采区供电设计.docx
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采区供电设计
重庆大学采矿系毕业设计任务书
一、设计题目：
松藻煤矿南翼23采区供电设计
二、原始资料：
1、井田设计能力49万吨/年。
2、井田内布置方式：
采区式，运输大巷底板岩巷。
3、矿井瓦斯等级：
高等级，有突出性。
4、采区煤层倾角：
18°─32°/26°
5、设计煤层:
K2=1.76－2.15m/2.15m。
6、设备的选择可参考实习矿井和现场收集的资料。
三、设计要求：
1、设计要符合煤矿安全规程、煤矿工业设计规程、煤矿井下供电设计技术规定。
2、设计遵循煤炭工业建设的方针政策，在保证供电安全可靠的基础上进行技术经济比较，选用最佳方案。
3、设备选型时，应采用定型的成套设备，尽量采用新技术、新产品，积极采取措施减少电能损耗，节约能源。
4、设计质量要确保技术的先进性、经济合理性、安全适应性。
松藻煤矿南翼23采区供电设计
第一节、采区变电所位置的确定
一、采区供电对对电能的要求
1、电压允许偏差
电压偏差计算公式如下：
电压偏差＝
×100%
《电能质量供电电压允许偏差》（GB12325—90）规定电力系统在正常运行条件下，用户受电端供电电压允许偏差值为：
（1）35KV及以上供电和对电压有特殊要求的用户为额定电压的+5%—－5%；
（2）10KV及以上高压供电和低压电力用户的电压允许偏差为用户额定电压的+7%—－7%；
（3）低压照明用户为+5%—－10%。
2、三相电压不平衡
根据《电能质量三相电压允许不平衡度》规定：
电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%，短时间不得超过4%。
在采区变电所供电情况下，交流额定频率为50HZ电力系统正常运行方式下由于负序分量而引起的pcc点连接点的电压不平衡度能满足规定要求。
3、电网频率
《电能质量电力系统频率允许偏差》（GB/T15543—1995）中规定：
电力系统频率偏差允许值为0.2HZ，当系统容量较小时，偏差值可放宽到+5%HZ—－5%HZ，标准中没有说明容量大小的界限的电网容量在300万KW以上者为0.2HZ；电网容量在300万KW以下者为0.5HZ。
4、波形
正常情况下，要求电力系统的供电电压（或电流）的波形为正弦波，在电能的输送和分配过程中不应该使波形产生畸变，还应注意负荷中谐波源（装整流装置等）的影响，必要时采取一定措施消除谐波的影响。
5、供电可靠性
供电可靠性是衡量电能质量的一个重要指标，必须保证供电的可靠性。
二、费用和环境要求
采区变电所要便于对硐室的扩大和设备的增加，同时便于体积较大的变压器等设备直接通过运输上山运到采区变电所硐室减少运输设备的费用。
在满足费用要求的同时还要满足顶板坚固，无淋水且通风良好，保证变电所硐室内的温度不超过附近巷道5℃。
根据采区巷道布置，要使采区变电所能顺利的通过运输平巷向整个采区的负荷中心（采煤工作面）进行供电。
在回风上山和运输上山联络巷处，低压供电距离合理，并且不必移动采区变电所就能对采区的采煤、掘进及回采等进行供电。
所以把采区变电所布置在回风上山和运输上山联络巷处。
第二节拟定采区供电系统的原则
一、采区高压供电系统的拟定原则
1、供综采工作面的采区变（配）电所一般由两回路电源线进行供电，除综采外，每个采区应为一回路；
2、双电源进线的采区变电所，应设置电源进线开关；
3、采区变电所的高压馈出线宜用专用的开关柜。
二、采区低压供电系统的拟定原则
1、在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的设备最省；
2、原则上一台启动器只能控制一台设备；
3、当采区变电所动力变压器超过一台时，应合理分配变压器负荷；
4、变压器最好不要并联运行；
5、从变电所向各配电点或配电点到用电设备采用辐射式供电，上山及顺槽运输机采用干线式供电；
6、工作点配电点最大容量电动机的启动器应靠近配电点进线；
7、供电系统应尽量避免回头供电；
8、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组都应实行三专（专用变压器、专用开关、专用线路）供电；
9、局部通风机和掘进工作面中的
电气设备必须装有风电闭锁装置。
在瓦斯喷出区域、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）实施。
第三节采区主要设备
根据采区巷道的布置和采区的实际情况将采区的主要设备选型如下：
采区主要设备选型表
序号
设备名称
设备型号
台数
电动机
安装
地点
功率kw
电压v
1
刮板输送机
SGZ-730/264
1台
2×132
1140
工作面
2
滚筒式采煤机
MG300-W
1台
2×300
1140
工作面
3
转载机
ZYC-28
1台
132
660
顺槽
4
胶带输送机
SDZ-150
1台
150
660
顺槽
5
破碎机
PEM980×85
1台
85
660
顺槽
6
乳化液泵站
MRB-125/32
1套
90
1140
顺槽
7
喷雾泵站
XPB-250/55
1套
30
1140
顺槽
8
液压安全绞车
XAJ-22
1台
22
660
顺槽
9
胶带输送机
SD-80X
1台
160
660
上山
第四节采区负荷的计算及变压器容量、台数确定
一、变压器选择注意事项
变压器是供电系统中的主要电气设备，对供电的可靠性、安全性和经济性有着重要意义。
如果变压器容量选择过大，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数减小；如果变压器容量选择过小，在长期过负荷运行情况下，铜损耗将增大，使线圈过热而老化，缩短变压器寿命。
既不安全又不经济。
二、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。
三、采区负荷的计算及变压器容量、台数确定
本工作面采用MG300—W型滚筒式采煤机为综合机械化采煤，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。
1、采区电压等级为1140V变压器容量及台数的确定
SB1＝ΣPeKxKc/cosφpj
＝984×0.58×1/0.7
＝815KVA
式中：
ΣPe——变电所供电设备额定功率之和
ΣPe＝600+264+90+30＝984KW
Kx——需用系数，Kx＝0.4＋0.6×300÷984＝0.58
cosφpj——加权平均功率因率，按综采工作面，取0.7
Kc——采区重合系数，取1
此变压器所接负荷中有大量的一级负荷，所以必需选择两台（或两台以上）变压器。
根据计算结果选择KBSG-800/10/1.2干式变压器一台和KBSG-500/10/1.2干式变压器一台。
2、采区变电所变压器容量及台数的确定
SB1＝ΣPeKxKc/cosφpj
＝549×0.49×1/0.7
＝384KVA
式中：
ΣPe——变电所供电设备额定功率之和
ΣPe＝132+150+85+22+160＝549KW
Kx——需用系数，Kx＝0.4＋0.6×80÷549＝0.49
cosφpj——加权平均功率因率，按综采工作面，取0.7
Kc——采区重合系数，取1
所以根据计算结果选择KS7-500/10/0.693干式变压器一台。
第五节采区低压供电网络的计算
一、电缆型号确定
根据供电电压、工作条件、敷设地点环境，确定电缆型号为:
MYP、MY、MYJV22和MYCP型。
其中MYP型电缆用于额定电压为1140V的设备，MYJV22型电缆用于高压开关至移变的电缆，MYCP用于采煤机组及工作面刮板运输机真空磁力启动器至电动机的电缆，其余所需电缆用MY型。
二、电缆长度确定
采区供电系统如下：
由式：
Lz＝α·LX
式中:
α—系数，橡套电缆取α＝1.1，铠装电缆取α＝1.05
LX—巷道实际长度m
电缆长度计算结果表
序号
地点
巷道长度（m）
选取电缆长度（m）
电压
备注
1
Z1
180
200
低压
橡套
2
Z2
185
200
低压
橡套
3
Z3
5
10
低压
橡套
4
Z4
55
60
低压
橡套
5
Z5
35
40
低压
橡套
6
Z6
65
70
低压
橡套
7
Z7
90
100
低压
橡套
8
Z8
1050
1105
低压
橡套
9
Z9
180
200
低压
橡套
10
G1
120
130
低压
铠装
11
G2
85
90
低压
铠装
12
G3
150
160
低压
铠装
三、选择支线电缆
1、由机械强度初定电缆截面
橡套电缆满足机械强度的最小截面
用电设备名称最小截面（mm2）
采煤机组35—50
可弯曲刮板输送机16—35
一般输送机10—25
回柱液压绞车16—25
装岩机16—25
调度绞车4—6
局部风机4—6
煤电钻4—6
照明2.5—4
查书得各电缆截面的长时允许电流IP值如下：
主芯线截面mm2
4
6
10
16
25
35
50
70
95
长期允许电流A
36
46
64
85
113
173
198
215
260
各支线电缆的实际长时工作电流计算如下公式：
In＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
式中:
In——电缆中通过的实际工作电流A
Kx——需用系数
ΣPe——电缆所带负荷有功功率之和KW
Ue——电网额定电压V
ηpj——电动机加权平均效率
cosφpj——加权平均功率因数
1、满足采煤机组机械强度要求的截面初步截面确定为35mm2，其IP=173A。
采煤机组电缆Z1当中的实际长时工作电流
Iz1＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.6×600×103/1.732×1140×0.9×0.9
＝112.5A
IP=173A＞Iz1＝112.5A
采煤机组初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以采煤机组电缆截面取35mm2。
２、满足喷雾泵站机械强度要求的截面初步截面确定为4mm2，其IP=36A。
喷雾泵站电缆Z2当中的实际长时工作电流
Iz2＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.61×30×103/1.732×1140×0.9×0.9
＝11.4A
IP=36A＞Iz2＝11.4A
喷雾泵站初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以喷雾泵站电缆截面取4mm2。
3、满足刮板输送机机组机械强度要求的截面初步截面确定为16mm2，其IP=85A。
刮板输送机机组电缆Z3当中的实际长时工作电流
Iz2＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.65×264×103/1.732×1140×0.9×0.9
＝107.2A
IP=85A＜Iz3＝107.2A
刮板输送机机组初选电缆截面不能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以刮板输送机机组电缆要更大些截面取25mm2。
4、满足乳化液泵站机械强度要求的截面初步截面确定为4mm2，其IP=36A。
乳化液泵站电缆Z4当中的实际长时工作电流
Iz4＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.61×90×103/1.732×1140×0.9×0.9
＝34.3A
IP=36A＞Iz4＝34.3A
乳化液泵站初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以乳化液泵站电缆截面取4mm2。
5、满足转载机机组机械强度要求的截面初步截面确定为16mm2，其IP=85A。
转载机机组电缆Z5当中的实际长时工作电流
Iz5＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.61×132×103/1.732×660×0.9×0.9
＝86.9A
IP=85A＜Iz5＝86.9A
转载机机组初选电缆截面不能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以转载机机组电缆要更大些截面取25mm2。
6、满足顺槽胶带输送机机组机械强度要求的截面初步截面确定为10mm2，其IP=64A。
顺槽胶带输送机机组电缆Z6当中的实际长时工作电流
Iz6＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.75×150×103/1.732×660×0.9×0.9
＝121.5A
IP=64A＜Iz6＝121.5A
顺槽胶带输送机机组初选电缆截面不能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以顺槽胶带输送机机组电缆截面应更大些取35mm2。
7、满足破碎机机组机械强度要求的截面初步截面确定为6mm2，其IP=46A。
破碎机机组电缆Z7当中的实际长时工作电流
Iz7（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.7×85×103/1.732×660×0.9×0.9
＝64.2A
IP=46A＜Iz7＝64.2A
破碎机机组初选电缆截面不能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以破碎机机组电缆截面要更大些取16mm2。
8、满足液压安全绞车机械强度要求的截面初步截面确定为16m2，其IP=85A。
液压安全绞车电缆Z8当中的实际长时工作电流
Iz8＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.7×22×103/1.732×660×0.9×0.9
＝16.6A
IP=85A＞Iz8＝16.6A
液压安全绞车初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，但是由于液压安全绞车的供电距离较远，所以液压安全绞车电缆截面取25mm2。
9、满足上山胶带输送机机组机械强度要求的截面初步截面确定为10mm2，其IP=64A。
上山胶带输送机机组电缆Z9当中的实际长时工作电流
Iz9＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.75×160×103/1.732×660×0.9×0.9
＝129.6A
IP=64A＜Iz2＝129.6A
上山胶带输送机机组初选电缆截面不能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以上山胶带输送机机组电缆截面应该更大取35mm2。
四、干线电缆的选择
1、总电网的允许电压损失
电压等级为1140V的电压允许损失
ΔUP1＝U2NT－95%UN
＝1200－95%×1140
＝117V
式中：
U2NT——变压器二次侧电压
UN——电缆上的电压
电压等级为660V的电压允许损失
ΔUP1＝U2NT－95%UN
＝693－95%×660
＝66V
式中：
U2NT——变压器二次侧电压
UN——电缆上的电压
2、各在线电的电压损失
支线电缆的电压损失按公式
ΔUZ＝（KfΣPeLZ103）/（UeγAxηe）来计算。
式中：
Kf—负荷系数
ΣPe——电缆所带负荷KW
LZ——电缆实际长度m
Ue——电网额定电压V
γ——电缆导体芯线的电导率m/（Ω.mm2）
Ax——电缆截面积mm2
ηe——加权平均效率
采煤机组Z1段电缆的电压损失
ΔUZ1＝（KfΣPeLZ103）/（UeγAxηe）
＝0.6×600×200×103/1140×48.6×25×0.9
＝57.7V
喷雾泵站Z2段电缆的电压损失
ΔUZ2＝（KfΣPeLZ103）/（UeγAxηe）
＝0.61×30×60×103/1140×48.6×4×0.9
＝0.55V
刮板输送机Z3段电缆的电压损失
ΔUZ3＝（KfΣPeLZ103）/（UeγAxηe）
＝0.65×264×200×103/1140×48.6×25×0.9
＝27.5V
乳化液泵站Z4段电缆的电压损失
ΔUZ4＝（KfΣPeLZ103）/（UeγAxηe）
＝0.61×90×10×103/1140×48.6×4×0.9
＝2.75V
转载机Z5段电缆的电压损失
ΔUZ5＝（KfΣPeLZ103）/（UeγAxηe）
＝0.61×132×40×103/660×48.6×25×0.9
＝4.5V
顺槽胶带输送机Z6段电缆的电压损失
ΔUZ6＝（KfΣPeLZ103）/（UeγAxηe）
＝0.75×150×70×103/660×48.6×35×0.9
＝7.8V
破碎机Z7段电缆的电压损失
ΔUZ7＝（KfΣPeLZ103）/（UeγAxηe）
＝0.7×85×100×103/660×48.6×16×0.9
＝12.9V
液压安全绞车Z8段电缆的电压损失
ΔUZ8＝（KfΣPeLZ103）/（UeγAxηe）
＝0.7×22×410×103/660×48.6×25×0.9
＝23.5V
上山胶带输送机Z9段电缆的电压损失
ΔUZ9＝（KfΣPeLZ103）/（UeγAxηe）
＝0.75×160×200×103/660×48.6×35×0.9
＝23.7V
3、计算变压器的电压损失
变压器的电压损失用
ΔUB2%＝SB[Ur%·cosΦpj＋Ux%·sinΦpj]/Se
ΔUB2＝ΔUB2%×U2NT
式中：
SB——变压器负载功率；
Ur%——变压器电阻压降百分数；
Ux%——变压器电抗压降百分数
Se——变压器额定容量
U2NT——变压器二次侧电压
干式变压器KBSG—800/10/1.2
ΔUB2%＝SB[Ur%·cosΦpj＋Ux%·sinΦpj]/Se
＝616.5[0.8×0.7＋4.43×0.714]×100%÷800
＝2.87%
ΔUB2＝2.87%×1200＝34.44V
干式变压器KBSG—500/10/1.2
ΔUB2%＝SB[Ur%·cosΦpj＋Ux%·sinΦpj]/Se
＝315.31[1.08×0.7＋4.83×0.714]×100%÷500
＝2.65%
ΔUB2＝2.65%×1200＝31.8V
矿用KBS7—500/10/0.693
ΔUB2%＝SB[Ur%·cosΦpj＋Ux%·sinΦpj]/Se
＝384[1.13×0.7＋4.23×0.714]×100%÷500
＝2.92%
ΔUB2＝2.92%×693＝20.23V
4、干线电缆的电压损失
干线电缆G1的电压损失
ΔUGMS＝UP1－UB2－ΔUZ
＝117－34.44－（41.21+2.75）
＝38.6V
干线电缆G2的电压损失
ΔUGMS＝UP1－UB2－ΔUZ
＝117－31.8－（27.5+0.55）
＝57.15V
干线电缆G3的电压损失
ΔUGMS＝UP2－UB2－ΔUZ
＝66－31.8－（4.5+7.8＋12.9＋8.7）
＝13.6V
5、满足电压损失的最小截面
A＝
式中：
Kf—负荷系数
ΣPe——电缆所带负荷KW
LZ——电缆实际长度m
Ue——电网额定电压V
γ——电缆导体芯线的电导率m/（Ω.mm2）
——干线电缆的电压损失V
ηe——加权平均效率
满足干线电缆G1电压损失的最小截面
AG1＝
＝
＝29.78㎜2
所以满足干线电缆G1电压损失的最小截面为29.78㎜2
满足干线电缆G2电压损失的最小截面
AG1＝
＝
＝14.06㎜2
所以满足干线电缆G2电压损失的最小截面为14.06㎜2
满足干线电缆G3电压损失的最小截面
AG3＝
＝
＝61.6㎜2
所以满足干线电缆G3电压损失的最小截面为61.6㎜2
6、按长时工作电流进行校验
按长时工作电流对G1电缆进行校验
Ica1＝KdeΣPN103/1.732UNcosφ
＝0.6×616.5×103/1.732×1140×0.9
＝208.1A
查表得70㎜2电缆的长时允许工作电流为215A，所以干线电缆G1的电缆截面取70㎜2。
按长时工作电流对G2电缆进行校验
Ica2＝KdeΣPN103/1.732UNcosφ
＝0.75×354×103/1.732×1140×0.7
＝192.1A
查表得50㎜2电缆的长时允许工作电流为198A，所以干线电缆G2的电缆截面取50㎜2。
按长时工作电流对G3电缆进行校验
Ica3＝KdeΣPN103/1.732UNcosφ
＝0.49×384×103/1.732×660×0.7
＝235A
查表得95㎜2电缆的长时允许工作电流为260A，所以干线电缆G3的电缆截面取95㎜2。
最终选出各段电缆的截面如下：
线路
G1
G2
G3
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
Z7
Z8
Z9
主芯线截面mm2
70
50
95
35
4
25
4
25
35
16
25
35
第六节采区电气设备的选择
一、采区高压开关柜的选择
1、采区高压开关柜的选择的原则
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）根据《煤矿安全规程》规定，矿用隔爆型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所有变电所中，所以配电开关或控制保护高压电动机几变压器用。
3）选用高压开关时，除考虑使用场合外，其额定电压必须符合井下高压电网的额定电压等级，额定电流应不小于所控制负荷的长期工作电流。
4）高压开关在选择使用时，其断流容量不得小于变电所母线上的实际短路容量。
2、选择计算公式及选择条件
1）负荷长期工作电流
In=
=
=69.24A
式中In—长期工作电流，
Sn—受控制负荷计算容量，KVA；
Ue—电网额定电压，KV。
根据负荷的长时工作电流69.24A选择KYGC-Z-25矿用一般手车式高压开关柜。
二、矿用低压隔爆开关选择
1、选择原则
1）矿用一般开关适用于无沼气和煤尘爆炸危险的矿井和无沼气突出的井底车场几主要进风巷道中。
矿用增安型开关适用于有沼气和煤尘爆炸危险的矿井和无沼气突出的井底车场几主要进风巷道和通风良好的硐室中。
2）矿用隔爆型开关可使用于沼气突出矿井的任何地点及有沼气和煤尘爆炸危险矿井的采区进风巷、回风巷道以及采掘工作面。
矿用本质安全型和矿用隔爆兼本质安全型开关的应用范围同矿用隔爆型开关。
3）在选用矿用低压隔爆型开关时，其额定电压必须小于或等于被控制线路的额定电压，其额定电流要大于或等于被控制线路的负荷长期最大实际工作电流。
同时应根据控制线路需要选定过流保护继电器的整
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