论采区供电设计.doc

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1、中国矿业大学成人教育学院2009届毕业设计（论文）毕业设计论文设计题目： 采区供电设计 学校： 班级： 姓名： 指导： 提交日期:2011年 月 日 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、煤矿井下供电设计指导、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

2、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。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； 井下保护目 录摘要-7设计原始资料-8第一章 采区变电所变压器的选择-9一 采区负荷计算-9二 变压器容量计算-10三 变压器的型号、容

3、量、台数的确定-10第二章 采区变电所及工作面配电点位置的确定-11一 采区变电所位置-11二 工作面配电点的位置-11第三章 采区供电系统的确定-12一 供电系统的拟定原则-12二 按照采区供电系统的拟定原则确定供电系统图-12第四章 采区低压电缆的选择-14一 电缆长度的确定-14二 电缆型号的确定-14三 电缆选择原则-14四 电缆截面的选择-14五 采区电缆热稳定校验-19第五章 采区高压电缆的选择-22一 选择原则-22二 选择步骤-22第六章 采区低压控制电器的选择-24一 低压控制电器的选择-24二 开关选择结果-24第七章 低压保护装置选择与整定- 26一 保护装置整定细则-2

4、6二 保护装置的整定与校验-26第八章 高压配电箱的选择与整定-31一 高压配电箱的选择原则 -31二 高压配电箱的选择-31三 高压配电箱的整定与灵敏度校验-32第九章 静下漏电保护装置的选择与整定-33一 井下漏电保护装置的作用-33二 漏电保护装置的选择-33三 井下漏电保护装置的要求-33四 井下漏电保护装置的整定-33第十章 井下保护接地系统-35设计总结-37设计参考资料-371 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

5、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 采区资料1.2.1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。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

6、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，

7、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-81166014.5870.840.885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

8、-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 =Pe1KdeKs / 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cosW

9、m =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 =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

10、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

11、，+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2-3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

12、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

13、：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+1524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

14、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拟定采区供电系统，就是确定变电所内高低压开关、输电线路及控制开关的数量。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

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、,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=0.36660/100=24V根据计算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

21、.4.3.2.变压器电压损失为：UB% =(Ur%cospj+Ux%sinpj)= 0.54(0.850.7+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

22、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根据计算变压器电压损失为；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380V系统：Ugy =U2NT-0.95UN=690-0.95660=63V对于380V系统：Ugy =U2NT-0.95UN=1200

23、-0.951140=117V因为 UN =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=42.5mm2；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；根据计算选择干线电缆为U-100

24、0 316 +110 600m；但考虑到尽可能提高供电质量，选用U-1000 325 +110 600m的电缆；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%=11115010-30.327=0.54UZ =UZ%Ue/100=0.054660/100=3.564V2) .干线电缆允许电压损失为：Ugy =UY-UZ-UB=63-3.564-23.56=35.876V3) .干线电缆截面确定：Agy = KxPeLgy/(UerUgypj)=0.732.40.7

25、/(66042.535.8760.8)=19.7mm2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 325+110 700m(3) +50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KSJ 2-75/6 型变压器, 查设指表2-2得, Ur%=2.5,Ux%=3.74；变压器的电压损失为：UT%=(ST/Se)(Ur%cospj+Ux%sinpj) =(74.13/75)(2.50.6+3.740.8) =4.44 UT =UT%U2e/100 =4.44400/100 =17.76V支线电缆允许电压损失：Ugy=UY-UB=39-17.76=21.24V支线电缆截面确定：Agy = KxPeLgy/(UerUgypj)=0.71100.08/(38042.521.240.8)=10.5mm2根据计算选用ZQP20-1000 325 80m 型电缆.