1274采面供电设计说明书113.docx
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1274采面供电设计说明书113
1274采面供电设计说明书
一、采面配电点位置及电源
1274采面即将进入回采工作，根据采面的负荷的情况，向采面提供1140V、660V电压等级的电源。
从供电系统的安全性、合理性、可靠性、环境条件考虑，电源来自121石门配电点变电所5#高爆，配电点安设在1136运输巷，供电巷道最远直线长度1000米，实际电缆最远点长度2088米。
二、变压器的选择、校验
1、采面及其运输系统变压器的台数要尽量少，这样可以减少高压设备的数量及摆放位置。
采煤工作面动力变压器应选择隔爆型干式变压器或移动变电站。
变压器一次侧额定电压应等于电源电压，二次侧额定电压等于1.05倍的用户额定电压。
为了供电的经济性，应尽量选用低损耗变压器，即阻抗压降百分数较小的变压器。
2、电力负荷
采面安装设备约12台（件），其中工作设备约11台；设备总装机容量：
1885KW；其中工作容量1710KW；采面计算有功负荷：
1173.5KW，无功负荷：
844.53Kvar视在负荷：
1675kVA。
采面选择三台变压器供电，两台KBSG-1000KVA（1140V）变压器向采煤机、采面刮板机和乳化泵供电，一台KBSG-630KVA（660V）变压器向备用喷雾泵、采面下运巷运输系统的顺槽溜子采面下巷第一部、第二部皮带机用原供电系统供电。
电力负荷统计见表1-1
表1-1电力负荷统计表
序
号
负荷
名称
电压
（V）
额定
容量
（Kw）
设备台数
设备容量
需用系数
功率
因数
cosφ
tanφ
计算负荷
备注
全部
工作
全部
工
作
有功
无功
视在
KW
Kvar
kVA
台
台
KW
KW
1、
采面1140V
4
3
1400
1225
833
587.35
1190
1）
采煤机
1140
600
1
1
600
600
0.68
0.7
0.75
408
432.4
594.5
2）
乳化泵
1140
125
2
1
125
125
0.68
0.7
0.75
85
90.8
124.4
3）
刮板机
1140
500
1
1
500
500
0.68
0.7
0.75
340
238
485.7
2、
其他660V
8
8
485
485
340.5
257.18
485
喷雾泵
660
45
1
1
45
45
0.7
0.7
0.88
31.5
27.72
45
顺槽刮板机
660
2*55
1
1
110
110
0.7
0.7
0.88
77
67.76
110
皮带输送机
660
55
6
6
330
330
0.7
0.7
0.88
231
161.7
330
总计
12
11
1885
1710
1173.5
844.53
1675
根据公式:
A、单体支架各用电设备无一定顺序起动的一般机组工作面，按下式计算需要系数
式中Ps—最大电动机功率，KW。
B、自移式支架，各用电设备按一定顺序起动的机械化采煤工作面，按下式计算需用系数
井下变电站的负荷，可按下表计算，其所取的各用电设备的需用系数及平均功率因数见表2-2。
表2-2需用系数及平均功率因数
序号
井下负荷名称
需用系数Kr
平均功率因数cosφ
备注
1
综采工作面
0.7
2
一般机械化工作面
0.6～0.7
3
输送机
0.6～0.7
0.7
（1）向采煤机、乳化泵供电变压器：
选用1台KBSG-1000/10/0.114变压器供电，S=1000KVA＞950.3KVA,满足供电要求。
（2）向刮板机、乳化泵供电变压器
选用1台KBSG-1000/10/0.114变压器供电，S=1000KVA＞795.7KVA,满足供电要求。
（3）向顺槽溜子、下运皮带运输系统、喷雾泵供电的变压器：
选用1台KBSG-630/10/0.66变压器供电，S=630KVA＞485KVA,满足供电要求。
三、电缆的选择
（一）采区低压网络的有关规定
（1）采区低压供电电压一般用660V，单机容量较大的综采工作面采用1140V供电。
（2）固定敷设的动力电缆应采用铠装铅包纸绝缘电缆、铠装聚乙烯绝缘电缆或不然性橡胶电缆。
（3）移动式和手持式电气设备都应使用专用不然性橡胶电缆。
（4）1140V设备使用的电缆必须用带有分相屏蔽的橡胶绝缘屏蔽电缆；采掘工作面的660V，也必须使用带有分相屏蔽的橡胶绝缘屏蔽电缆。
（5）固定敷设的照明、通信、信号和控制用的电缆应用铠装电缆、塑料电缆或橡胶电缆，非固定敷设的，应用橡胶电缆。
（6）低压电缆不应采用铝芯，采区低压电缆严禁采用铝芯。
（二）确定采区电缆的截面、芯数及长度
1、电缆截面的选择
（1）电缆的正常工作负荷电流应等于或小于电缆允许持续电流。
（2）对距采区变电所最远，容量最大的电动机（如采煤机、工作面输送机等）起动时，应保证电动机在重载下起动，如采掘机械无实际最小起动力矩数据时，可按电动机起动时的端电压不低于额定电压的75%校验。
（3）正常运行时，电动机的端电压应不低于额定电压的7%～10%。
由于采区的用电设备一般属于间歇性负荷，允许在正常运行时的电压降可略低一些，一般电缆截面取决于起动情况。
（4）电缆末端的最小二相短路电流应大于馈电开关整定电流值的1.2倍。
2、电缆长度的确定
（1）铠装电缆所需要的实际长度L，应比敷设电缆巷道的实际长度增加5%。
（2）固定敷设的橡套软电缆的实际长度L，应比敷设电缆巷道的实际长度增加10%。
（3）移动设备用的橡套软电缆的实际长度L，除应按实际使用长度选取外，尚需增加一段机头部分的活动长度，约3～5米左右。
3、电缆芯线根数的选择
（1）动力用橡套软电缆一般选用四芯，对采掘机械来说要根据具体的控制、信号方式相应地增加控制芯线。
（2）信号电缆芯线的根数要按控制、信号、通信系统的需要决定，并应留有备用芯线。
（3）橡胶电缆的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼作其它用途。
（三）、高压电缆的选型与计算：
（1）按持续允许电流选择截面
KIp≥IN
式中Ip—空气温度为25℃时，电缆允许载流量，A；
K—环境温度不同时载流量的修正系数；
IN—通过电缆的最大持续工作电流，A。
根据表1-1可统计出井下变电所的计算功率P=1173.5KW
式中UN—电网额定电压，V；
cosφ—平均功率因数，取0.7。
P—干线电缆所供负荷的计算功率，KW。
（2）按经济电流密度选择电缆截面
式中A—电缆截面，mm2;
IN—正常负荷时，井下总的持续工作电流，A；
n—不考虑下井电缆损坏时，同时工作电缆的根数；
J—经济电流密度（A/mm2），见下表；下井电缆年运行小时，一般取3000～5000h。
表7-4-3经济电流密度
序
号
年最大负荷利用小时
（h）
经济电流密度（A/mm2）
铜芯电缆
铝芯电缆
1
1000～3000
2.5
1.93
2
3000～5000
2.35
1.73
3
5000以上
2
1.54
按经济密度选择50mm2的电缆。
（3）按电缆短路时的热稳定选择电缆截面
按电缆短路时的热稳定选择电缆截面有以下两种方法：
热稳定系数法
这种方法比较简单，一般在绝缘电缆的热稳定计算都采用此法。
式中Amin—电缆短路时热稳定要求的最小截面，mm2；
IK（3）—三相最大稳态短路电流，A；查煤矿电工手册（5）表10-3-4
tf—短路电流作用的假想时间，s；
C—热稳定系数
说明：
查煤矿电工手册（5），井下中央变电所馈出开关为瞬间动作时，tf值取0.25秒；地面变电所向井下馈出开关的继电保护为0.5秒时，tf值取0.65秒。
表3-3电缆的热稳定系数
导体种类
铜
铝
电缆种类
电缆线路有中间接头的
10KV以下油纸绝缘电缆
电缆线路有中间接头的
10KV以下油纸绝缘电缆
额定电压
（KV）
短路允许最高温度（℃）
120
250
120
200
3～10
93.4
159
60.4
90
（1）、无中间接头的电缆
（2）有中间接头的电缆
50mm2电缆满足要求.
（4）按电压损失校验电缆截面
①计算法：
式中△U%—电压损失百分数；
In—电缆中的负荷电流，A；
UN—额定电压，KV；
R0、XO—电缆线路单位长度的电阻及电抗，Ω/km；
L—电缆线路长度，km；
cosφ、sinφ、tgφ—功率因数及与功率因数相对应的正弦、正切值。
高压系统中的电压损失按《全国供用电规则》的规定，在正常情况下不得超过7%，故障状态下不得超过10%。
②查表法
根据计算法公式，将电缆输送的有功功率单位改成兆瓦，则电压损失白分数可写成
=KPL
式中K—每兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失的百分数，10KV时，K=1×（R0+X0tanφ）。
在不同功率因数及不同电缆截面时的数值，可查《煤矿电工手册》（5）表10-3-7，K取值为0.48。
L电缆长度为600米。
P—电缆输送的有功功率，MW。
=KPL
=0.48×0.117×0.6
=0.0337
△U1为小关35KV变电所到121石门配电点变电所的压降，△U1=5.3%。
△U%=△U1%+U%=5.3%+0.0337%=5.3337%＜7%满足要求。
查《煤矿电工手册》（5）表12-2-6得YJV22-8.7-3*50型电缆载流量为155A，根据公式KIp≥Ia，温度校正系数1.14。
所以1.14×155=176.7＞97.64A，满足要求。
根据上式计算，选择YJV22-8.7-3*50型高压电缆满足供电负荷需要。
（四）、低压电缆的选型与计算
干线电缆载流量校验:
（1）采面采煤机、乳化泵供电干线电缆校验
根据公式得：
KIp≥Ia
按要求Kr=0.68
P=Kr∑PN=0.68×725=493KW
式中UN—电网额定电压，V；
cosφ—平均功率因数，取0.7。
P—干线电缆所供负荷的计算功率，KW。
Kr—需用系数；
∑PN—干线电缆所供的电动机额定功率之和，KW。
经查95mm2电缆允许载流量为250A，不能满足要求，需将双根95mm2电缆并联使用，即2*250=500A＞356.7A，满足要求，校验合格。
（2）采面刮板输送机、乳化泵供电干线电缆校验
根据公式得：
KIp≥Ia
按要求Kr=0.68
P=Kr∑PN=0.68×625=425KW
式中UN—电网额定电压，V；
cosφ—平均功率因数，取0.7。
P—干线电缆所供负荷的计算功率，KW。
Kr—需用系数；
∑PN—干线电缆所供的电动机额定功率之和，KW。
经查95mm2电缆允许载流量为250A，不能满足要求，需将双根95mm2电缆并联使用，即2*250=500A＞307.5A，满足要求，校验合格。
（2）采面下巷顺槽、皮带输送机、喷雾泵、供电干线电缆校验：
根据公式得：
KIp≥Ia
Kr=0.7
P=Kr∑PN=0.7×485KW=339.5KW
式中UN—电网额定电压，V；
cosφ—平均功率因数，取0.7。
P—干线电缆所供负荷的计算功率，KW。
Kr—需用系数；
∑PN—干线电缆所供的电动机额定功率之和，KW。
经查95mm2电缆允许载流量为250A，即250A＜424.3A，不能满足要求；需用2根95mm2电缆进行供电，即2×250A=500A＞424.3A,满足要求，校验合格。
负荷电缆载流量校验：
（1）采煤机负荷电缆
选择一趟95mm2允许载流量为250A，故2*250A＞295.3A，满足要求，校验合格。
（2）采面刮板输送机负荷电缆
两台电机分别选择一趟50mm2电缆。
其允许载流量为170A，故170A＞123A，满足要求，校验合格。
（3）乳化泵负荷电缆
经查35mm2电缆允许载流量为135A，故135A＞61.5A，满足要求，校验合格。
两台乳化泵分别选择一趟35mm2电缆
（4）顺槽刮板输送机负荷电缆
经查16mm2电缆允许载流量为84A，故电缆84A＞48.1A，但因灵敏度校验不能满足要求，则选择25mm2电缆，满足要求，校验合格。
（5）皮带输送机负荷电缆
经查16mm2电缆允许载流量为84A，故电缆84A＞48.1A，但因灵敏度校验不能满足要求，则选择25mm2电缆，满足要求，校验合格。
电压损失校验：
计算电压损失系统，如下图所示，图中的电压损失由三部分组成。
∑△U=△UT+△U1+△U2
式中△UT—变压器中的电压损失，V；
△U1—干线电缆中的电压损失，V；
△U2—支线电缆中的电压损失，V；
式中L2—支线电缆的实际长度，km；
IN—电动机的额定电流，A；
PN—电动机的额定功率，KW；
UN—电网的额定电压，KV；
R0、X0—支线电缆单位长度的电阻和电抗，Ω/km；
Cosφ、sinφ、tgφ—电动机的额定功率因数及相应的正弦正切值。
干线电缆中的电压损失△U1的计算方法与计算△U2相同，只是通过干线电缆的功率P及Cosφ不同。
负荷集中干线电缆线路电压损失△Ums
根据实际情况选最长的支线电缆（200米）进行计算，选用采面上出口刮板机电机供电支线电缆进行验算。
△Ums=
UN---干线电缆线路所在电网的额定电压V“
Lms、Ams—干线电缆的长度、m，主芯线截面积，mm2
Υsc—干线电缆的导电率m/Ω.mm2
Pca—干线电缆所带负荷的计算功率值，KW
支线电缆电压损失△Ubl：
△Ubl=
UN---支线电缆线路所在电网的额定电压V“
Lms、Ams—支线电缆的长度、m，截面积，mm2
Υsc—支线电缆的导电率m/Ω.mm2
Pca—支线电缆所带负荷的计算功率值，KW
3）按允许电压损失选择干线电缆截面
干线的实际电压损失应不大于干线的允许电压损失：
即
△Ums≤△Upms
按允许电压损失选择干线电缆截面时，应先计算出干线电缆的允许电压损失，及
△Upms=△Up-△UT-△Ubl
△Upms=117V-10.6=106.4
△Upms-干线电缆的允许电压损失，V；
△UT、△bl—分别是变压器和支线电缆的电压损失，V。
根据干线电缆的允许电压损失，得出其满足电压损失的最小截面为：
Ams.min=
mm2
式中：
ms.min-干线电缆满足允许电压损失的最小截面，mm2
Lms-干线电缆长度
选择标准截面不小于计算截面的电缆，即满足电压损失要求
按启动气压损失效验电缆截面
满座电动机最小启动转矩所需要的最小启动电压Ust.min,可根据电动机额转矩正比于其它电压的平方求出：
Ust.min=UN
V
式中：
UN—电动机的额额定电压，V；
K---电动机的最小启动转矩倍数；
a—电动机额定电压时的启动转矩MstN与电机额定电压转矩MN之比，矿用隔爆型电机一般取-2.5.
计算启动时的电压损失：
1、启动时支线电压损失按启动时电压损失最大的一条支线计算，即
△Ubl.st=
式中:
Lbl、Abl、γsc-支线电缆的长度、m，截面积mm2;导电率，导电率m/Ω.mm2
COSφst-支线所带电动机启动时的功率因数；
Ist—支线所带电动机的实际启动电流,A；由下式得：
Its=IstN
式中——IstN、UN——支线电动机的额定启动电流、A，额定电压V;
UstT——支线电动机启动时的端电压，可取近似电动机启动时所需最小电压。
启动时的干线电缆的电压损失按干线所带电动机中最大的一台值，其它正常工作条件计算，即
Ums.st=
式中：
Lms、Ams、γsc——干线电缆的长度、m；截面积、mm2，导电率m/Ω.mm2
COSφst-支线所带电动机启动时的功率因数
Ist—支线所带电动机的实际启动电流,A
Kde.re——除启动电机外，干线中其它用电设备的需用系数。
——除启动电机外，干线中其它用电设备额定功率之和，KW；
UN——用电设备的额定电压V；
启动时整个低压电网的电压损失为：
△Ust=△UT.st+△Ums.st+△bl.st
△按启动条件效验电缆截面
△电机启动时，其端电压不小于电动机的最小启动电压。
即
△Ust≥Ust.min
△Ust=U2N.T-△Ust≥Usy.min
电动机或启动时电磁启动器的电压应不小于启动器的最小吸合电压（为线路额定电压的0.7倍。
即U2NT-△UT.st-△ms.st≥0.7UN
四、电气设备的选择
根据煤矿安全规程规定，结合工作面的工作环境和负荷情况，选用BPG9L-10G型真空高压隔爆配电装置作高压配电开关，选用KBZ型隔爆开关作低压馈电开关，选用QJZ型隔爆磁力起动器作低压控制开关.
煤矿井下巷道中的空气潮湿，相对湿度高达95%以上，在此条件下运行的电气设备，虽然对其绝缘有一些特殊要求，但漏电故障仍时有发生。
特别是采区的低压电缆，还时常被脱落的岩石或煤块砸坏，更会造成漏电事故。
漏电的结果，不仅会使电气设备进一步损坏，形成短路事故，而且还可能导致人身触电和瓦斯煤尘爆炸危险。
因此，对于矿井电网（特别是采区低压电网），必须装设作用于开关跳闸的漏电保护装置。
本矿选用的井下供配电KBZ-630型总馈开关带有跳闸的漏电保护装置，要求工作人员每班进行一次远方漏电试验跳闸，并进行记录试跳情况。
矿井使用电气设备选择严格按照煤矿规程的有关规定，根据所带实际负荷来确定开关的容量及型号。
选型结果见供电系统图。
五、保护装置的整定计算
为了正确选择和校验电气设备，使之能满足短路电流的动、热稳定性要求。
对于低压开关设备等，主要用于校验其分断能力。
正确整定计算短路保护装置，使之在短路故障发生时，能准确可靠的动作，及时排除故障，确保供电安全。
1）、短路电流的计算方法
选择短路保护装置的整定电流时，需计算两相短路电流值，可按公式计算：
（1）
式中
—两相短路电流，A；
∑R、∑X—短路回路内一相电阻、电抗值的总和，Ω；
XX—根据三相短路容量计算的电抗值；
R1、X1—高压电缆的电阻、电抗值；
Kb—矿用变压器的变压比；
Rb、Xb—矿用变压器的电阻、电抗值；
R2、X2—低压电缆的电阻、电抗值；
Ue—变压器二次侧的额定电压；
利用公式
（1）计算两相短路电流时，不考虑短路电流周期分量的衰减，短路回路的接触电阻和电弧电阻忽略不计。
若需计算三相短路电流值，可按公式
（2）计算：
式中
—三相短路电流，A；
两相短路电流还可以利用计算图（表）查出，此时可根据变压器的容量、短路点至变压器的电缆换算长度及系统电抗、高压电缆的折算长度。
2）、短路保护装置
、馈出线的电源端均需加装短路保护装置，低压电动机应具备短路、过负荷、单相断线的保护装置。
、当干线上的开关不能同时保护分支线路时，则应在靠近分支点处另行加装短路保护装置。
、各类短路保护装置均应进行计算、整定、校验，保证灵敏可靠，不准甩保护，禁止使用不合格的短路保护装置。
3）、电缆线路的短路保护
（1）电磁式过电流继电器的整定
1200V及以下馈电开关过电流继电器的电流整定值，按下列规定选择。
、对保护电缆干线的装置按下列公式选择：
IZ≥IQe+KX∑Ie
式中IZ—过电流装置的电流整定值，A；
IQe—容量最大的电动机的额定起动电流，对于有数台电动机同时起动的工作机械，若其总功率大于单台起动的容量最大的电动机功率时，IQe则为这几台同时起动的电动机的额定起动电流之和，A；
∑Ie—其余电动机的额定电流之和，A；
KX—需用系数，取0.5～1。
2、对保护电缆支线的装置按下公式选择：
IZ≥IQe
式中IZ、IQe的含义同上公式。
选择出来的整定值，还应用两相短路电流值进行校验，应符合下列公式的要求：
式中
—被保护电缆干线或支线距变压器最远点的两相短路电流值，A；
IZ—过电流保护装置的电流整定值，A；
1.5—保护装置的可靠动作系数。
若线路上串联两台及以上开关时（其间无分支线路），则上一级开关的整定值，也应按下一级开关保护范围最远点的两相短路电流来校验，校验的灵敏度应满足1.2～1.5的要求，以保证双重保护的可靠性。
（2）电子保护器的电流整定
馈电开关中电子保护器的短路保护整定原则，按有关要求进行整定，其整定范围为（3～10）Ie；其过载长延时保护电流整定值按实际负载电流值整定，其整定范围为（0.4～1）Ie。
Ie为馈电开关额定电流。
电磁起动器中电子保护器的过电流整定值，按下公式选择：
IZ≤Ie
式中IZ—电子保护器的过电流整定值，取电动机额定电流近似值，A；
Ie—电动机的额定电流，A。
当运行中电流超过IZ值时，即视为过载，电子保护器延时动作，当运行中电流达到IZ值的8倍及以上时，即视为短路，电子保护瞬时动作。
本设计中的供电系统整定计算如下:
1#总馈：
所带负荷∑PN=979KW；
过载整定电流IZ=∑PN×0.65=636.65A，取IZ=630A；
短路整定电流Id=400KW×0.65×5=1300A，取2IZ=1260;
查《整定细则》得Id
（2）=1680A；
灵敏度
2#馈：
所带负荷∑PN=372KW；
过载整定电流IZ=∑PN×1.15=427.5A，取IZ=400A；
短路整定电流Id=125KW×1.15×5=718.75A，取Id=2IZ=2*400A;
查《整定细则》得Id
（2）=1541A；
灵敏度
2-1分馈：
所带负荷∑PN=372KW；
过载整定电流IZ=∑PN×1.15=427.5A，取IZ=400A；
短路整定电流Id=125KW×1.15×5=718.5A，取Id=2IZ=800A;
查《整定细则》得Id
（2）=1970A；
灵敏度
附：
1274采面供电设计图
1274采面
供电设计方案
机电矿长：
机电副总：
机电科长：
供电科长：
编制人：
编制日期：
2009年12月10日
提审单位：
机电科
升级会员 