童亭煤矿S1095综采工作面供电设计毕业设计.doc

摘要煤矿井下工作环境复杂，矿井的井下供电系统要保证煤矿能够安全供电，维持矿井生产正常运行，减少事故的发生。木文根据童亭矿的特点及生产现状，做出了井下安全供电系统设计。根据开采方法、巷道布置以及选用的机械设备，拟定井下供电系统，确定井下变电所配电点的位置；根据负荷计算选择变压器；选择电缆的长度、型号及芯线截而并进行了校验；选择高低压开关设备、通过计算短路电流整定保护装置，确定了井下保护接地系统；进行了变电所硐室及设备布置，并作出井下供电的经济计算。本设计为童亭煤矿S1095综采工作面供电设计。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，还要满足煤矿安全规程的具体要求和标准。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； 目录摘 要·································································1第一章 绪论···························································4第一节 概述···························································4第二节 主要设备配置···················································4第二章 供电系统的选择确定···········································4第一节 供电变电所·····················································4第二节 供电系统构成···················································5第三章 负荷统计及移动变电站选择····································5第一节 负荷统计·······················································5第二节 移动变电站选择·················································5第四章 电气设备的选型···············································6第五章 高、低压电缆选择与校验······································6第一节高压电缆的选择计算··············································6第二节 3300V系统电缆选型·············································7第三节 按允许电压损失校验电缆截面·····································8第四节 1140V设备电缆选型、校验········································9第六章 短路电流计算··················································13第一节 1回路（煤机）···················································13第二节2回路（工作面运输机供电系统）···································14第三节 2回路（1140V供电系统）·········································15第七章 高压开关的热稳定校验及开关断能力校验······················16第八章 过电流保护装置的整定计算与校验·····························17第一节 移变低馈的整定·················································17第二节 移变高压保护的整定·············································18第三节高爆开关的整定与校验············································19第四节3300VKE3002型开关计算整定······································20第五节 低压馈电开关和启动开关计算整定·································21结束语·································································24参考文献·······························································251 绪论1.1概述S1095工作面位于109采区，其机巷设计长1675米，切眼长166米，机联巷长94米。移变、乳化液泵站等设备安设在S1095机联巷内，这样可便于检修和管理；3台KE3002开关安装在距离工作面100米处的移动配电平板车上；S1095综采工作面供电电源来自S109变电所馈出的两台移变，主要设备电源为3300V和1140V，3300V系统由两台1600KW移变供给，一台带1130KW采煤机组；一台带800KW工作面运输机及两台250KW乳化液泵(其中一台备用)；。1140V系统由一台1000KVA移变供给，带200KW转载机及160KW破碎机及两台45KW排水泵(其中一台备用)、机巷三部2×125KW皮带机。瓦斯电闭锁电源为660V供电系统，闭锁S1095机巷动力电源1#、2#、3#移动变电站。详见供电系统图后附。第二节 主要设备配置1、采煤机：MG-500/1130-WD型双摇臂采煤机 1部2、工作面刮板运输机：SGZ-800/2×400型刮板运输机 1部3、皮带机：STD100/100/2*125 3部4、转载机：SZZ-830/200 1部5、破碎机：PLM-1500 1部6、喷雾泵：BPW-320/6.3 2台(备用一台)7、乳化泵：MRB-315/31.5 2台(备用一台)8、移动变电站：KBSGZY-1000/6 1台 KBSGZY-1600/6 2台第二章 供电系统的选择确定第一节 供电变电所S1095综采工作面位于85陈楼块段109采区，109采区S1095综采工作面供电电源由S109变电所馈出，供电电压为1140V和3300V。 第二节 供电系统构成S1095工作面供电电源由S109变电所馈出，高压电缆由变电所经109大巷到S1095高压配电点；配电后经S1095机巷至S1095综采工作面。供电系统由三台移动变电站供给，配电点位于S1095机联巷内，主要设备电源为3300V和1140V，3300V系统由两台1600KW移变供给，一台带1130KW采煤机组；一台带800KW工作面运输机及两台250KW乳化液泵(其中一台备用)；。1140V系统由一台1000KVA移变供给，带200KW转载机及160KW破碎机及两台45KW排水泵(其中一台备用)、机巷三部2×125KW皮带机。第三章 负荷统计及移动变电站选择第一节 负荷统计：（负荷统计表后附）第二节 变压器的选择1、1#移变的选择（3300V）Kx0.40.6Pe/PN0.40.6×（500/1130）0.67SbPe×Kx/COSpi 1130×0.67/0.71082KVA故选用一台KBSGZY1600/6移动变电站。其额定容量为1600KVA1082KVA，满足供电要求。2、2#移变的选择（3300V）Kx0.40.6Pe/PN0.40.6×（400/1050）0.63SbPe×Kx/COSpi 1050×0.63/0.7945KVA故选用一台KBSGZY1600/6移动变电站。其额定容量为1600KVA945KVA，满足供电要求。3、3#移变的选择（1140V）Kx0.40.6Pe/PN0.40.6×（250/1173.5）0.528SbPe×Kx/COSpi 1173.5×0.528/0.7885KVA故选用一台KBSGZY1000/6移动变电站。其额定容量为1000KVA885KVA，满足供电要求。第四章 电气设备的选型（详见供电系统图）第五章 高、低压电缆选择与校验第一节 高压电缆的选择计算： 1、电缆长度的确定 从采区变电所到移动变电站L200米 2、按长时允许负荷电流选择电缆截面高压1回路至1（1600KVA）移变：IfhP×KX×103/×cos×pi×Ue（1130×0.67×103）/（1.732×0.7×0.9×6000） 115.6A 初选MYJV226 3×50 型矿用6KV交联聚乙稀电缆。 Iy=173AIfh115.6A高压2回路至2（1600V）移变和3（1000KVA）移变： IfhP×KX×103/×cos×pi×Ue （1050×0.63×103）+（1173.5×0.528×103）/（1.732×0.7×0.9×6000） 195.7A 初选MYJV226 3×95型矿用6KV交联聚乙稀电缆。 Iy275AIfh195.7A 3、按经济电流密度校验AjIfh/IJ 1回路：AjIfh/IJ115.6/2.2551mm250mm2 所选电缆截面满足要求 2回路：AjIfh/IJ195.7/2.2587mm295mm2 所选电缆截面满足要求 4、热稳定校验电缆截面： 依据矿井保护计算说明书，109采区变电所6KV母线上最大短路容量为30MVA其最大三相稳态短路电流为I(3)Sd/（1.732×U）（30×106）/（1.732×6000）2886.8A AminI(3)tj /C C：热稳定系数165tj：短电流的假想时间0.7S 则Amin2886.8×0.7/16546.3mm2 故所选50mm2和95mm2高压电缆能满足供电热稳定要求。第二节 3300V系统电缆选型 3300V系统选用两台KBGZY1600/6移变，其中一台控制采煤机。 pe1130KW 另一台移变控制工作面运输机及一套乳化泵 pe800+2501050KW（一）、1移变馈出主干线选择IKxP/（1.732×Ue×cos）0.67×1130/（1.732×3.3×0.7）189.2A 考虑组合开关KE3002进线喇叭嘴进线最大线径，故馈出线选用两根 MYPT-1.9/3.33×50+3×25/3 mm2 电缆共同供电。 I189.2A 2Iy2×173346A满足要求（二）、2移变馈出主干线选择 1、至乳化液泵 IKxP/（1.732×U×cos）0.7×250/（1.732×3.3×0.7）43.7A 故选用一根MYPT-1.9/3.33×50+3×25/3 mm2电缆供电。 I43.7A Iy173A满足要求 2、至工作面刮板机 IKxP /（1.732×U×cos）0.7×800/（1.732×3.3×0.7）140A 考虑组合开关KE3002进线喇叭嘴进线最大线径，故馈出线选用两根MYPT-1.9/3.33×50+3×25/3 mm2 电缆共同供电。 I140A 2Iy2×173346A满足要求（三）、采煤机负荷支线的选择 IzKxP/（1.732×U×cos） 0.67×1130/（1.732×3.3×0.7） 189.2A 故选用MCPTJ1.9/3.33×95+1×25+3×2.5采煤机专用橡套电缆。 L300m。 Iz189.2A Iy273A满足要求（四）、运输机支线的选择 IzP/（1.732×Ue×cos）400/（1.732×3.3×0.85）82.3A 故选用MCP1.9/3.33×35+1×16+4×4 机尾两根300m，机头两根100m。 Iz82.3AIy138A满足要求（五）、乳化泵支线的选择 IzP/(1.732×Ue×cos)250/(1.732×3.3×0.85)51.5A 故选用MCP1.9/3.33×35+1×16+4×4 L20m Iz51.5A Iy113A满足要求第三节 按允许电压损失校验电缆截面采区用电设备一般属于间歇性负荷。 允许电缆损失为UyU2e0.95U34500.95×3300315V1600KVA移变阻抗：R0.0451 X0.272 根据以上数值计算： Ub1Kx×Pe(R+Xb×tan)/Ue 0.67×1130×（0.04510.272×1.02）/3.3 74V Ub2Kx×Pe(R+Xb×tan)/Ue 0.63×1050（0.04510.272×1.02）/3.3 64.7V煤机干线电压损失：Ug1.732 Ig Lg(Rocox+Xosin) 1.732×189.2×（1.6/2）× (0.412×0.7+0.068×0.71) 88V刮板机干线电压损失：Ug1.732 Ig Lg(Rocox+Xosin) 1.732×160×（1.6/2）× (0.412×0.85+0.075×0.53) 86V 支线电压损失： UzPe×L/D×S×Ue （由于电抗值较小，计算时只考虑电阻） 式中Pe：负荷额定功率 S：电缆截面 D：电缆电导率煤机： Uz(1130×300×103)/(53×95×3300) 20V工作面刮板机（尾）损失： Uz(400×300×103)/(53×35×2×3300) 9.8V工作面刮板机（头）损失： Uz(400×100×103)/(53×35×2×3300)3.3V所以有：煤机电机端子压降：U74+88+20182Uy 315V满足运输机尾电机端子压降：U64.7+86+9.8160.5VUy 315V满足运输机头端子压降：U64.7+86+3.3154Uy 315V满足乳化泵因距移变距离较近，故不校验压降。第四节1140V设备电缆选型、校验（一） 、1140V系统采用一台KBSGZY1000/6移变供电，带喷雾泵、三部皮带机。1、 皮带机干线：IKxPe /（1.732×Ue×cos）250/（1.732×1.14×0.85）149A 选用MYP0.66/1.14 3×95+1×25mm2电缆。 I149A Iy275A 满足要求2、破碎机、转载机、排水泵干线：IKxPe /（1.732×Ue×cos） (0.7×405)/（1.732×1.14×0.85）169A故选用一根MYP0.66/1.14 3×95+1×25mm2电缆。I169A Iy273A 满足要求（二）、各负荷支线选择 1、喷雾泵： IzPe /（1.732×U×cos） 45/（1.732×1.14×0.85） 25.4A选用一根MYP0.66/1.143×16+1×10mm2电缆 L50mIz25.4A Iy85A 满足要求 2、皮带机： IzKxPe /（1.732×Ue×cos） 125/（1.732×1.14×0.85） 74.5A 选用一根MYP0.66/1.143×35+1×16mm2电缆 L20mIz74.5A Iy138A 满足要求 3、张紧绞车： IzPe /（1.732×U×cos）5.5/（1.732×1.14×0.85） 3.3A选用一根MYP0.66/1.143×4+1×4mm2电缆 L20mIz3.3A Iy36A 满足要求 4、转载机： IzPe /（1.732×U×cos） 200/（1.732×1.14×0.85） 119A故选用根MYP0.66/1.143×50+1×16mm2电缆L50m Iz119A Iy173A 满足要求5、破碎机： IzPe /（1.732×U×cos） 160/（1.732×1.14×0.85） 95.3A选用一根MYP0.66/1.143×35+1×16mm2电缆 L50m Iz95.3A Iy138A满足要求6、排水泵： IzPe /（1.732×U×cos）45/（1.732×1.14×0.85） 25.4A选用一根MYP0.66/1.143×16+1×10mm2电缆 L50mIz25.4A Iy85A 满足要求 7、回柱绞车： IzPe /（1.732×U×cos）18.5/（1.732×1.14×0.85） 11A选用一根MYP0.66/1.143×16+1×10mm2电缆 L50mIz11A Iy85A 满足要求(三)、电缆截面的校验按正常允许电压损失检验、系统允许损失电压UU2n0.95Ue12000.95×1140117V整个系统电压损失为UUb+ U+UZ1000KVA 3#移变电压损失为：U2e1200VR0.0101 X0.0931根据以上数值计算： Ub3Kx×Pe(R+Xb×t)/Ue 0.528×1173.5×（0.01010.0931×1.02）/1.2 54.2V1、至破碎机、转载机、排水泵电缆干线L1600M Ug=1.732Ig×Lg（ROcosX0sin）1.732×169×0.8×（0.23×0.70.075×0.71）50V2、转载机支线电压损失L50M：UX1Pe×L/D×S×Ue200×50/（53×50×1.14）3.31V3、破碎机支线电压损失：UX2Pe×L/D×S×Ue160×50/（53×35×1.14）3.78V4、排水泵支线电压损失：UX3Pe×L/D×S×Ue45×50/（53×16×1.14）2.32V5、回柱绞车支线电压损失：UX3Pe×L/D×S×Ue18.5×50/（53×16×1.14）0.96V6、三部皮带机干线损失： Ug=1.732Ig×Lg（ROcosX0sin） 1.732×149×1.02×（0.23×0.70.075×0.71） 56.1V7、皮带机支线电压损失：UX3Pe×L/D×S×Ue250×20/（53×35×1.14）2.4V所以有：U（转载机）54.2503.31107.5V117V（合格）U（破碎机）54.2503.78108V117V（合格）U（喷雾泵）54.2502.32106.5V117V（合格）U（回柱绞车）54.2500.96105.2V117V（合格）U（三部皮带机）54.256.12.4112.7V117V（合格）一部、二部皮带机供电距离较近，故不需再校验压降。第六章 短路电流计算第一节1回路（煤机）依据矿井保护计算说明书，变电所母线短路容量为30MVA则XxUP/S=6.32/301.323 折算到3.3KV侧Xx（3.45/6.3）2×1.3230.39675 50 mm2 6KV 高压电缆 L200米 R00.429 X00.063 所以 R， 0.429×0.20.0858 X， 0.063×0.20.0126折算到3.3KV侧 RR，×（3.45/6.3）20.0858×（3.45/6.3）20.0257 X X，×（3.45/6.3）20.0126×（3.45/6.3）20.0038 1600KVA移动变电站的阻抗 Rb0.0451 Xb0.272煤机干线电缆阻抗50mm2 双根并用L1.6kmR00.412 X00.075 R0.412×0.80.3296X0.075×0.80.06煤机支线电缆阻抗95mm2一根L0.3kmR00.217 X00.069R0.217×0.30.0651X0.069×0.30.0207所以采煤机电机端子两相短路电流：R0.0257+0.0451+0.3296+0.06510.4655X0.39675+0.0038+0.272+0.06+0.02070.753Id1(2)Up/2(R2+X2)3450/2×（0.46552+0.7532）1948 A 移变二次侧短路电流：R0.0257+0.04510.0708X0.39675+0.0038+0.2720.673 Id2(2)Up/2(R2+X2)3450/2×（0.07082+0.6732）2551 A 第二节2回路（工作面的运输机供电系统） 依据矿井保护计算说明书，变电所母线短路容量为30MVA则XxUP/S=6.32/301.323 折算到3.3KV侧Xx（3.45/6.3）2×1.3230.39675 95 mm2 6KV 高压电缆 L200米 R00.226 X00.06 所以 R， 0.226×0.20.0452 X， 0.06×0.20.012折算到3.3KV侧 R R，×（3.45/6.3）2 0.0452×（3.45/6.3）20.0136 X X，×（3.45/6.3）20.012×（3.45/6.3）20.00361600KVA移动变电站的阻抗：Rb0.0451 Xb0.272刮板机干线电缆阻抗50mm2 双根并用L1.6kmR00.412 X00.075 R0.412×0.80.3296X0.075×0.80.061、刮板机机头支线电缆阻抗35mm2一根L0.1kmR00.683 X00.084R0.683×0.10.0683X0.069×0.10.0069所以刮板机机头电机端子两相短路电流：R0.0136+0.0451+0.3296+0.06830.4566X0.39675+0.0036+0.272+0.06+0.00690.739Id3(2)Up/2(R2+X2)3450/2×（0.45662+0.7392）1985A 2、刮板机机尾支线电缆阻抗35mm2一根L0.3kmR00.683 X00.084R0.683×0.30.2049X0.069×0.30.0207所以刮板机机尾电机端子两相短路电流：R0.0136+0.0451+0.3296+0.20490.593X0.39675+0.0036+0.272+0.06+0.02070.753Id4(2)Up/2(R2+X2)3450/2×（0.5932+0.7532）1800A 3、乳化泵干线电缆阻抗50mm2L0.05km R00.412 X00.075 R 0.412×0.050.0206 X 0.075×0.050.00375乳化泵支线电缆阻抗35mm2 L0.02kmR00.683 X00.084R0.683×0.020.01366X0.084×0.020.00168所以乳化泵电机端子短路电流：R0.0136+0.0451+0.0206+0.013660.093X0.39675+0.0036+0.272+0.00375+0.001680.678 Id5(2)Up/2(R2+X2)3450/2×（0.0932+0.6782）2521A第三节2回路（1140V供电系统）（一）1140V供电系统用查表法计算短路电流：1、 经计算S109采区变电所6KV母线上短路容量为27.79MVA（见井下保护整定计算书），为计算方便取30 MVA，折算到1140V侧电缆换算长度Lx=105.4(查表得)1140V供电系统短路电流计算表短路点编号电缆换算长度(M)两相最小短路电流Ad6LH=105.4200×0.01810×0.036800×0.53=533.42112d7LH=105.4200×0.01810×0.03620×0.53=1204956d8LH=120120×0.5320×1.37=2113949d9LH=120120×0.532+20×11.97=4252524d10LH=120500×0.5320×1.37=412.42582d11LH=120500×0.532=3872706d12LH=120500×0.532+20×11.97=626.41849d13LH=1201020×0.5320×1.37=6881707d14LH=1201020×0.532+20×11.97=9021343d15LH=533.450=583.41963d16LH=533.450×1.37=6021912d17LH=533.450×3.01=6841715d18LH=1201020×0.532=662.61762第七章 高压开关的热稳定校验及开关断能力校验S109变电所母线短路容量为30MVA则Id（3）Sd/(1.732×Up)30/（1.732×6.3） 2.749KAich2.55×Id1(3)2.55×2.7497KAIch1.52×Id1(3)1.52×2.7494.18KA开关额定短路开断电流为：10KA4.18KA合格开关额定短路关合电流为：25KA7KA 合格第八章 过电流保护装置的整定计算与校验第一节 移变低馈的整定（一）、过负荷保护的整定1#移变：（1600KVA） Igz105×2+5.96+12.7=228.66A移变低压侧采用的是BXBD-500/3300型隔爆低压保护箱，额定电流为500A，其实际整定值为：待添加的隐藏文字内容3Igz250A228.66A 合格2#移变：（1600KVA） Igz2×88.77+52229.54A移变低压侧采用的是BXBD-500/3300型隔爆低压保护箱，额定电流为500A，其实际整定值为：Igz230A229.54A 合格3#移变：（1000KVA） Igz1173.5×0.528/(1.732×1.14×0.85)=369A移变低压侧采用的是BXBD-800/1140型隔爆低压保护箱，额定电流为800A，其实际整定值为：Igz380A369A合格（二）、短路保护的整定1#移变： Idz105×7+105+5.96+12.7=871A开关短路保护装置整定范围为310倍的开关额定电流，将短路整定电位器调在4倍位置，此时短路保护的实际整定值为：Idz4×250=1000A871A 满足要求2#移变 双速电机，刚开始是机尾400KW低速启动，然后是机头400KW低速启动，再经过18-25S切换到高速。Idz88.778×2×6+52=1117A根据开关保护动作范围，将其调在5倍位置上，其实际整定值为：Idz=5×230=1150A1117A 满足要求3#移变 Idz（250×5+923.5×0.7）/(1.732×1.14×0.85)=1130A开关短路保护装置整定范围为3-10倍的开关额定电流，将其调为5倍，其实际整定值为：Idz3×380=1140A1130A 满足要求（三）、灵敏度校验：1#移变 KId1（2）/IZ=1948/10001.951.5 满足要求2#移变 KId4（2）/IZ=1800/11501.571.5 满足要求3#移变 KId6（2）/IZ=2112/11401.851.5 满足要求第二节 移变高压保护的整定（一）、过负荷保护的整定1#移变：（1600KVA） Igz（105×2+5.96+12.7）/1.74=131.4A取Igz145A131.4A Igz145A250/1.74=144A 合格2#移变：（1600KVA） Igz(2×88.77+52)/1.74132A取Igz145A132A Igz145A230/1.74=132A 合格3#移变：（1000KVA） Igz（1173.5×0.528）/(1.732×6×0.85)=70取Igz85A70A Igz75A380/5=76A合格（二）、短路保护的整定1#移变： Idz(105×7+105+5.96+12.7)/1.74=501A开关短路保护装置整定范围为3-10倍的开关额定电流，将短路整定电位器调在4倍位置，此时短路保护的实际整定值为：Idz4×145=580A1000/1.74=574A501A 满足要求2#移变: Idz(88.778×2×6+52)/1.74=642A根据开关保护动作范围，将其调在5倍位置上，其实际整定值为：Idz=5×145=725A1150/1.74=661A642A 满足要求3#移变 Idz1130/5=226A开关短路保护装置整定范围为3-10倍的开关额定电流，将其调为3倍，其实际整定值为：Idz3×85=255A226A Idz255A1140/5=228A 满足要求（三）、灵敏度校验：1#移变 KId2（2）/IZ=2551/(580×1.74)2.531.5 满足要求2#移变 KId5（2）/IZ=2521/(725×1.74)2.01.5 满足要求 3#移变 KId7（2）/