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煤矿供电系统设计

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摘要

本设计为煤矿采区供电设计。

从实际出发进行系统分析，除满足一般设计规程及规范要求外，还满足《煤矿安全规程》的具体要求和标准。

本设计变压器选用矿用隔爆型干式变压器和矿用隔爆型移动变电站；高压开关与低压馈电开关都选用具有技术先进的智能化综合保护装置的高压防爆真空开关和低压矿用隔爆型真空馈电开关，各种设备的开关选用矿用隔爆型真空起动器。

高压铠装电缆选用交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套电力电缆。

通过短路电流、开关继电保护整定的计算和保护接地的确定，使其设计可靠性高、功能完善、组合灵活，以及功耗低，保证采区供电安全、经济、高效平稳运行。

关键词：

供电设计　选用变压器开关　电缆

摘要I

1　采区供电设计的原始资料1

1.1　采区地质概况1

1.2　采煤方法1

1.3　采区排水1

1.4　采区设备及材料的运输1

1.5　煤炭的运输1

1.6　采区压气系统2

1.7　采区通风系统2

2　采区供电系统及变电所位置的确定3

2.1　变电所位置的确定3

2.2　电压等级的确定3

2.3　采区负荷计算及变压器、变电站容量、台数的确定3

2.3.1　向临时施工的普掘I工作面供电变压器确定3

2.3.2　向普掘II工作面供电的变压器（变电站）确定4

2.3.3　向煤仓供电的变压器确定4

2.3.4　向综采工作面供电的变压器（变电站）确定5

2.3.5　向采煤生产准备面设备供电变电站确定7

2.3.6　向采区主提升绞车等设备供电变压器确定8

2.3.7　专用风机变压器的选择确定8

2.4　采区变电所供电系统的确定8

3　采区的设备选型11

3.1　低压电缆的选择计算11

3.1.1　电缆的选择原则11

3.1.2　电缆型号的确定11

3.1.3　电缆长度的确定12

3.1.4　低压电缆截面的选择计算13

3.2　高压电缆的选择计算23

3.2.1　电缆型号与长度的确定23

3.2.2　电缆截面的选择与校验23

3.3　采区高、低压开关的选择28

3.4　低压电网的短路电流计算28

3.5　高、低开关的继电保护整定计算30

3.6　采区的保护接地33

4结论36

致谢………………………………………………………………………..36参考文献………………………………………………………………………37

1　采区供电设计的原始资料

1.1　采区地质概况

南二下延采区，北起F71断层，南到F70号断层，东起DF02断层，西为-700水平，走向约300米倾斜东西宽约1000米，该采区可采煤层有：

16#、17#、18#煤层，每个煤层可布置一个倾斜长壁回采工作面。

其中17#煤层最厚，平均厚度为3.76米。

1.2　采煤方法

由于该采区走向长度短，倾向长度长，煤层平均倾角19°，采用走向长壁后退式采煤方法，煤层被划分多个块段，煤柱损失量大、工作面搬家频繁、效率低，所以三个工作面均采用倾向长壁后退式采煤方法，采煤方式为综合机械化采煤，但区别在于采用的工作面机械设备不同。

1.3　采区排水

根据南二上采区及南二下延采区的水文观测，并参照公式Q=FqF，推断本采区的正常涌水量为60~80m3/h，最大为100~120m3/h。

由于该采区为上山采区，该采区的自然涌水及生产过程中的废水自然流向南二下采区-700，再由-700集中排水泵排往南翼-500大巷，所以该设计中可以不考虑采区排水的用电负荷。

1.4　采区设备及材料的运输

该采区的三个采煤工作面及初期巷道掘进所需的设备、生产材料等的运输路线：

副井口→-500石门→南翼采区运输大巷→南二下延采区提升上山→各煤层工作面下料道→采掘工作面。

1.5　煤炭的运输

工作面采煤机落煤→工作面运输机→工作面转载机→工作面上山皮带

→南二下延煤仓→三吨底卸式矿车→主井底煤仓→主井箕斗→地面煤仓。

1.6　采区压气系统

由于文该采区煤炭覆存量少，采区服务年限短，所以该采区不安设压风机房，采区掘进用风由南翼压风机房提供，所以该采区供电设计不考虑压风系统负荷。

1.7　采区通风系统

该采区虽然服务年限短，但采区生产能力大。

采区用风采用轨道上山兼做主要入风道，采区乏风由采区回风上山排入南翼采区主排风道。

各工作面的通风线路：

-500南翼大巷→下延采区提升上山→各煤层工作面皮带道→各煤层工作面→各工作面下料道→-375车场及风道→南四回风道→南二回风上山→主井。

2　采区供电系统及变电所位置的确定

2.1　变电所位置的确定

根据《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范》的要求，结合该采区实际的地质条件在该采区提升机房右侧设一处采区变电所，并且与提升机房相连通。

2.2　电压等级的确定

根据2007版《煤矿安全规程》的要求和现有采、掘工作面设备技术水平确定：

变电所高压及采、掘工作面移动变电站电源侧电压为6000V；综采工作面机电设备及掘进综掘机的电压为1140V（其中：

17#层采煤工作面采用MG400/940-WD型采煤机和SGZ-800/2*400型刮板运输机，电压等级为3300V），电源取自工作面移动变电站；掘进工作面设备及采煤工作面的生产辅助设备电源电压为660V，电源取自变电所低压变压器或工作面移动变电站；各工作面的煤电钻、信号及照明电压为127V。

2.3　采区负荷计算及变压器、变电站容量、台数的确定

按工程设计采区为四个同时施工的掘进工作面，其中在采区上部临时施工的两个掘进工作面设备由该变电所供电，另外两个沿煤上山掘进皮带道和下料道的工作面设备由-700变电所供电，该设计中不做计算说明。

该采区同时只有一个生产工作面，另有一个采煤生产准备面。

设计时依据采区最大生产负荷时期（17#煤层采煤工作面生产时期）确定变压器、变电站的容量和台数。

2.3.1　向临时施工的普掘I工作面供电变压器确定

由于该工作面设备少，负荷容量小，采用变电所低压变压器器供电。

=56.63KVA

式中：

——变压器计算容量，KVA；

——由变压器供电的设备的需用系数,

=0.4539；

——由变电所供电的设备额定功率之和，KW；

=106.3KW（查负荷统计表见表2-1）

——变压器供电的设备加权平均功率因数。

根据以上计算，选用KBSG-315/6型变压器满足要求，电压为660V。

2.3.2　向普掘II工作面供电的变压器（变电站）确定

该巷道施工距离长运输设备多负荷大，施工地点距变电所远，采用移动变电站向工作面设备供电。

=206.1KVA

式中：

=0.529

=327.5KW（查负荷统计表见表2-1）

根据以上计算，选用KSGZY-315/6型移动变电站满足要求，电压为660V。

2.3.3　向煤仓供电的变压器确定

=61.8KVA

式中：

由于变电站仅向一台设备供电，=1

=55KW（查负荷统计表见表2-1）监测电源的负荷容量忽略不计。

根据以上计算，并考虑电站对线路最远端的短路保护和现有设备来源，选用KBSG-315/6型变压器，满足要求，电压为1140V。

2.3.4　向综采工作面供电的变压器（变电站）确定

由于综采工作面设备分布广、设备多、容量大、电压等级多样，故采用多台移动变电站、变压器向工作面设备供电。

（1）、带一台皮带的变压器：

=172.41KVA

式中：

由于变压器仅向一台设备供电，=1；

=150KW（查负荷统计表见表2-1）

根据以上计算，选用KBSG-315/6型变压器满足要求，电压为660V。

（2）、带二台皮带的变电站：

=459.77KVA

式中：

由于变电站仅向一台设备供电，=1

=400KW（查负荷统计表见表2-1）

根据以上计算，并考虑大功率设备的起动要求，选用KSGZY-630/6型移动电站满足要求，电压为1140V。

（3）、带三台皮带的变电站：

同理，带第三台皮带的移动变电站也选用KSGZY-630/6型移动变电站满足要求，电压为1140V。

（4）、带皮带道下半部分设备的变电站：

由于初采时工作面距离变电所较远，超过1000米，考虑到最远端设备及电缆的短路保护，在皮带道中部设置一台移动变电站。

=79.64KVA

式中：

=0.494

=138KW（查负荷统计表见表2-1）

根据以上计算，选用KSGZY-315/6型移动变电站满足要求，电压等级为660V。

（5）、带破碎机及乳化泵的变电站：

=342.52KVA

式中：

=0.733

=400KW（查负荷统计表见表2-1）

根据以上计算，选用KSGZY-630/6型移动变电站满足要求，电压等级为1140V。

（6）、带转载机及乳化泵的变电站：

=562.06KVA

式中：

=0.8

=600KW（查负荷统计表见表2-1）

根据以上计算，并考虑大功率设备的起动要求，选用KSGZY-800/6型移动变电站满足要求，电压等级为1140V。

（7）、带机组的变电站：

=1093KVA

式中：

由于变电站仅向一台设备供电，=1

=940KW（查负荷统计表见表2-1）

根据以上计算，并考虑大功率设备的起动要求和现有设备情况，选用KSGZY-1600/6型移动变电站满足要求，电压为3300V。

（8）、带工作面运输机的变电站：

=941KVA

式中：

由于变电站仅向一台设备供电，=1

=800KW（查负荷统计表见表2-1）

根据以上计算，并考虑大功率设备的起动要求和现有设备情况，选用KSGZY-1600/6型移动变电站满足要求，电压为3300V。

（9）、向工作面下料道及皮带道上部设备供电变压器确定：

由变电所低压变压器供给。

=168.88KVA

式中：

=0.428

=327.5KW（查负荷统计表见表2-1）

根据以上计算，选用KBSG-315/6型变压器满足要求，电压为660V。

2.3.5　向采煤生产准备面设备供电变电站确定

=183.75KVA

式中：

=0.44

=277.5KW（查负荷统计表见表2-1）

根据以上计算，选用KBSGZY-315/6型变压器满足要求，电压为660V。

2.3.6　向采区主提升绞车等设备供电变压器确定

=390.24KVA

式中：

由于变电站仅向一台设备供电，=1

=320KW（查负荷统计见表2-1）

根据以上计算，并考虑大功率设备的起动要求和变电所液压站、照明等设备的负荷，选用KBSG-500/6型变压器满足要求，电压为660V。

2.3.7　专用风机变压器的选择确定

根据《煤矿安全规程》要求，全煤掘进的掘进工作面必须安设双风机，专用风机必须由专用变压器、专用开关、专用线路供电。

=29.54KVA

根据以上计算，并考虑变压器对线路最远端的短路保护和现有设备来源，选用KBSG-315/6型变压器满足要求，电压为660V。

2.4　采区变电所供电系统的确定

按照采区供电系统拟定原则确定采区供电系统。

根据《煤矿安全规程》要求、采区设备统计及上述计算过程，确定变电所为双电源供电，高压电缆沿南三主运巷向下延采区回风上山铺设。

采区设备负荷平均分配在两段上，具体配置见采区供电系统图。

表1-1负荷统计表

表1-2

3　采区的设备选型

3.1　低压电缆的选择计算

3.1.1　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）向移动变电站供电的高压电缆应采用高压屏蔽电缆。

（4）电缆实际运行电流必须小于或等于电缆允许的载流量。

（5）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%。

（6）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。

（7）电缆应满足机械强度的要求。

（8）在电缆线路发生短路故障时应满足热稳定性的要求。

3.1.2　电缆型号的确定

根据《煤矿安全规程》要求及采区电气设备电压等级确定低压电缆型号如下：

（1）变电所高压电源及高压开关之间的联台线选用MYJV22-3120型交联聚乙绝缘电力电缆

（2）工作面机组、工作面刮板输送机的负荷线及移动变电站到控制开关之间的电缆选用MCPT-370+335/3E型电缆.

（3）综采工作面其它设备，如转载机、破碎机、综掘机等电压为1140V的电气设备的电源线及负荷线选用MCP-0.66/1.14系列电缆

（4）采掘工作面其它电压为660V的电气设备均选用MY-0.38/0.66系列的电缆.

（5）信号、照明等电压为127V的电气设备均选用MZ-0.3/0.5型电缆。

各段电缆的具体选用如表3-1所示。

表3-1　南二下延采区电缆选用表

序号

电缆用途

电缆型号

电缆长度

（米）

长期负荷

电流（A）

实际负荷

电流（A）

1

变电所高压电源

MYJV22-3120

21210

333

270.78

250.51

2

机组负荷线

MCPT3.3-370+335/3E+56

350+30

215

204.8

3

综采溜子头机高速负荷线

MCPT3.3-370+335/3E+56

160+30

215

89

4

综采溜子头机低速负荷线

MCPT3.3-350+335/3E+56

160+30

173

61

5

综采溜子尾机高速负荷线

MCPT3.3-370+335/3E+56

350+30

215

89

6

综采溜子尾机低速负荷线

MCPT3.3-350+335/3E+56

350+30

173

61

7

综采转载机负荷线

MCP0.66/1.14-370+116+36

120+10

215

176

8

综采转载机负荷线

MCP0.66/1.14-395+116+36

120+10

260

248.5

9

综采破碎机负荷线

MCP0.66/1.14-350+116+36

150+10

173

173

10

综采乳化泵负荷线

MYP0.66/1.14-350+125

7+12+17

173

173

11

综采一台皮带电源线

MY0.38/0.66-370+125

240

215

164

12

综采二台皮带电站电源线

MYPT3.6/6-335+116

620

260

236.4

13

综采二,三台皮带电源线

MYP0.66/1.14-395+125

15+15

215

236.2

14

综采皮带道下部低压电源线

MY0.38/0.66-370+125

380

215

73.2

15

综采机组电站电源线

MYPT3.6/6-335+116

920

138

182.18

16

综采溜子电站电源线

MYPT3.6/6-335+116

920

138

167.5

17

综采皮带道上部低压电源线

MY0.38/0.66-370+125

计510

215

121.24

18

综采皮下料道电源线

MY0.38/0.66-370+125

计890

215

53.42

19

生产准备面电站电源线

MYPT3.6/6-335+116

860

138

20.24

20

生产准备面低压电源线

MY0.38/0.66-370+125

计320

215

73.2

21

普掘Ⅱ工作面电站电源线

MYPT3.6/6-335+116

270

138

25.36

22

普掘Ⅱ工作面双风机电源线

MY0.38/0.66-335+116

290

138

17.6

23

普掘Ⅱ工作面低压电源线

MY0.38/0.66-370+125

880

215

230.55

28

普掘Ⅱ工作面电源线

MY0.38/0.66-370+125

计410

215

56.95

29

普掘Ⅱ工作面双风机电源线

MY0.38/0.66-335+116

180

138

12.96

3.1.3　电缆长度的确定

确定依据是变电所到工作面配电点或工作面配电点到电气设备的实际距离另加10%的余量。

各段电缆长度如表3-1所示。

3.1.4　低压电缆截面的选择计算

1、采煤机负荷线的选择计算

（1）、按长期负荷电流选择电缆截面

查“设备负荷统计表”（见附录，下同）采煤机的额定电流Ie。

Ie=287+212.1+6.6=204.7A

选择MCPT3.3-370+335/3E型电缆，查表此电缆长期负荷电流为215A>204.7A，满足要求。

（2）、按电压损失校验电缆截面

移动变电站电压损失△UB：

=90.5V

式中：

——变压器二次额定电压，V；

β——变压器负荷系数，β==0.683；

——变压器额定负荷时电阻压降百分数，

==0.53；

——变压器额定负荷时电抗压降百分数，

==7.4；

——变压器额定负荷时阻抗压降百分数，=7.5；

采煤机负荷线的电压损失△UL：

=35.72V

式中：

Ue——二次额定电压，KV；

Kf——负荷系数，取1；

Pe——设备额定功率，KW；

Lz——电缆实际长度，KM；

RZ0——电缆单位长度电阻，Ω/Km。

系统总的电压损失△U总：

（干线电缆长度为7米，电压损失忽略不计）ΔU总=△UB+△UL=90.5V+35.72V=126.22V

校验：

126.22V<3300V5%=165V，满足要求。

2、工作面运输机负荷线的选择计算（以尾机高速负荷线为例）

（1）、按长期负荷电流选择电缆截面

查设备负荷统计表，工作面运输机的额定电流Ie

Ie=289A=178A

选择MCPT3.3-370+335/3E+56型电缆,查表长期负荷电流为

215A>178A,满足要求.

（2）、按电压损失校验电缆截面

移动变电站电压损失△UB

=82.89V

式中：

——变压器二次额定电压，V；

β——变压器负荷系数，β==0.588；

——变压器额定负荷时电阻压降百分数，

==0.53；

——变压器额定负荷时电抗压降百分数，

==7.4；

——变压器额定负荷时阻抗压降百分数，=7.5。

采煤机尾机高速负荷线的电压损失△UL：

=15.32V

式中：

Ue——二次额定电压，KV；

Kf——负荷系数，取1；

Pe——设备额定功率，KW；

Lz——电缆实际长度，KM；

RZ0——电缆单位长度电阻，Ω/Km。

尾机高速负荷线总的电压损失△U总：

ΔU总=△UB+△UL=82.89V+15.32V=98.21V

校验：

98.21V<3300V5%=165V，满足要求。

工作面运输机其它负荷线的选择与校验均满足要求，计算从略。

3、转载机负荷线的选择计算（以高速负荷线为例）

（1）、按长期负荷电流选择电缆截面

查设备负荷统计表转载机的高速额定电流Ie

Ie=248.5A

选择MCP-0.66/1.14-395+125型电缆，查表长期负荷电流为247A接近设备额定电流248.5A，根据现场实际测试满足要求。

（2）、按电压损失校验电缆截面

移动变电站电压损失△UB：

=26.68V

式中：

——变压器二次额定电压，V；

β——变压器负荷系数，β==0.7；

——变压器额定负荷时电阻压降百分数，

==0.65；

——变压器额定负荷时电抗压降百分数，

==5.4；

——变压器额定负荷时阻抗压降百分数，=5.5。

转载高速负荷线的电压损失△UL

=22.09V

式中：

——二次额定电压，KV；

Kf——负荷系数，取1；

Pe——设备额定功率，KW；

Lz——电缆实际长度，KM；

RZ0——电缆单位长度电阻，Ω/Km。

转载高速负荷线总的电压损失△U总

ΔU总=△UB+△UL=26.68V+22.09V=48.77V

校验：

48.77V<1140V5%=57V，满足要求。

4、破碎机负荷线的选择计算

（1）、按长期负荷电流选择电缆截面

查设备负荷统计表，破碎机的额定电流Ie

Ie=126A

选择MCP-0.66/1.14-350+125型电缆,查表长期负荷电流为173A>126A,满足要求。

（2）、按电压损失校验电缆截面

移动变电站电压损失△UB：

=23.7V

式中：

——变压器二次额定电压，V；

β——变压器负荷系数，β==0.816；

——变压器额定负荷时电阻压降百分数，

==0.611；

——变压器额定负荷时电抗压降百分数，

==3.9；

——变压器额定负荷时阻抗压降百分数，=4。

破碎机负荷线的电压损失△UL

=13.78V

式中：

Ue——二次额定电压，KV；

Kf——负荷系数，取1；

Pe——设备额定功率，KW；

Lz——电缆实际长度，Km；

RZ0——电缆单位长度电阻，Ω/Km。

破碎机负荷线总的电压损失△U总

ΔU总=△UB+△UL=23.7V+13.78V=37.48V

校验：

37.48V<1140V5%=57V，满足要求。

5、乳化泵负荷线的选择计算

（1）、按长期负荷电流选择电缆截面

查设备负荷统计表，乳化泵的额定电流Ie

Ie=120A

选择MCP-0.66/1.14-350+125型电缆，查表长期负荷电流为173A>120A，满足要求。

（2）、按电压损失校验电缆截面

移动变电站电压损失△UB：

=26.6V

式中：

——变压器二次额定电压，V；

β——变压器负荷系数，β==0.703；

——变压器额定负荷时电阻压降百分数，

==0.64；

——变压器额定负荷时电抗压降百分数，

==5.4；

——变压器额定负荷时阻抗压降百分数，=5.5。

乳化泵负荷线的电压损失△UL

=5.7V

式中：

Ue——二次额定电压，KV；

Kf——负荷系数，取1；

Pe——设备额定功率，KW；

Lz——电缆实际长度，Km；

RZ0——电缆单位长度电阻，Ω/Km。

乳化泵负荷线总的电压损失△U总

ΔU总=△UB+△UL=26.6V+5.7V=32.3V

校验：

32.3V<1140V5%=57V，满足要求。

6、综采一台皮带电源线的选择计算

（1）、按长期负荷电流选择电缆截面

查设备负荷统计表，一台皮带电源线的额定电流Ie

Ie=282=164A

选择MY0.38/0.66-370+125型电缆，查表长期负荷电流为215A>164A,满足要求。

（2）、按电压损失校验电缆截面

移动变电站电压损失△UB：

=9.6V

式中：

——变压器二次额定电压，V；

β——变压器负荷系数，β==0.547；

——变压器额定负荷时电阻压降百分数，

==0.73；

——变压器额定负荷时电抗压降百分数，

==3.9；

——变压器额定负荷时阻抗压降百分数，Ud%=4。

一台皮带电源线的电压损失△UL

=14.56V

式中：

Ue——二次额定电压，KV；

Kf——负荷系数，取1；

Pe——设备额定功率，KW；

Lz——电缆实际长度，Km；

RZ0——电缆单位长度电阻，Ω/Km。

一台皮带电源线总的电压损失△U总

ΔU总=△UB+△UL=9.6V+14.56V=24.2V