=29.8V式中：Ugyz支线电缆中允许电压损失,V；UY允许电压损失,V, 对于380V系统；Ugy=U2NT-0.95UN=400-0.95380=39V对于660V系统；Ugy=U2NT-0

33、.95UN=690-0.95660=63V对于1140V系统；Ugy=U2NT-0.95UN=1200-0.951140=117V因为Ue=380V,所以UY=39V；5.4.5.3支线电缆截面确定：Agy = KxPeLgy10/(UerUgypj)=0.711014510/(38042.529.80.8)=30.7mm2根据计算选择干线电缆为ZQP20-1000 335 145m。但考虑到尽可能提高供电质量，选用ZQP20-1000 350 145m。式中：Agy干线电缆截面积, mm2；Pe干线电缆所带负荷额定功率之和,KW, Lgy干线电缆实际长度,Km；r电缆导体芯线的电导率, m/

34、(mm2)取r=42.5mm2；Ugy干线电缆中最大允许电压损失,V；pj加权平均效率,V,取pj=0.8；5.5. 采区电缆热稳定校验按启动时的电压损失校验电缆截面：由于电动机启动电流大。启动时低压电网中的电压损失比正常工作时的电压损失大得多。因此，必须满足电动机和电磁启动器的启动条件，否则无法启动。一般只校验供电功率最大、供电距离最远的干线，如该干线满足启动要求，则其他干线必能满足启动要求。 11KW回柱绞车是较大负荷起动，也是采区中容量最大、供电距离较远的用电设备，选择的电缆截面需要按起动条件进行校验即可。 5.5.1 确定电动机的最小启动电压UQmin 满足电动机最小启动转矩所需要的最

35、小启动电压UQmin，可根据电动机的转矩正比于其电压的平方求出：UQmin= Ue = 660 =457.26V式中: Ue 电动机额定电压,V； KQ 电动机最小允许起动转矩MQmin 与额定转矩Me之比值. 查矿山供电附录11,取KQ=1.2；aQ电动机额定电压下的起动转矩MeQ与额定转矩Me之比值,由电动机技术数据表查得,矿用隔爆电动机aQ= 2.5。（矿用隔爆型电动机一般可取2-2.5）。5.5.2 计算起动时工作机械支路电缆中的电压损失：按启动时电压损失最大的一条支线计算，即： UZQ=IQLZcosQ）/（rAZ） =（60.31000.7）/(42.525) =6.88V式中:

36、r 支线电缆芯线导体的电导率,m/(mm2)； LZ支线电缆实际长度.m；IQ电动机实际起动电流,A；Ue 电动机额定电压,V；AZ支线电缆的芯线截面, mm2； cosQ电动机起动时的功率因数，估取cos=0.7,sin=0.80IQ=IeQUQmin/Ue=87457.26/660=60.3A； IeQ 电动机在额定电压下的起动电流,A；UQmin 电动机最小起动电流,V;查表1-1,取UQmin=87V；5.5.3 启动时干线电缆的电压损失：按干线所带电动机中最大一台启动，其它正常工作条件计算，即： UgQ=LZ/rAZ（IgQcosgQ+Kde.reN.Pe103） =700/2542

37、.5(101.10.57+0.821.4103） =82.85V式中: r 干线电缆芯线导体的电导率,m/(mm2)； LZ 干线电缆实际长度,m；AZ支线电缆的芯线截面, mm2；Kde.re 除启动电动机外，干线中其它用电设备的需用系数，取；Kde.re0.8N.Pe32.4-11=21.4KW中:32.4干线电缆所带总功率,KW：11回柱绞车,KW;21.4干线所带电动机中除最大一台电动机外，其它电动机功率之和,KW。IgQ干线电缆中实际实际起动电流,A；IgQ= = =101.1A中: Ii其余电动机正常工作电流，A；Ii =Pe/（Uepjcospj） =（22103）/(6600.

38、790.6) =40.6A22实际是21.4KW；取22KW计算。cosgQ干线电缆在起动条件下的功率因数,cosgQ =(IQcosQ+Iicospj)/IgQ =(60.30.55+40.60.6)/101.1 =0.575.5.4 起动时变压器的电压损失：按变压器所带电动机中最大一台启动，其它正常工作条件计算，即： UBQ% = (IBQ/IBe)( Ur% cosBQ+Ux%sinBQ ) =(101.1/166)(0.80.57+3.9090.82) =2.2508UBQ =UBQ%UBe/100=6902.2508/100=15.53052V15.5 V式中: IBQ起动时变压器的负荷电流,A； IBe 变压器负荷额定电流,A；UBe变压器负荷侧额定电压,V；cosBQ起动时变压器负荷功率因数；cosBQ =(IQcosQ+Iicospj)/IgQ =(60.30.55+40.60.6)/101.1 =0.575.5.5 起动状态下供电系统中总的电压损失：UQ =UZQ + UgQ