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1、中国矿业大学2013届本科毕业设计（论文）附本题 目 红旗煤矿采区供电设计 所 在 系 专业班级 姓 名 指导教师 教务处制红旗煤矿一般机械化采区供电系统设计Red flag general mechanization mining area power supply system design 毕业设计（论文）共41页完成日期：2013年5月2日答辩日期：2013年月日摘要本论文是针对兴为煤矿采区的地质条件，采煤方法，巷道布置以及采区机电设备容量，分布等情况而设计的采区供电系统和采区设备布置案。 随着生产规模的扩大和新煤层的勘探，为了满足生产发展的需要，根据新采区的实际情况,对其所需设备及供
2、电线路等进行设计，本设计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：采区供电;设备选择;负荷计算;供电系统;矿井供电技术；矿山供电1设计原始资料1.1全矿概貌1、地质储量1527.56万吨；2、矿井生产能力：设计能力50万t/年，实际数51万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
3、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 采区资料1、采区巷道及其设备布置：采区布置及机械配备平面图，采区布置剖面图。本矿井属低沼气矿井，采区倾角2328，采区内分4个区段，区段斜长平均为42m，工作面长150m，采区煤层与北走向，南翼的走向长35m,北翼的走向长50m。2、采煤方法：一般采用长壁后退式采煤方法，以炮采为主。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。4、煤炭运输系统： 工作面落煤经溜槽到1T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
4、提到地面。5、采区通风：新鲜风流由230副斜井进风130运输大巷轨道下山采区工作面采区回风巷人行上山330回风平峒通风机房。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电压，主要设备见采区负荷统计表。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JT1600/12241106601212420.860.931电动翻车器J02-5.5-65.56606.639.6照明1.2127煤电钻MZ2-121.21
5、279540.790.7952回柱绞车JB3160M-81166014.5870.840.8852喷浆机YB112M-45.56607.1460.800.851局部扇风机BKY60-5.55.56606.3440.800.856耙斗装岩机P-15B1166012.173.60.820.8412 采区变电所及工作面配电点位置的确定2.1采区变电所位置确定原则根据采区变电所位置确定原则，采区变电所位置决定于低压供电电压供电距离采煤方法及其采区巷道布置方式，采煤机械化程度和机械组容量大小等因素确定。根据机械化工作面采煤机组功率大供电距离比其他机械设备远，且启动频繁重载起动等特点，供电电压的最大供电范
6、围，主要由工作面输送机和采煤机组主电动机起动时，允许电压损失确定的。要保证机组起动时，有足够起动力矩，同时也要保证机组控制开关在主动电动机起动时有足够吸合能力。2.2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：50中央变电所人行下山-130采区变电所50水平绞车峒室；P2配电点：-130采区变电所-130水平中间运输巷掘进配电点；P3配电点：-130采区变电所-150水平运输巷掘进配电点；P4配电点：-130采区变电所-130米水平采区配电点；P5配电点：-130
7、采区变电所-160米水平采区配电点；2.3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-81166014.5870.840.8
8、85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
9、设备的计算负荷。一组用电设备的计算负荷容量为下式：S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，求得: 由于该采取为炮采工作面用电设备的需用系数K可上式计算。 0.286+ 0.714式中 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2-3：表2-3 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
10、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 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0.60.70.750.80.70.83 变压器的选择3.1选择原则在各级电压等级的变电所中,变压器是主要电气设备之一,担负着变换网络电压、进行电力传输的重要任务,确定
11、合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。如果变压器容量选择得过大，不仅使设备投资费用增加，而且变压器的空载损耗也将过大，促使供电系统中的功率因素值减小，如果变压器容量选择的过小，在长期过负荷运行情况下，铜损耗将增大，使线圈过热而加速老化，缩短变压器寿命，既不安全也不经济。3.2变压器的型号、容量、台数的确定采区变电所变压器在一般情况下是按计算容量选设，不留备用量。其原因是为了尽力减少变电所硐室开拓量，降低供电成本。但是，若采区变电所的供电负荷中有一级负荷（如采区内分区水泵等）时，则变压器台数不得少于两台，以便保证供电的可靠性。根据机械设备位置、功率电压及供电情况把用电设备分成
12、三组。具体的分组情况见下表3-1、表3-2、表3-1 1号电压器供电设备设备名称台数电动机型号额定容量Pe（KW）额定电压/V额定电流/A额定功率因数上山绞车JT1600/12241106601210.86电动翻车器2J02-5.5-65.56606.6照明1.2127煤电钻4MZ2-121.212790.79回柱绞车2JB3160M-81166014.50.84喷浆机2YB112M-45.56607.10.80耙斗装岩机2P-15B1166012.10.82表3-2 2号电压器供电设备表设备名称台数电动机型号额定容量Pe（KW）额定电压/V额定电流/A额定功率因数局部扇风机8BKY60-5.
13、546604.70.803.3变压器容量计算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。为保证供电质量和安全，根据采区巷道布置，按需用系数法计算变压器容量和台数。根据SteSt原则，选T1型号为 KSJ2-75/6 变压器一台，T2选型号为KSJ2-135/6变压器一台变压器的额定容量应大于等于一组负荷的计算容量，即 一号变压器的选择：一号移变压器拟向上山绞车、电动翻车器、照明、煤电钻、回柱绞车、喷浆机和耙斗装岩机，负荷计算容量为：=111.20.41/0.6=74.13KVA式中： 加权平均功率因素，根
14、据煤矿井下供电设计指导P5表3-3查倾斜炮采工作面，取；需要系数，取；采区重合系数，分别取；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=111.2kw选用1台KSJ2-75/6变压器用于上山绞车、电动翻车器、照明、煤电钻、回柱绞车、喷浆机和耙斗装岩机二号变压器的选择：二号变压器拟向1个炮采面1个掘进面供电，负荷计算容量为：ST2 =Pe2KxKc/cospj=143.80.50.9/0.6=107.848KVA式中： cospj 加权平均功率因素，取cospj =0.6；Kx需要系数，取Kx=0.4；Pe2由-130水平采区变电所供电的所有电动机额定容量之和；P
15、e2(5.5+5.52+11+4+8+5.52+11+1.22+8)2=143.8kw表3-3变压器技术数据型号额定容量Se(KVA)阻抗电压（）损耗（W）线圈阻抗（）重量（KG）参考价格（元）UdUrUx空载短路RXKSJ2-75/6754.52.503.7449018750.1590.2368152.8万KSJ2-135/61354.52.273.8883030700.08010.13710703.4万4 采区供电系统的拟定4.1拟定原则拟定采区供电系统，就是确定变电所内高、低压开关和输电线路及控制开关的数量。在拟定供电系统时，应考虑以下原则：(1)在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的开
16、关、起动器和电缆等设备最少；(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。(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)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，但应注意回采工作面（机采除外）、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；(5)大容量设备的起动器应靠近配电点
17、的进线端，以减小起动器间电缆的截面；(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；(7)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，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；(8)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。(9)局部通风机无论在工作或交接班时，都不
18、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；(10)采区变电所、上山绞车房、装车站应设照明灯。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A15 高压电缆的选择5.1选择原则（1） 固定敷设的高压电缆应选用凯装电缆。立井井筒或倾角45及其以上的井巷内，应采用钢丝凯装电缆；水平或倾角45以下的井巷内，应采用钢丝凯装电缆。（2） 在进风斜井、井底车场及附近、中央变电所至采取变电所的电缆可采用铝芯电缆，其他地点必须采用铜芯电缆。（3） 移动变电站必须采用监视
19、型屏蔽橡套电缆。（4） 井下严禁使用铝包电缆。（5） 电缆应带有供电保护接地用的足够的截面的导体。（6） 硐室内和木支架的井巷中敷设的电缆，不得使用麻外包裹电缆。（7） 电缆敷设水平差应对橡套电缆、塑料电缆和纸绝缘不滴流电缆敷设高差不受限制。（8） 其主芯线截面的确定，按长时允许负荷电流校验，按允许电压损失校验，按电缆线路电源端最大三相短路电流校验热稳定。（9） 按系统最大运行方式时发生的三相短路电流校验电缆的热稳定性，一般在电缆首端选定短路点。井下主变电所馈出线的最小截面，如果采用的铝芯电缆时，应该不小于50mm2 。5.2选择步骤1、按经济电流密度选电缆截面：（1）按经济电流密度选择电缆主
20、截面式中： A经济截面，In电缆中正常负荷时持续电流，In=SB1/(Ue) =74.13/( 6) =7.2A。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；n同时工作的电缆根数，n=1；J经济电流密度，A/mm2,取J=1.73Amm2；2 按长时允许负荷电流校验，电缆短路时的热稳定条件检验电缆截面,取短路点在电缆首端。校验方法：按持续允许电流校验电缆截面： KIP=(55.875167.5)10AIa=7.2A式中： IP环境温度为25度时电缆允许载流量,取IP=125；K环境温度不同时载流量的校正系数, Ia持续工作电流, Ia=
21、SB1/(Ue) =74.13/(6) =7.2A ；电缆短路时的热稳定条件检验电缆截面,取短路点在电缆首端,取井下主变电所容量为50MVA,则Id（3） = Sd/(Up) Amin = (Id（3）)/C式中： Amin电缆最小截面, mm2；Id（3）主变电所母线最大运行方式时的短路电流,A；tj短路电流作用假想时间,S；对井下开关取0.25S；C 热稳定系数,取C=90；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
22、正系数，不同环境温度下的电缆载流量修正系数见表5-1：表5-1 不同环境温度下的电缆载流量修正系数4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式中 电压器额定容量，kVA； 电压器高压侧额定电压，V； 变压器高压侧额定电流，A；向两台电压器供电时，最大长时负荷电流为两台电压器高压侧额定电流 + 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
23、化； 用电负荷加权平均功率因数。3 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：U% =KPL /1000式中： U%电缆电缆中电压损失的百分数；K兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失百分数,取6KV铝芯电缆兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失K=2.498；PL电缆输送的有功功率； ()100% 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
24、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5-3求取。 表5-3 矿用1kV橡套电缆单位长度电阻和阻抗5 单位：相阻抗电缆型号截面 /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1.185.3高压电缆计算1、按经济电流密度选择电缆截面:A1 =In/nJ=7.2/11.73 =
25、4.2mm2式中： A电缆的计算截面, mm2；In电缆中正常负荷时持续电流，In=SB1/(Ue) =74.13/( 6) =7.2A；n同时工作的电缆根数，n=1；J经济电流密度，A/mm2,取J=1.73Amm2；A2 =In/nJ=13.84/11.73 =7.92 mm2式中： In电缆中正常负荷时持续电流，In=SB2/(Ue) =143.8/( 6) =13.84A；取电缆型号为：L1：ZLQP20-6000 350；L2：ZLQP20-6000 370。2、校验方法：（1）、按持续允许电流校验电缆截面： KIP=(55.875167.5)10AIa=7.2A式中： IP环境温度
26、为25度时电缆允许载流量,取IP=125；K环境温度不同时载流量的校正系数,取：0.447K1.34；Ia持续工作电流, Ia= SB1/(Ue) =74.13/(6) =7.2A ；KIP=(55.875167.5)Ia,符合要求。 (2)、按电压损失校验电缆截面：U% =KPL/1000 =2.498111.20.3/1000 =0.08%457.26V，所以检验结果电缆满足了起动条件。7 采区电气设备的选择7.1采区高压配电箱的选择采区高压配电箱的选择原则：（1） 根据煤矿安全规程规定，矿用一般高压配电箱适用于煤（岩）与沼气突出的矿井井底主要变电所及主要进风巷道中，作为配电开关或控制保护高压电动机及变压器用。（2） 选用高压开关时，除考虑使用场合
