大兴煤矿采区供电系统设计采区供电系统设计论文.doc

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1、 中国矿业大学银川学院本 科 毕 业 论 文（2013届）题 目 大兴煤矿采区供电系统设计 系 别 机电动力与信息工程 专业班级 工业工程（2） 学生姓名 XXX 指导教师 XXX 教务处制2013年5月1日大兴煤矿采区供电系统设计毕业设计共38页图纸共1张说明书共0页完成日期：2013年5月1日答辩日期：2013年5月9日摘要 通过煤矿矿井供电系统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。煤矿矿井供电系统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

2、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。煤矿矿井供电系统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 目录绪论11 采区供电系统及变电所位置的确定21.1 采区变电所位置的确定21.2 电压等级的确定21.3 采区负荷计算及变压器、台数

3、的确定22 变压器的选择42.1 负荷统计42.2 变压器的选择53 供电系统的拟定84 高压电缆的选择94.1 高压电缆选择原则94.2 高压电缆计算115 低压电缆的选择155.1 电缆的选择原则155.2 上山绞车低压电缆选择155.3 对掘进工作面配电点干线电缆进行选择195.4 对第一炮采工作面干线电缆选择205.5 对第二炮采工作面干线电缆选择226 采区高低压开关的选择236.1 选择按照下列一般原则进行236.2 采区选择的隔爆型高压配电箱246.3 采区低压开关选择及保护装置整定24结论35致谢36参考文献37附录A38绪论 全矿概貌1) 地质储量600万吨；2) 矿井生产能

4、力：设计能力12万t/年，实际数11万t/年；3) 年工作日：300天，日工作小时：14小时；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。采区资料采区设计年产量6万吨，水平标高从+830至+755，下山道两条，一条轨道下山，一条人行下山，倾角为25；分4个区段开采，方式为炮采，区段高20-30m。整个采区现为一掘两采。表1-1 采区电气设备技术特征采区设备额定容量Pe(KW)额定

5、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台数设备名称设备型号上山绞车JT1600/12241103801212420.860.931照明1.2127煤电钻MZ2-121.21279540.790.7952回柱绞车YB3160M-41166014.5870.840.8852喷浆机YB112M-446605.0830.50.800.851局部扇风机BKY60-446604.732.90.800.856耙斗装岩机Ybb-10-41166012.172.60.750.801充电机KGCA10-90/4016660210.750.8831 采区供电系统及变电所位置的

6、确定1.1 采区变电所位置的确定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。1.2 电压等级的确定根据本采区提供的数据电压等级分为两种，一种是660V,另一种是380V。1.3 采区负荷计算及变压器、台数的确定根据机械设备位置、功率电压及供电情况把用电设备分成三组。具体的分组情况见下表1-1、表1-2、表1-3。表1-1 1号变压器供电设备设备名称台数电动机型号额定容量Pe（KVA）额定电压/V额定电流/A额定功率因数上山绞车1JT1600/12241103801210.86照明1.2127表

7、1-2 2号变压器供电设备设备名称台数电动机型号额定容量Pe（KVA）额定电压/V额定电流/A额定功率因数煤电钻2MZ2-121.212790.79回柱绞车2YB3160M-41166014.50.84喷浆机1YB112M-446605.080.80耙斗装岩机1Ybb-10-41166012.10.75充电机3KGCA10-90/4016660210.75表1-3 3号变压器供电设备表设备名称台数电动机型号额定容量Pe（KVA）额定电压/V额定电流/A额定功率因数局部扇风机6BKY60-446604.70.80根据电压等级设备情况选用三台变压器，第一台变压器供上山绞车和照明使用，第两台变压器供

8、煤电钻、回柱绞车、喷浆机、耙斗装岩机、充电机使用，第三台供局部扇风机使用。2 变压器的选择2.1 负荷统计按各组用电要求，采区用电设备负荷统计采用需用系数法。该计算方法是借助一些统计数据，由各用电设备的额定功率求取一组用电设备的计算负荷。一组用电设备的计算负荷容量为式： (2-1)式中：S-一组用电设备的计算负荷，kw；-具有相同需用系数的一组用电设备额定功率之和，kw；-需用系数；-一组用电设备的加权平均功率因数，即各用电设备的额定功率与额定功率因数的乘积之和与他们总功率之比，按下式求得。 （2-2）由于该采区为炮采工作面用电设备的需用系数可按下式计算。0.286+ 0.714 （2-3）式

9、中：- 一组设备中容量最大一台电动机额定功率，kw。矿井及采区其它用电负荷的需用系数和加权平均功率因数见表2-1：表2-1 矿井用电负荷计算需用系数和加权平均功率因数用 电 设 备需用系数加权平均功率因数采煤工作面 综合机械化工作面自移支架 一般机械化工作面单机支架 一般机械化工作面倾斜机采面 缓倾斜煤层炮采工作面急倾斜煤层炮采工作面 0.4 + 0.6 P/P0.286 + 0.714 P/P0.60.750.40.50.50.60.70.60.70.60.70.60.7掘井工作面采用掘井机不采用掘井机的0.50.30.40.60.70.6井下运输 蓄电池电机车 其他运输设备如输送机、绞车等

10、 架线电机车0.80.50.50.650.90.70.9井底车场 有主排水设备 无主排水设备0.60.70.750.80.70.82.2 变压器的选择通常情况下，采区变电所采用多台变压器方可满足供电要求。变压器容量应根据设备的布置、电压等级，确定几个分组方案，分别求出各方案下的各组计算容量，初选变压器的额定容量及台数，确定最优分组方案。变压器的额定容量应大于等于一组负荷的计算容量，即： （2-4）1号变压器选择 1号移变压器拟向上山绞车，照明，负荷计算容量为：选用1台KSJ-180/6/0.4变压器用于上山绞车及照明供电，变压器技术数据见表2-2。表22 变压器技术数据型号额定电压（V）额定容

11、量Se(KVA)阻抗电压（）损耗（W）线圈阻抗（）重量（KG）参考价格 /元一次二次UdUrUx空载短路RXKSJ-180/6/0.460004001804.52.273.8883030700.02670.04612004万2号变压器选择2号变压器拟向2个炮采面1个掘进面供电，负荷计算容量为：0.286+ 0.7140.286+ 0.7140.41=45.94KVA选用1台KSJ-100/6/0.693变压器用于2个炮采面1个掘进面供电，变压器技术数据见表2-3。表23 变压器技术数据型号额定电压（V）额定容量Se(KVA)阻抗电压（）损耗（W）线圈阻抗（）重量（KG）参考价格 /元一次二次U

12、dUrUx空载短路RXKSJ-100/6/0.69360006601004.52.53.7449018750.1590.2369503.1万3号变压器的选择3号变压器拟向6台局部扇风机供电，负荷计算容量为：0.286+ 0.7140.286+ 0.7140.405= 12.15KVA选用1台KSJ-50/6/0.693变压器用于局部扇风机，变压器技术数据见2-4。表24 变压器技术数据型号额定电压（V）额定容量Se(KVA)阻抗电压（）损耗（W）线圈阻抗（）重量（KG）参考价格 /元一次二次UdUrUx空载短路RXKSJ-50/6/0.6936000660504.52.833.54250850

13、0.4460.5626502.5万3 供电系统的拟定本采区一共有2个炮采工作面，1个掘进工作面及一个绞车硐室，设立4个配电点，2个炮采工作面各一个配电点，掘进工作面一个配电点，绞车硐室一个配电点。拟定原则： 在保证供电安全可靠的前提下，力求减少电缆的根数和长度，尽量避免回头供电；功率相对较大，宜采用单独电缆供电。 工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式线路供电工作面配电点最大容量电动机用的起动器应靠近配电点进线，以减少起动器间连接电缆的截面。 低沼气矿井、掘进工作面与回采工作面的电气设备应分开供电，局部扇风机实行风电沼气闭锁，沼气喷出区域、高压沼气矿井、煤与沼气突出矿井中，所有掘进工作面的局扇机

14、械装设三专（专用变压器、专用开关、专用线路）二闭锁设施即风、电、沼气闭锁。 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。 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。 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，且变压器最好不并联运行。 由工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电，上山及顺槽的输送机宜采用干线式供电；供电线路应走最短的路线，并尽量避免回头供电。 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。 瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中

15、，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。 局部通风机与掘进工作面的电气设备，必须装有风电闭锁装置。瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中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 高压电缆的选择4.1 高压电缆选择原则（1）向采区变电所供电的高压电缆，可以采用铝芯电缆，其他地点必须采用铜芯电缆，井下严禁使用铝包电缆，电缆应带有供保护接地用的足够的截面的导体。其主芯线截面的确定，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

16、校验，按电缆线路电源端最大三相短路电流校验热稳定。1）按经济电流密度选电缆截面 按经济电流密度选择电缆主截面： （4-1）式中：-经济截面， ；-正常运行时，通过电缆的最大长时负荷电流，当两条电缆并联运行时应考虑一条线路故障时的最大负荷电流，A；-经济电流密度，A/，经济电流密度取2.25；2）按长时允许负荷电流校验 由于运行中电缆的电流超过长期允许电流时，电缆芯线的电阻产生的热量就会超过允许值，加速绝缘老化，从而造成漏电或短路事故。通常电缆允许电流是以环境温度25、最高允许工作温度65时的值确定的，当环境温度不等于25时，应乘以修正系数，不同环境温度下的电缆载流量修正系数见表4-1：表4-1

17、 不同环境温度下的电缆载流量修正系数电缆芯线实际工作温度/51015202530354045修正系数1.221.171.121.061.00.940.870.790.71供电线路工作最大长时负荷电流的计算如下，向一台变压器供电时，取变电器一次侧额定电流： （4-2）式中：-变压器额定容量，kVA；-变压器高压侧额定电压，V；-变压器高压侧额定电流，A；向两台变压器供电时，最大长时负荷电流为两台电压器高压侧额定电流之和，即： + （4-3） （4-4）式中： -折算至电压器高压侧最大长时负荷电流，A；-由移变压器供电的各用电设备额定功率总和，kW；-用电设备额定电压，V；-变压器的变化； -用电

18、负荷加权平均功率因数。3）按短路电流热稳定校验电缆截面 为确保最大短路电流通过时电缆绝缘受热不被老化，高压电缆所选主芯线截面应大于等于最小热稳定截面的要求。最小热稳定截面计算如下。 （4-5） （4-6）式中： -电缆的最小热稳截面，；-通过电缆的最大短路电流，A；-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0.25秒。C-电缆芯线热稳定系数，见表4-2。表4-2 10kV及以下电缆的热稳定系数芯线绝缘材料短路允许温度/铝线铜线120150200120150200230橡胶聚乙烯交联聚乙烯7563538770100871009580120100145141注：电缆线路中间有压接

19、接头时，最高允许温度为150，锅焊接头时为120。4） 按允许电压损失校验电缆截面 电压损失是指线路首末两端电压的数值差，用表示。对于10kV及以下高压电缆线路电压损失率，我国规定的标准为7%，在计算电压损失时，其长度应从地面变电所至移动变电站进线处。电压损失计算公式为： ()100% （4-7）式中： -电缆线路电压损失率，%；-通过电流的最大长时工作电流，A；-分别为电缆所带负荷的功率因数和对应的正切值；P-负荷有功功率，W；-电缆线路的额定电压，V；-电缆长度，km；,-分别为电缆线路单位长度的电阻和阻抗 ，可由表4-3求取。表4-3 矿用1kV橡套电缆单位长度电阻和阻抗 单位：相阻抗电

20、缆型号截面 /2.546101625355070电阻MZ、MZPMY、UMC、MCP8.835.394.663.131.831.851.161.250.7320.7940.5220.5790.3800.4160.267电抗0.1010.0950.0920.0900.0880.0840.081注：表中的数值为20时的值，换算到65的电阻值为1.184.2 高压电缆计算按照上述的计算方法，选择采区变电所高压电缆，计算如下所示：(1) 按经济电流密度选择主截面计算采区变电所总负荷电流为式中：-采区工作面所有用电设备额定功率之和；-需用系数，=0.286+ 0.714=0.286+ 0.714=0.6

21、39；-加权平均功率因数，取0.60； 取电力电缆经济电流密度=2.25A/ ，则：选型号为VV-6-316高压电缆，长度L=800m。(2) 按长时最大允许负荷电流校验，查表得VV-6-316型电缆的长时最大允许负荷电流73A,满足要求。(3) 按热稳定条件校验电缆截面，电缆首段三相最大短路电流：=4588mm16mm满足热稳定要求。(4) 按允许电压损失校验电缆截面查表得VV-6-316型电缆r=1.16/km，x=0.09/km。取负荷的功率因数，,。=0.63%7%所选VV-6-316型电缆能够满足供电的要求。1号变压器高压电缆选择(1) 按经济电流密度选择主截面计算1号变压器总负荷电

22、流为：= =12.32A式中：-采区工作面所有用电设备额定功率之和；-需用系数，=0.99；-加权平均功率因数，取0.86； 取电力电缆经济电流密度=2.25A/ ，则：=5.48选型号为VV-6-316高压电缆，长度L=6m(2) 按长时最大允许负荷电流校验 查表得VV-6-316型电缆的长时最大允许负荷电流73A,满足要求。经效验各项均满足要求。2号变压器高压电缆选择(1) 按经济电流密度选择主截面计算2号变压器总负荷电流为：= =4.76A式中：-采区工作面所有用电设备额定功率之和；-需用系数，=0.41；-加权平均功率因数，取0.65； 取电力电缆经济电流密度=2.25A/ ，则：=2

23、.12选型号为VV-6-316高压电缆，长度L=8m。(2) 按长时最大允许负荷电流校验查表得VV-6-316型电缆的长时最大允许负荷电流73A,满足要求。经效验各项均满足要求。3号变压器高压电缆选择(1) 按经济电流密度选择主截面计算3号变压器总负荷电流为= =1.17A式中：-采区工作面所有用电设备额定功率之和；-需用系数，=0.405；-加权平均功率因数，取0.80； 取电力电缆经济电流密度=2.25A/，则：=0.52选型号为VV-6-310高压电缆，长度L=10m。(2) 按长时最大允许负荷电流校验，查表得VV-6-316型电缆的长时最大允许负荷电流50A,满足要求。经效验各项均满足

24、要求。5 低压电缆的选择5.1 电缆的选择原则(1) 按煤矿安全规程要求，选择煤矿用阻燃电缆。(2) 电缆的电压等级必须大于或等于电网的实际工作电压。(3) 电缆实际运行电流必须小于或等于电缆允许的载流量。(4) 正常运行时电缆网络的实际电压损失必须小于或等于允许的电压损失，不超过7%。(5)距电源最远、容量最大的电动机启动时，应保证电动机端电压不低于该设备允许的最小启动电压和保证电磁启动器有足够的吸合电压。(6) 电缆应满足机械强度的要求。(7) 在电缆线路发生短路故障时应满足热稳定性的要求。对不同用电设备要求：电缆机械强度的允许截面见表5-1。表5-1 井下机电设备满足按机械强度要求的电缆

25、最小截面用 电 设 备 名 称要求最小截面/各种采煤机带式输送机、刮板输送机和转载机小功率刮板输送机安全回柱绞车、装岩机调度绞车、照明干线手持式煤电站50952550102516254646表5-2 各电缆截面的长时允许电流IP值主芯线截面mm24610162535507095长期允许电流A364664851131731982152605.2 上山绞车低压电缆选择（1）按长时最大工作电流选择，对于电缆向一台电动机供电时，流过电缆的长时最大工作电流为电动机的额定电流=121A式中：-线路长时最大工作电流，A:-电动机的额定电流，A，查表的=121A: (2)电缆主芯线截面的选择，选择要求为 （5

26、-1）式中：K-不同环境温度修正系数；-环境温度为25时，电缆长时允许负荷电流，A；按强度和长期允许通过电流查表5-1,5-2，选用U-1000-335+110，长度L=80m。按允许电压损失效验电缆主截面表5-3 煤矿井下不同电网电压下正常与最大允许电压损失值见额定电压/V变压器副边额定电压/V正常运行时电动机负偏移5%/V个别情况下电动机最大负偏移10%/V电动机运行最小端电压允许电压损失电动机运行最小端电压允许电压损失12738066011403300133400693120034651213616271083313512396311733011434259410262970195899

27、174495采区低压电网电压损失分布如下图所示。总电压损失通常由三部分组成，即变压器电压损失、供电干线电压损失、支线电压损失。线路实际总电压损失应小于或等于允许电压损失，即 （5-2）1）电缆支线电缆电压损失，支线电缆电压损失为 （5-3）式中：-支线电缆电压损失，V；-支线电缆工作电流，通常取电动机的额定电流，A；-支线电缆电阻，电抗值，；-电动机的功率因数，取电动机额定功率因数；-功率因数角对应的正弦值。2）变压器电压损失，变压器的电压器损失与计算电缆线路的电压损失相同，只是由于变压器绕组的电抗较大，不能忽略，按式计算： （5-4）式中：-变压器的电压损失，V；-电压器的负荷电流，A;按计

28、算负荷求值；-电压器的功率因数，取所带负荷的加权平均功率因数；-功率因数家偶的正弦值；-分别是变压器每相绕组的电阻、电阻值，。3）干线电缆电压损失计算，为了便于计算，干线允许电压损失是在选择了供电距离最远，负荷最大支线电缆，并在计算出奇电压损失和变压器的电压损失的基础上求的，由此值计算选择干线电缆的截面。干线上允许的电压损失为 （5-5）满足电压损失要求的干线电缆计算截面为 （5-6）式中：-干线电缆允许电压损失，V；-干线电缆供电的所有电动机额定功率，KW；-变压器所带负荷的需用系数；-干线电缆的长度，m；-电缆材料的电导系数m/()，对铜芯软电缆取42.5（芯线温度为65）；-干线电缆截面

29、，mm。选择大于或等于计算的标称截面的煤矿用阻燃型橡套电缆。（4）按启动条件效验电缆主截面 鼠笼型电动机，其启动电流可达47倍额定电流，对于大容量的电动机启动时照成较大的电压损失，当电压损失超过规定值时，将使电动机因端电压过低而无法启动，根据煤矿井下供电设计技术规定，被启动条件效验电缆主截面以工作面容量最大，供电距离最远的电动机在启动，其他工作过机械在正常工作为条件，对正在启动时的电动机端电压不低于额定电压的75%进行效验。启动时允许电压损失 大容量电动机启动时，线路允许电压损失为： （5-7）电气设备语允许最小启动电压为：= （5-8）当电网电压为660V时，启动时的允许电压损失=198V，

30、最小允许启动电压为495V：电网电压为380V，启动时的允许电压损失=115V，最小允许启动电压为285V。对上山绞车U-1000-335+110，长度L=80m的低压电缆进行效验。1）按电压损失效验电缆电压损失计算： = =8.86V变压器电压损失： = =6.88V总电压损失=8.86V+6.88V=15.74V39V 满足要求。2）按启动条件效验查表可得启动电流为是额定工作电流的2倍故总的电压损失为额定工作电压损失的2倍，启动时电压损失为15.742=31.48A1.5D62010167D2918.8（4）KSJ-100/6/0.693变压器中个开关的整定见下表6-4表6-4 KSJ-100/6/0.693变压器中个开关的整定序号开关型号保护方式整定值备注1DW80-200过电流继电器2002DW80-200过电流继电器1003DW80-200过电流继电器1204DW80-200