煤矿供电系统毕业设计.doc

毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目： 煤 矿 供 电 系 统 设 计 姓 名： 学 号： 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业班级 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： 煤矿供电系统设计 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日目录前言.1设计原始资料.21.1全矿概貌.21.2采区资料.2第一章 一般规定.3第二章 采区变电所的变压器选择.41.1采区负荷计算.41.2变压器容量计算.41.3变压器的型号、容量、台数的确定.5第三章 采区变电所及工作面配电所位置的确定.63.1采区变电所位置.63.2工作面配电点的位置.63.3移动变电站位置确定.63.4工作面配电点位置的确定.73.5采区变电所硐室及设备布置.7第四章 采区负荷统计计算及设备的选择.84.1采区负荷统计计算及移动变电站台数的选择.84.2移动变电站台数的确定.114.3高低压电缆的选择.134.3.1井下高压动力电缆的选择确定.134.3.2采区低压动力电缆的选择.15 第五章 短路电流的计算.205.1高压电网短路电流的计算.205.1.1计算短路电流的目的.205.1.2画出短路系统计算电路图.205.2低压电网短路电流的计算.225.2.1计算短路电流的目的.225.2.2短路电流的计算.22第六章 采区高低压开关的选择与整定.256.1高压开关的选择.256.1.1选择原则.256.1.2型号与台数的确定.256.2低压隔爆开关选择.266.2.1选择原则.266.2.2型号与台数的确定.266.3井下过电流保护的整定.286.3.1保护装置的整定原则.286.3.2保护装置的整定计算.29第七章 井下漏电保护及井下保护接地系统.317.1井下漏电保护目的及要求.317.2漏电继电器的整定动作电阻.327.3井下保护接地系统的目的及要求.327.4井下接地系统.33结束语.34参考文献.35前 言在即将毕业之际，根据教学大纲安排，完成毕业论文及设计、做好毕业答辩工作，我到了大同同煤集团雁崖矿参加毕业实习。此次实习任务，除了对该煤矿作业过程及对矿井各设备的了解，还须收集矿井原始资料，并以其为依据，对矿井采区作供电系统的设计。本设计分为三大部分，第一部分为原始资料，第二部分为设计过程，第三部分为参考资料，书中着重讲述采区供电系统中各电气设备的设计过程，如高压配电箱、变压器。电缆的选择方法，并对其的整定及校验，书中详细叙述了电缆及设备的选择原则，井下供电系统采取各种保护的重要性，简明易懂。本设计方案符合煤矿安全规程、煤矿工业设计规范，坚持从实际出发、联系理论知识，在设计过程中，通过各方面的考虑，选用新型产品，应用新技术，满足供电的可靠性、安全性、经济性及技术合理性。通过设计，让我了解了矿山的概况,了解了煤矿供电系统运行和供电设备管理情况和煤矿生产管理的基本知识，使自己具有一定的理论知识的同时，又具有较强的实际操作能力及解决实际工程问题的能力，根据新采区的实际情况，在老师和单位技术员的指导下，并深入生产现场，查阅了有关设计资料、规程、规定、规范。听取并收录了现场许多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设计计算与分析。本次设计承马强老师的指导和大力支持，在此表示深深的谢意！ 编者 设计原始资料一、全矿概貌1、地质储量1000万吨；2、矿井生产能力：设计能力100万t/年，实际数105万t/年；3、年工作日：300天，日工作小时：24小时；4、矿井电压等级及供电情况：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。二、采区资料 1、采区概况：采区设计年产量6万吨，水平标高从+830至+755，下山道两条，一条轨道下山，一条人行下山，倾角为25°；分4个区段开采，方式为炮采，区段高20-30m。整个采区现为一掘两采。 2、支护方法：掘进点向上山，石门及全岩巷道，以锚喷为主，工作面采用木支护。 3、煤炭运输系统： 工作面落煤经溜槽到1T矿车，由电车运至井底车场，将煤到入漏煤眼，最后由皮带拉到地面。 4、采区通风：新鲜风流由+730副斜井进风+755运输大巷轨道上山采区工作面采区回风巷人行上山+825回风平峒+875抽风机房。 5、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。第一章 一般规定第一条：所有工种在进行作业前，都必须对所使用的工具、机具进行一次详细检查，对工作环境设备运转情况等情况都应进行检查。第二条：作业使用的工具、机具若不完好或承载能力不够均应及时更换，或采取措施后，方可使用。第三条：作业环境围岩顶帮有零皮、浮矸等必须用长柄工具进行处理。作业过程可能触及的运转设备或带电设施应将设备停止运转、停电或采取遮挡措施。第四条：作业人员在作业过程中，工作位置应保证不发生意外，不伤害自己、又不伤及他人。第五条：坚持作业过程中的自保、互保、联保、全保制度。第六条：所有作业人员必须做到持证上岗。第七条：所有作业人员，入井必须佩带自救器、矿灯、安全帽，严禁携带烟火等易燃、易爆品，严禁酒后入井。第二章 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，列出采区电气设备技术特征如表1-1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台数设备名称设备型号上山绞车JT1600/12241103801212420.860.931照明1.2127煤电钻MZ2-121.21279540.790.7952回柱绞车YB3160M-41166014.5870.840.8852喷浆机YB112M-446605.0830.50.800.851局部扇风机BKY60-446604.732.90.800.856耙斗装岩机Ybb-10-41166012.172.60.750.801充电机KGCA10-90/4016660210.750.8832.2 变压器容量计算1.+830水平绞车变电所变压器容量：ST1 =Pe1×Kx×Kc /cospj=111.2×0.4×1/0.6=74.13 KVA式中：cospj 加权平均功率因素，根据煤矿井下供电设计指导（以下简称设指）表1-2查倾斜炮采工作面，取cospj =0.6；Kx需要系数，参见设指表1-2，取Kx=0.4；Kc采区重合系数，供一个工作面时取1，供两个工作面时取0.95，供三个工作面时取0.9，此处取1；Pe1+830绞车电动机与照明的额定容量之和；Pe1110+1.2=111.2 kw2.+830水平采区变电所变压器容量:ST2 =Pe2×Kx×Kc/cospj=111.4×0.4×0.9/0.6=66.84 KVA式中：cospj 加权平均功率因素，根据煤矿井下供电设计指导表1-2查倾斜炮采工作面，取cospj =0.6；Kx需要系数，参见设指表1-2，取Kx=0.4；Pe2由+830水平采区变电所供电的+805、+775、+755水平的所有电动机额定容量之和；Pe24×6+11×2+1.2×2+16×3+4+11=111.4 kw2.3 变压器的型号、容量、台数的确定根据Ste>St原则，查煤矿井下供电的三大保护细则表3-1选型号为KS9-100/6/0.4 变压器一台，用于绞车与照明的供电，选型号为KS9-100/6/0.69变压器一台,用于三个工作面设备的供电。其技术特征如表1-2所示。表22 变压器技术数据型号额定电压（V）额定容量Se(KVA)阻抗电压（）损耗（W）线圈阻抗（）重量（KG）参考价格 /元一次二次UdUrUx空载短路RXKS9-100/66000400/69010041.453.7328014500.0233/0.06900.0597/0.177525004万第三章 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：含春第二变电所人行上山+825采区变电所+830绞车峒室；P2配电点：+825采区变电所+805水平采区配电点；P3配电点：+825采区变电所+775水平采区配电点；P4配电点：+825采区变电所+755水平运输巷掘进配电点。3.3移动变电站位置确定2移动变电站是由特制的高压配电箱，干式变压器和低压配电装置组成的整体，安放在平车上，可在平巷的轨道上移动。采用移动变电站供电的优势是缩短低压供电距离，减少电压损失，随工作面的移动而移动。一般用于综采工作面供电。 移动变电站一般设置在工作面平巷，距工作面150m-300m，工作面每向前推进100m-200m,变电站向前移动一次，使综采工作面的低电压供电距离不超过500m。移动变电站的设置原则是靠近负荷中心，同时考虑安全性和经济性。设置在运输平巷，其优点是靠近负荷中心；缺点是加大巷道断面，增大开拓费用和维护费用。设置在回风平巷，其优点是不需要专设轨道和增大巷道断面；缺点是远离运输平巷的输送机，而且在专用回风巷内不得设置移动变电站。设置在下一个工作面的回风平巷与本工作面运输平巷的联络巷内，其优点是既能位于负荷中心，又不需增大巷道断面；缺点是必须在采掘可以衔接的情况下选用。设置在运输平巷的入口处轨道上山与材料上山的联络巷内，其优点是不需要增大巷道断面；缺点是距离工作面较远，在供电质量满足要求的情况下选用。 本设计采用布置方式的第一种，设置在运输平巷中。3.4工作面配电点位置的确定2 工作面配电点是将移动变电站送来的1140V或660V电能分配给采区工作面或掘进工作面的用电设备。1）工作面配电点的位置及设备布置： 为保证安全，采煤工作面配电点一般设在距工作面50m-70m处的巷道中，工作面设备的控制开关应放在工作面配电点，采用远方控制。本次设计把采煤工作面配电点设置距工作面70m处巷道内。2）配电点开关的设置： 工作面配电点设在控制工作面各种设备的电磁启动器以及煤电钻综合保护装置处。3台以及以上开关的配电点都需要设置自动馈电开关。实现断电检修和维护，保证人身安全。3.5采区变电所硐室及设备布置1）对硐室的要求： 采区变电所硐室必须用耐火材料建筑，硐室出口附近地区5m之内的巷道支架应用耐火材料支护。 硐室出口处必须设置两重门，既铁板门和铁栅门，铁栅门在平时关闭，铁板门平时向外敞开，当硐室内发生火灾时，铁板门应能自动或手动关闭。 为了通风良好，煤矿安全规程6规定硐室长度超过6m时，必须在硐室两端各设一个出口，硐室内最高温度不得超过巷道中温度的5。 硐室内敷设的电缆，根据煤矿安全规程6规定要将黄麻外皮剥除掉，同时应定期在铠装层上加涂防锈油漆，硐室内应设有砂袋，砂箱及干式灭火器材。2）硐室内设置布置的要求： 硐室内的高低压配电设备应分开设置，其间应留有大于0.8m的过道，电缆线路沿硐室墙壁敷设。 硐室内所有电器设备的外壳要求有良好的接地，接地干线沿硐室内墙壁敷设，距地面一般0.5m，接地极埋设在附近水沟硐室中或有潮湿的地段，接地干线与井下主接地系统相联。变电所硐室尺寸，按设备数量及布置方式确定，一般不留设备位置。硐室内一不设电缆沟，电缆沿墙壁挂设。穿过硐室密门处需用60mm的 焊接钢管保护。硐室内照明设备采用KBY-15型15W127V的照明灯，灯距为4m，采用V-1000型电缆沿硐室拱顶敷设。硐室内高压电气设备必须在明显处挂有“高压危险”的告示牌，在硐室入口处应挂有类似告示牌，无人值班的硐室必须关门加锁。安装在巷道内的移动变电站或平车上的综合机械化采煤工作面的机电设备，对突出部分应根据煤矿安全规程6与巷道支护之间的距离不小于0.25m，同输送机的距离应满足设备检查、检修的需要，并不得小于0.7m。第四章：采区负荷统计计算及设备的选择使用采区变电所负荷统计，根据采区开拓、开采方法、系统的运行方式、负荷原则首先确定每台变压器担负的负荷进行负荷统计列表3-1。用需要系数法统计：由于工作条件的变化用电设备实际负荷随时都在变化，又由于生产环节的不同，在一组电气设备中，同时工作的实际台数可能小于其总台数。所以每组用电设备总的实际负荷P，总是小于该组总的额定负荷Pn。将实际负荷与额定负荷的比值用需用系数Kde 表示。4.1采区负荷统计计算级移动变电站台数的选择表4-1移动变电站的选择结果及负荷统计负荷名称设备台数用电设备额定容量（kw）额定电压U需用系数功率因数计算负荷工作电流备注有功功率/KW无功功率Kvar视在功率KVA额定电流A计算电流A工作面设备选一台KBSGZY-800/6型隔爆移动变电站采煤机1170211400.86100.12可弯曲刮板输送机1110211400.8568.62乳化泵14511400.8326.8转载机111011400.8565.5皮带机142211400.8623.52工作面变压器计算负荷79511400.640.7537.6548.5768380变压器损耗3.4922.14工作面计算负荷79511400.680.7541.09551.9772.9874.3顺槽的设备选一台KBSGZY-315/6型隔爆移动变电站可伸缩带式输送机11256600.8632.9调度绞车311.436600.8712.9回柱绞车1176600.8519喷雾泵站1306600.8431.24煤电钻11.26600.833.2顺槽变压器 计算207.46600.760.7157.6160.7225.1196.8变压器损耗1.689.5顺槽的计算负荷207.460000.760.7159.3162.7227.521.91#综采工作面负荷计算1002.46000700.6714.41000.4896.21#综采工作面计算负荷1002.460000.690.7700.6714.41000.4896.2Kde=0.4+0.6式中：Pnmax所带负荷中容量最大的一台电动机额定功率KW Pn所带负荷的额定功率之和根据需用系数即可求出成组负荷，称之为计算负荷Pca,其计算公式为： Pca=ked·Pn 式中：Pca成组负荷的计算功率 KW Kde成组负荷的需用系数成组负荷的计算： 第一组： Kde=0.4+0.6=×0.6+0.4=0.64KW Pn= 170×2+110×2+40×2+45×2+110=840KW Pca= KdePn=0.64×840=537.6KW 第二组计算方法同上，结果为： Pca=157.62KW变压器（移动变电站）型号的选择确定原则：在确定移动变电站型号时，应考虑国产矿用变压器的电压等级和容量，同时应根据巷道断面、运输条件及备用容量等因素，对选用方案进行经济比较，选取最佳方案。矿用动力变压器：目前我国煤矿井下主变电所及采区变电所内使用的动力变压器主要是KSJ及KSJL系列。均为矿用一般型设备，允许安装在无易燃，易爆性气体的环境中。矿用隔爆型干式变压器：KSG及KSGLZ系列矿用隔爆干式变压器主要用于有易燃及易爆性危险的场合，如井下采掘工作面等处。KSGB矿用隔爆型干式变压器用于有甲烷混合气体和煤尘，具有爆炸危险的矿井中，作为煤矿井下综合机械化采掘成套设备的主要供配电装置。隔爆移动变电站：KBSGZY型矿用隔爆千伏级移动变电站是根据我国煤矿井下采煤方式，由炮采及普通机械化采煤逐渐向综合机械化发展的需要而研制的一种成套高档供电设备，该设备即可用于综合机械化采煤工作面，也可在普通机械化660V采区推广。4.2移动变电站的台数的确定移动变电站的容量选择：1移动变电站输出电压为0.692KV，给SSJ1000/125型可伸缩带式输送机、JD11.4调度绞车、JH-14J回柱绞车、XPB250-55型喷雾泵、B280-2.5煤电钻供电。2# 移动变电站输出电压为1.2kv，给SML3-340型采煤机，SGD630/220可弯曲刮板输送机，SDJ800型固定带式输送机，顺槽转载机，XR213-45型乳化泵。选择向工作面供电的移动变电站（2#移动变电站）: Kde=0.4+0.6 计算需用系数 （2-3） P=170×2+110×2+40×2+45×2+110=840kW K=0.4+0.6=KWPs容量最大的电动机的额定功率（因两台电动机同时启动故按一台对待） Sca Ica= wm变压器负载的加权平均功率因数，查表2-2得wm=0.7工矿企业供电7查表选择KBSGZY-800/6型隔爆移动变电站1台，其额定容量Sn.t=800，额定电压为6KV/1.2KV选择向顺槽供电的移动（1#移动变电站）计算方法同上，查表选择KBSGZY-315/6型隔爆移动变电站一台，其额定容量S=315，额定电压为6/0.693KV 。 KBSGZY-800/6型移动变电站的计算 移动变电站的负荷率： 移动变电站的有功损耗： =2.3+5.2×0.482 =3.49移动变电站的无功率损耗 : = =22.14KBSGZY-315/6型移动变电站的计算:移动变电站的负荷率： 移动变电站的有功损耗： =1.4+2.2×0.362 =1.68移动变电站的无功损耗： = =7.875+1.632=9.64.3高低压电缆的选择4.3.1井下高压动力电缆的选择确定一井下高压电缆选择确定原则 1）按经济电流密度计算选定电缆截面，对于输送容量较大，年最大负荷利用小时数较高的高压电缆尤其应按经济电流密度对其截面进行计算。 2）按最大持续负荷电流校验电缆截面，如果向单台设备供电时，则可按设备的额定电流校验电缆截面。 3）按系统最大运行方式时，发生的三相短路电流校验电缆的热稳定性，一般在电缆首端（馈出变电所母线）选定短路点。 4）按正常负荷及有一条电缆发生故障时，分别校验电缆的电压损失。 5）固定敷设的高压电缆型号应该按以下原则确定： 在立井井筒倾角45°及其以上的井道内，应采取钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢丝铠装交联聚乙烯绝缘电缆。 在水平巷道或倾角45°以下的井巷道内，采用钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电缆钢丝铠装交联聚乙烯绝缘电缆或钢带铠装铅包纸电缆 在进风斜井下，井底车场及其附近，主变电所至采区变电所之间的电缆，可以采用铝芯，其他地点必须采用铜芯电缆。 移动变电站应采用监视型屏蔽橡胶电缆。二 选择计算步骤1 确定电缆的长度：根据电缆长度的确定原则，确定电缆的长度：以采区变电所，移动变电站和采煤机的供电为例。确定电缆的长度。从采区变电站到移动变电站电缆的长度： L=20+20+1000-150=890M 从中央变电站到配电所的长度是： L=1.1×6000=6600M2 采区变电所至第一台变压器之间的电缆选择（1000m）按工作条件选电缆型号：见工矿企业供电7P157页表76，选MYPTJ型电缆。按经济电流密度选定电缆截面 (3-1) 式中：A 导线经济截面积 线路正常工作时最大长时工作电流/A 经济电流密度A/ (3-2) 式中: 负荷统计表总容量 根据工矿企业供电7P171取2.25A/=43.5选取标准截面积50电缆按长时最大工作电流校验:50电缆工作电流148A=96.8A按允许电压损失校验：高压配电线路允许电压损失取5%。中取0.75电压损失为： =60000.05=300V线路实际电压损失为： U=IR=I 式中：I 高压电缆最大长时工作电流/A R 各线段单位长度电阻/kM S 各线段的导线截面 L 各线段的导线的长度kM 电缆芯线的导电率/m. U=V按短路条件校验热稳定性要求 SS = 式中 I 电缆首端最大运行方式时的三相短路电流为9.6kA。 C 导体材料的热稳定系数C=，它与导体的电导率、密度、热容量和最大短时允许温升有关。短路电流的假想作用时间，s。S=42.5故S=50S=42.5合格满足要求。4.3.2 采区低压动力电缆的选择 正确的选择低压动力电缆的型号，直接关系到供电的安全性、可靠性和经济性。一选择确定原则 1）在正常工作时电缆芯线的实际温度不得超过绝缘所允许的最高温升，否则电缆将因过热而缩短其使用寿命或迅速损坏。电缆芯线的实际温升决定它所流过负荷电流，因此，必须保证实际流过电缆的最大长时工作电流不超过它所允许的负荷电流。 2）正常运行时电缆线路的实际电压损失必须不大于网路所允许的电压损失，其端电压不得底于额定电压的95%。否则电动机等电气设备将因电压过低而过流，甚至过热而烧毁。 3）距离电源最远、容量最大的电动机时，因启动电流过大而对电网造成的电压损失也最大。因此必须校验大容量电动机启动时，是否能保证其他用电设备所必须的最低电压，即进行启动条件校验。 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。根据现场长期工作经验，对不同用电设备要求电缆机械强度的允许截面见表223。采区经常移动的橡胶电缆支线的截面选择，一般按机械强度求的最小截面选取即可，不必进行其它项目的校验。对于干线电缆，则必须首先按允许电压损失计算确定电缆截面，然后再按长时允许电流及启动条件进行校验。 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和电动力稳定性均能满足其要求，因此不必再进行短路时的热稳定校验。选择计算步骤：低压支线电缆的选择：根据煤矿井下供电设计指导21章2节所拟定的供电系统，确定系统中各段的电缆长度，在确定电缆长度时，橡胶电缆按10%余量考虑，铠装电缆按5%余量考虑。第一台移动变电站到采煤机的电缆的选择根据工矿企业供电7P172表720，选择满足机械强度的最小截面为75。采煤机的额定电流为200A，根据工矿企业供电7P165表712，选择满足其电流的值选择截面70，其载流量为205A额定电流200A，允许长时允许电流。考虑到用电设备的实际负荷一般均小于其额定负荷，所以选择70的电流是合适的。再考虑到控制上的要求，最后确定选用MCP0.66/1.14370+135+36型采煤机用屏蔽橡套软电缆。从移动变电站供电的电缆，一般每段长100m。用插销式电缆连接器连接，这样可随移动变电站的移动方便的将电缆拆除或接入，所以选9段，总长度900m，考虑到电缆中间有8个接头及其两端与移动变电站的选择 ，电缆所需总长度为890+69=944m。因此选择总长度为1000m的电缆满足了供电距离的要求。二选择计算步骤向采煤机供电的支线电缆，考虑工作面长度150m，配电点与工作面的距离70m，则电缆长度L=K=1.1（150+70）=242m。再增加机头活动长度5M和启动器连接处3m，所以确定电缆长度为250m刮板输送机的电缆长度： L=1.1×（150+70）=242m带式输送机的电缆长度： L=1.1×70=77M，最后确定为80m转载机电缆的长度为80m固定带式输送机的电缆长度为1000m乳化泵到配电点的距离为30m从第一台变压器到可弯曲的刮板输送机支线电缆的选择 根据工矿企业供电7P172表720，选择满足机械强度的最小截面为16。刮板输送机的额定电