煤矿采区变电所的设计.docx
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煤矿采区变电所的设计
中国矿业大学
毕业设计
题目：
煤矿采区变电所的设计
年级：
2012级
学号：
姓名：
蒋义强
专业：
矿山机电
指导教师：
第一章摘要
第二章采区变电所位置的确定
1采区变电所的位置选择
2采区供电对电能的要求
3费用和环境要求
4采区各级供电电压的供电范围
5采区变电所硐室的位置确定
6移动变电站
7移动变电站位置
8工作面配电点
第三章采区供电设备的选择与其计算
1主变压器的选择
2变压器台数和型号的选择
3变压器容量的选择
4采区供电设备的选择
5供电电压与供电方案的确定
6低压开关与保护装置选择
7高低压电缆的选择
8高压电缆的选择
9低压电缆选择
10采区供电计算
11干线电缆的电压损失的计算
12满足电压损失的最小截面
第四章小结
第五章致谢
第一章摘要
电力是现代工矿企业生产需要的主要能源，煤矿井下的机械设备更是与电力有着重要的联系。
因此，在井下必须做到科学合理和安全用电，井下用电设备种类多，拥有一个十分复杂的电力网，为了能够很好的使用它，采区变电所则是必不可少的。
本设计是煤矿采区变电所的设计，根据煤矿采区提供的资料，对采区变电所与配电点位置的确定，根据《煤矿安全规程》合理选择供电电缆，按电缆长时允许电流、允许电压损失、短路电流的热稳定校验电缆截面的情况，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。
正确整定计算短路保护装置，使之在短路故障发生时，可靠动作，确保供电安全。
本篇设计对采区供电的计算作了着重介绍，主要计算内容︰负荷计算电缆长度截面选择计算短路电流计算设备的选择与保护的整定计算。
第二章采区变电所位置的确定
采区变电所的位置的选择要根据一定的环境选择，位置的确定直接影响到采区工作是否能正常工作。
在选择位置时要考虑到费用、环境、供电电压的范围要求、采区供电电压、供电距离、供电负荷等。
1采区变电所位置的选择
采区变电所位置的选择决定于采区供电电压、供电距离、供电负荷情况。
2采区供电电压的选择
采区供电电压的选择对矿井来讲可分为两类，一种是供电片盘采掘设备、通风设备用的，可选择380V或660V两种，优先选择660V。
因为在同样负荷下，电压提高一个等级其供电供电距离可增加三倍以上，也就是说输电能力增加三倍以上。
另一种是单独供给采区绞车提升，其电压等级要根据绞车电机电压来确定，因采区绞车电机功率大小不一，从25的调度绞车到240不等。
110以上的绞车电机，若是低压电机，一般绞车房再设一台专用变压器，以提高启动电压。
若是高压电机，直接由采区变电所转供给即可。
供电长度（m）
负荷功率（）
电缆截面
（2）
允许供电距离（m）
备注
380V
660V
60
35
232
1370
允许供电距离为变压器馈电开关至负荷开关一根电缆的距离，如果采用两根同截面电缆，则供电距离允许增加一倍。
50
315
1470
70
80
35
75
890
50
158
970
70
100
35
580
50
57
660
70
3费用和环境的要求
采区变电所要便于对垌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垌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、掘进与回采工作面进行供电。
所以把采区变电所布置在回风上山和运输上山联络巷处。
4采区各级供电电压的供电范围
在确定采区变电所的位置时，首先应按工作面的机械化程度，选择采区供电电压以与移动变电站的设置地点。
根据机械化工作面采煤机组功率大、供电距离比其他设备远，且启动频繁、重载启动等特点，供电电压的最大范围，主要由工作面输送机和采煤机的组的电动机启动时，允许电压损失确定时。
要保证机组启动时，有足够启动力矩；同时也要保证机组控制开关在机组电动机启动时有足够的吸合能力。
一般来说，炮采工作面选择380V或660V，普通机械化采煤工作面选择660V，综合机械化采煤工作面选择1140V，高产高效矿井综采工作面选择3300V，综采工作面均采用移动变电站供电。
5采区变电所硐室的位置确定
在采区巷道中要具体确定采区变电所硐室的位置，还要按以下原则确定。
1尽量接近负荷中心，并保证变电所至距离最远与容量最大的用电设备之间，电压损失在允许范围之内；
2应尽量少设变电所，并减少变电所的迁移次数。
在保证电压损失不超过允许范围下，一个采区最好只设一个采区变电所对全采区进行供电；
3通风良好，进出线与设备运输方便；
4顶、底板稳定并避免淋水。
采区变电所硐室不得设在工作面平巷中。
一般设在盘区运输斜巷与轨道运输斜巷之间的联络巷内。
它不需要另留安全煤柱，利用轨道巷的煤柱即可。
在分层开采的盘区中。
经过启动电压的验算与硐室费用的比较，也可以将变电所设在压力稳定的岩层中，有它向各层工作面供电，而不必每层工作面都开凿变电硐室。
向掘进工作面供电的变电所，在开拓采区工作面巷道时，一般由采区变电所代替，不另设掘进变电所。
如果掘进速度较快，又无永久性采取变电所位置或联络巷可做掘进变电所时应采用防爆移动变电站供电，也可以在大巷一侧加宽巷道作临时掘进变电所用。
6移动变电站
移动变电站一般用于向综采工作面供电，可随工作面的移动而移动，用它可缩短低压供电距离，减少电压损失。
7移动变电站位置
移动变电站一般设在工作面平巷，距工作面100~300米的位置。
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。
可有以下几种布置方式：
⑴设置在平巷。
由于运输机功率远大于绞车功率，所以设置在运输平巷内可以靠近负荷中心。
但是由于移动变电站需要敷设专用的轨道，因此需要加大巷道断面，增大巷道的开拓费用和维护费用。
对于顶板较破碎、压力较大、巷道难以维护的工作面应采用以下方式。
⑵设在回风巷。
虽然远离运输机，但可以利用调度绞车的轨道，而不需要专设轨道和增大巷道断面，在运输机有其他移动变电站供电的情况下可以考虑，然而为了安全起见在专用的回风巷内不得设置移动变电站。
⑶设在下一个工作面的回风巷与本工作面运输平巷的联络巷内。
这样既能位于负荷中心又不增大巷道断面，但是必须在采掘可以衔接的情况下选用。
⑷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。
这样也不需要增大巷道断面，但是距离工作面较远，在供电质量满足要求的情况下方可选择。
8工作面配电点
工作面配电点的任务是将采区变电所或移动变电所送来的1140V或660V电能分配到回采或掘进工作面的用电设备。
工作面电钻和照明用的127V电源可从电钻和照明综合保护装置上获得。
1、工作面配电点的位置与设备布置为保证安全，工作面设备的控制开关不宜放在工作面，而应设在工作面配电点，采用远方控制。
回采工作面配电点一般设在距工作面5070m处的巷道中；掘进工作面配电点距掘进头80100m，一般配电点至掘进设备的电缆长度以不超过100m为宜。
2、配电点开关的设置
工作面配电点设有控制工作面各种设备的磁力启动器以与电钻综合保护装置，三台与其以上开关的配电点都需要设置馈电开关作为配电点的总开关，做到断电检修和维护，保证人身安全。
第三章采区供电设备的选择与其计算
采区供电设备选择与其计算是采区供电设计的主要内容。
采区供电设备的选择包括主变压器的选择、采区供电系统的拟定、高低压电缆的选择和高低压开关的选择。
相关计算有负荷容量和负荷电流的计算、电压损失的计算、短路电流的计算和过流保护的整定计算。
9主变压器的选择
变压器的选择包括变压器台数、型号的选择和变压器容量的选择。
10变压器台数和型号的选择
（1）、台数
采区主变压器的台数尽量要少，既减少成本节约资源的同时也能使供电系统更加简便。
有一类负荷（如分区水泵）时，变压器的台数不得少于两台，对高沼矿要按照“三专两闭锁”要求，局部通风机使用专用变压器。
（2）、型号
硐室内的动力变压器，选择矿用隔爆型变压器。
顺槽与掘进巷道内，选择隔爆型移动变电站。
一次侧额定电压应按照电源电压确定，二次侧额定电压按照105倍的用户额定电压确定。
11变压器容量的选择
在选择变压器容量时，首先要根据采区用电负荷，计算出采区总供电需用容量（）。
如总供电需用容量较小时，通常选择一台变压器；如总供电需用容量较大时就要选择两台或更多台变压器来供电。
对于后一种情况，要根据采区供电系统情况，用电负荷性质、容量来合理分配负荷，经综合分析比较后，经综合分析比较后，再确定变压器的台数与容量。
变压器的容量选择是否合理关系到以后运行经济性与安全性。
过大造成浪费，过小会使变压器经常过负荷运行，缩短使用寿命，也不利于供电安全。
在设计中通常用一下公式近似确定变压器容量：
∑／δ
式中：
需用系数。
／ηηw（0.65~0.7δ0.7~0.75）
设备名称
需用系数
功率因数δ
备注
提升机房：
主电动机辅助电动机
0.75~0.8
0.7
0.7
通风机房：
同上
0.8~0.85
同步机时一般δ=0.9，为超前
0.3~0.5
0.7
压风机房：
同上
0.8~0.85
0.8~0.85
0.7
0.75
主排水设备
0.85
0.85
车间
0.6~0.65
0.7
水泵房
0.7~0.8
0.75
室内照明
0.5~1.0
1.0
无电容补偿的日光灯和水银灯δ=0.6
一般机采工作面
0.4~0.5
0.6~0.7
缓倾斜泡菜工作面
0.5~0.6
0.6
急倾斜炮采工作面
0.3~0.6
0.7
掘进工作面
0.45~0.65
0.6
架线电机车
0.8
0.9
蓄电池电机车
0.5
0.9
井底车场：
有主排水无主排水
0.75~0.8
0.7
0.8
输送机
0.6~0.7
0.7
如为一般机组采煤、金属个体支架的工作面，可按下式计算需用系数。
0.268+0.714（／∑）
式中：
∑参加计算的所有用电设备额定功率之和；最大电动机的额定功率。
两个与两个以上的工作面，当由一个采区变电所供电时，将其电力负荷之和乘以各工作面间的同时系数，如果为两个工作面，取0.95；三个与三个以上工作面时取0.9.最后，根据变压器的计算容量，所选变压器的额定容量应大于或等于计算容量。
12采区供电设备的选择
1供电电压与供电方案的确定
（1）、采区与设备的供电回路确定
采区用电设备的供电回路数，决定于用电设备的负荷等级。
采煤工作面或掘进工作面的所有机电设备，如果由于某种原因对它们停电，仅仅对产量有所影响，而不会引起人员生命发生危险等重大事故，此时，可采用单回路供电。
对于采区变电所的电源进线回路数要通过分析决定，如果一个矿井的采区较多，那么某一采区停电一段时间，对整个矿井的产量影响并不大，对这样的采区供电时，采用一路电源的供电系统便可满足要求了，不需要设置备用电源。
对于采用综合机械化采煤的矿井，如果仅设置一个或两个采煤工作面就能完成全矿的计划产量，频繁停电，必将影响全矿生产任务的完成，因此对这类采区供电时，便可考虑设置备用电源，采用双回路或环形供电系统。
对采区中的每一台机电设备来讲，如果停电，仅局部影响生产，采用一路电源对它们供电即可。
对于个别设置了地位十分重要的分区水泵的采区，由于这样的水泵属于一类负荷，如果它和采区机电设备由同一个采区变电所供电，那么对这样的采区变电所供电时，必须设置备用电源，而且由采区变电所对这些水泵供电时，也必须采用双回路或环形供电系统。
（2）、供电电压等级的确定
目前，在采区供电设计中，采区变电所的入线电压，一般采用6000V。
对出线电压，380V的电压已逐步淘汰。
由于设备的功率越来越大，为了减少线路的电能损失，一般在660V与1140V电压之间。
对于功率较大的设备，要尽可能选用1140V的电压等级。
对一般功率的设备，要视具体情况而定。
部分大型现代化矿井综采工作面电牵引采煤机组已使用3000V电压。
2低压开关与保护装置选择
1选择的基本原则
遵循《煤矿安全规程》，采区巷道与采掘工作面的低压开关和电气设备，一律应为隔爆型、本质安全型或隔爆兼本质安全型。
低压电器设备的具体选择原则为：
（1）用电设备的额定电压应与其所在电网的电压等级相符。
开关的额定电流应大于或等于用电设备的实际工作电流。
（2）作馈电用的总开关或分路开关，应选用系列自动馈电开关
（3）对综合机械化采区和高档普采工作面，均需配备保护齐全的660V或1140V成套电气设备。
（4）直接控制电动机或其它动力设备的开关，应选用隔爆型磁力起动器，其具体结构、型号应分别根据工作机械与控制方式而定。
2、控制起动器的选择：
（1）对需要远方控制的生产机械，如采煤机、截煤机、装岩机、输送机等，均应从83、810或815、83、30或等型号的磁力起动器中选取，或选用系列的真空磁力起动器。
（2）对不需经常远方控制或不经常起动的生产机械，如局扇、照明设备等，应选用81系列或—15型带熔断器的开关；作短路保护用。
（3）对需经常进行远方控制正、反转的生产机械，如刨煤机、回柱绞车、调度绞车等，应选用83—80N、815N与新系列30—12N系列等可逆磁力起动器。
（4）对需集中联锁控制的机械，如输送机、采煤机组与可弯曲刮板输送机等，应选用83、810或815等系列的磁力起动器。
（5）对向电钻供电的开关，一般应选用80、80或型电煤钻变压器综合装置。
当采用1140V电压时，可选用系列的干式变压器，但需安装电煤钻综合保护控制器。
3、继电保护装置的选择：
开关电器的继电保护装置，应与电网和生产机械的要求相符，具体选用原则为：
（1）采区变电所的总低压开关，应设有短路、过负荷和漏电保护装置，或至少要装设漏电与短路保护装置。
（2）变电所内的分路开关与配电点的总开关，除需有短路、过载保护外，还应设有漏电闭锁或选择性检漏保护装置。
（3）向综合机械化采煤工作面馈电的移动变电站的低压馈电开关，除应有短路、过负荷保护外，还应当设有漏电闭锁和漏电保护装置。
（4）直接控制电动机的各种起动器，一般均应具有短路、过负荷、断相的保护装置，对直接控制与保护采煤机组等大型设备的起动器，还要有电闭锁和漏电保护装置。
（5）井下低压真空开关，应有过电压保护装置。
（6）各类低压开关的接线喇叭口的数目，要满足电网接线的需求，而它们的出口内径，则要与所用电缆的外径相适配。
13采区动力变压器与移动变电站的选择
1、采区动力变压器的选择
根据式6-1计算得出的分组负荷容量进行变压器型号选择，最终选择出的变压器容量应大于该组用电设备的计算负荷。
2、移动变电站的选择
移动变电站的选择，包括位置选择与设备选型。
移动变电站的位置选择，一般放在工作面的上、下风巷内。
应主要考虑下述三方面：
①所处巷道内便于运输、顶底板条件良好、无淋水。
②尽量靠近大的用电设备，有条件的情况下，尽可能与液压泵站联合布置。
③距离采区变电所尽可能近，以减少高压电缆长度。
移动变电站一般采用6000V高压入线，其出线电压等级有：
1140V、660V、380V、127V等。
目前我国已生产成套的移动变电站设备，可参考表设备选型。
14高低压电缆的选择
1高压电缆的选择
本设计中，高压电缆只选择采区变电所至移动变电站的高压电缆。
1、型号选择
根据《煤矿安全规程》的规定，向移动变电站供电的高压电缆，应选—6000系列矿用监视型高压双屏蔽橡套电缆，该型电缆目前只有352一种规格。
2、用最大长时工作电流验算电缆额定电流
由高压电缆供给的移动变电站的长时间最大工作电流
不应大于电缆的长时允许载流量
，即：
（6-4）
式中：
——高压电缆的长时允许载流量，查表6-26，
＝148Ａ；
——干线电缆的最大长时工作电流。
（6-5）
式中：
——移动变电站承担的计算负荷；
——低压侧电压，；
——变压器的变比。
最后计算的
值应满足式6-4的条件。
3、计算电缆长度
电缆的实际长度按下式计算：
式中：
——电缆的实际长度，ｍ；
——电缆敷设路线长度，ｍ；
——增加系数，对橡套电缆为1.1。
2低压电缆选择
1、采煤机组、工作面运输机、装煤机、回柱绞车、调度绞车、局扇、电钻等，属于经常移动设备，应选用橡套电缆。
遵循下述原则：
ａ．对向采煤机等供电的，应选用专用移动型电缆：
当电压为660V时，选用—1000或—1000系列的电缆；当电压为1140V时，选用—1140或—1140系列的低压电缆。
ｂ．向煤电钻供电的电缆应选用—500系列电钻专用电缆。
2、在采区内的巷道中，一般选用20型铠装电缆；在有水泥支柱或砌碹的通风良好的巷道中，也可选用20型铠装电缆。
3、由移动变电站供电的成套低压电器设备，均选用—1140型千伏级屏蔽橡套电缆。
将根据上述原则选择的电缆型号（不包括截面尺寸）用文字说明，并标在采区供电系统图的相应位置上。
采区用电设备负荷统计表（示例）
序
号
设备
名称
规格
型号
设备数量
电机
台数
单台
电机
容量
电
压
V
电
流
A
功
率
因
数
负
荷
率
效
率
起动
电流
A
1
工作面
采煤机
—
300/3.5
1
1
300
1140
190
0.86
0.8
0.9
1235
2
工作面
运输机
—
730/320
1
2
160
1140
98
0.87
0.6
0.91
637
3
乳化液
泵站
2—
80/200
2
2
55
660
62
0.86
0.6
0.86
403
4
顺槽转载机
—
730/110
1
1
110
1140
68
0.87
0.7
0.89
442
5
顺槽破
碎机
—
1000/110
1
1
110
1140
68
0.87
0.65
0.89
442
6
下顺槽
皮带机
1080/
1000
2
2
160
1140
100
0.86
0.65
0.88
650
7
上山
绞车
—1600
1
1
125
660
153
0.84
0.8
0.86
918
8
上山皮带机
1080/
1000
1
1
160
1140
100
0.86
0.7
0.88
650
9
回柱绞车
2—17
1
1
17
660
21
0.84
0.5
0.88
126
10
喷雾泵站
250/55
2
2
30
660
34
0.87
0.7
0.86
221
11
煤电钻
—12
2
2
1.2
127
6
0.83
0.7
0.85
38
12
掘进巷局扇
61—2
2
2
14
660
16
0.89
0.8
0.87
104
13
煤巷掘进机
—1
1
5
总75
660
80
0.87
0.7
0.87
14
掘进巷皮带机
—150
1
2
75
660
82
0.86
0.65
0.9
533
15
调度绞车
—11.4
2
2
11.4
660
14
0.87
0.5
0.86
84
16
安全绞车
—13
1
1
13
660
15
0.86
0.5
0.87
80
常用采煤机主要技术一览表
技术特征
单位
—150
3—170
3H—170
2300—
采高
M
1.4—2.5
1.6—3.0
1.6—3.5
2.1—3.7
藏深
600
600
600
630
滚筒直径
1250、1400
1350、1600
1800
1800、2000
电机功率
150
170
170
300
电机台数
台
1
1
2
1
电压
V
660
660/1140
660/1140
1140
额定电流
A
174
187/108
374/216
起动电流
A
1131
982/567
1964/1134
电机效率
%
91
93
93
功率因数
0.83
0.86
0.86
备注：
对3H—170型采煤机，表中的额定电流、起动电流是指两台电机的参数。
续表常用采煤机主要技术一览表
技术特征
单位
300/3.5
（无链）
50
（有链）
3
300/4.5
（无链）
采高
M
1.6—3.5
2.2—3.4
2.0—3.5
2.5—4.5
截深
625—900
686
630
625
滚筒直径
1400、2200
1500、1800
1600、1800
2000
电机功率
300
375
135（160）
300
电机台数
台
1
2
2
1
电压
V
1140
1140
1140
1140
额定电流
A
189.6
260
100.2
189.6
起动电流
A
1016
1560
550
1061
电机效率
%
94
93
92
94
功率因数
0.85
0.78
0.86
0.85
工作面刮板输送机主要技术特征一览表
主要技术特征
单位
730/320
764/264
-180
-180
630/60
730/260
机型
中双链
中双链
单链
单链
单链
中双链
适应倾角
度
<15
<20
<20
<25
运输能力
700
900
500
400
200
600
出厂长度
M
154
200
150
150
120
150
电机功率
160
132
90
90
30
132
电机台数
台
2
2
2
2
2
2
电压
V
660/1140
660/1140
660/1140
660/1140
660
660/1140
额定电流
A
98.2/170
137.2/79
95.4/55.1
95.4/55.1
34.3
137.2/79
起动电流
A
589/
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