供电设计指南.docx
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供电设计指南
矿业管理有限公司
采区供电所设计编制指南
编制人：
年月日
施工负责人：
年月日
安全矿长：
年月日
生产矿长：
年月日
机电矿长：
年月日
矿长：
年月日
总工程师：
年月日
批准日期：
年月日
执行日期：
年月日
第一章.采区供电所设计原始资料
第三节采区变电所的防火措施
第一章.采区供电所设计原始资料
第一节.设计依据
1、《煤矿安全规程》2011版。
2、《煤矿小型矿井设计规范》GB50399-2006。
3、《矿井防灭火规范》（88）煤安字第237号。
4、《中华人民共和国安全生产法》中华人民共和国主度令第70号。
5、《中华人民共和国矿山安全法》中华人民共和国主席令（第七届65号）。
6、《低压配电设计规范》GB50054-95。
7、《供配电系统设计规范》GB50052-95。
8、《矿山电力设计规范》GB50057-2009。
9、矿井初步设计与采区设计批复。
第二节.矿井采区概况.
1、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35kv，变电所内设有630kv，35/6.3kv变压器两台和400kv，6kv/0.4kv变压器两台，承担井下和地面低压用电负荷。
用两条高压电缆线下井，电压等级为6kv，经中央变电所供给采区变电所。
2、矿井地理位置及交通,矿井地形、地貌、煤田开发状。
3、矿井采用单水平分区式开采方式、和壁式采煤方法。
4、采区采用上行通风。
5、采区煤层走向、倾角煤、层厚度、煤质硬度、顶底板情况支、护方式采、区巷道布置、采区走向长度、采煤工作面斜长。
第三节.采区布置及细述
1、根据煤层的赋存条件及矿井的开拓方式，以一个水平开拓全井田水平标高，全矿井划分为东西两翼、每个煤层划分为三个采区、东翼划分为两个采区，每个煤层划分为一个采区,采用短壁后退式采煤方法,按照煤层开采顺序由上至下的原则、在采区中部布置三条上山、即采区运输上山,采区轨道上山和采区回风上山,采区上山沿煤层布置。
第四节.采煤方法
1、采煤方法，细述选择依据。
2、细述采区巷道布置概况、服务巷道位置和设施情况。
3、细述工作面运输巷、回风巷、开切眼的断面,支护方式、位置及用途。
4、细述其他巷道（联络巷、溜煤眼、硐室）的断面,支护方式,位置及用途。
5、开采急倾斜煤层时、需要对阶段平巷、溜煤眼、通风行人眼、运料眼以及联络平巷等巷道的断面,支护方式，位置进行细述。
第五节、采区通风系统
1、细述采区的通风方法,设施的安设位置和质量要求。
2、确定通风路线，叙述风流从采区进风巷经工作面到采区回风巷的路线。
3、如果工作面布置独立通风有困难，需采用符合《煤矿安全规程》规定的串联通风时、应按其中一个工作面需要的最大风量计算。
4、防治瓦斯应包括瓦斯检查和瓦斯监测。
第二章,采区变电所及工作面配电点的位置确定
第一节.采区变电所位置
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出允许范围下，一个采区最好只设一个采区变电所对全采区供电。
3、通风良好、进出线及设备运输方便。
4、顶、底板稳定并避免淋水。
5、采区变电所硐室不得设在工作面平巷中，一般设在采区运输斜巷与轨道上山之间的联络巷内。
6、在分层开采的采区中，经过起动电压的验算及硐室费用的比较，也可以将变电所设在压力稳定的岩层中，由它向各层工作面供电，而不必每层工作面都开凿变电硐室。
7、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。
当掘进大巷时,则根据起动电压的要求,可利用联络巷作变电所，如掘进速度较快,又无永久性采区变电所位置或联络巷可作掘进变电所时，应采用防爆移动变电站供电,如有安全措施,并经有关部门批准，也可在大巷一侧加宽巷道作临时掘进变电所用。
第二节,工作面配电点的位置.
1、为保证安全、工作面设备的控制开关不宜放在工作面、而应放在工作面配电点、采用远方控制,回采工作面配电点一般设在距工作面50m～70m处的巷道中；掘进工作面配电点距掘进头80m～100m，一般配电点至掘进设备的电缆长度以不超过100m为宜。
第三章,采区变电所变压器的选择
第一节,采区负荷计算
1、变压器的额定容量按照所带负荷确定，故应将变压器所带负荷进行统计,统计时应以每一条供电干线为单位进行分组（分组应考虑负荷的电压等级,生产环节、安装地点和电缆的敷设线路,等因素），每一条供电干线,每一台变压器,移动变电站或变压器都应统计算出它们的负荷,以便在后面的设计计算中查用。
经统计后可求出每组总的额定功率ΣPN，具体统计内容见表。
表1-1变电所负荷统计
分组编号
用电设备名称
台数
电动机
成组负荷计算
变压器负荷计算
额定功率
额定电压
效率
功率因数
需用系数
加权平均功率因数
额定负荷
计算负荷
同时系数
加权平均功率因素
计算负荷
台
kw
kV
%
kw
kw
Kva
2、成组负荷的计算.
由于工作面条件的变化，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ΣP，总是小于该组总的额定负荷ΣPN。
我们将其实际负荷占额定负荷的比例用需用系数Kde表示，由于实际负荷的不确定性，需用系数很难准确算出，一般采用概率的方法，进行数据统计后列表给出，煤矿井下不同用电设备及场所的需用系数值见表1-2，其中：
综合机械化采煤工作面需用系数按下面公式计算：
Kde=0.4+0.6
普通机械化采煤工作面需用系数按下面经验公式计算：
Kde=0.286+0.714
式中PNmax—所带负荷中容量最大的一台电动机额定功率，kW；
ΣPN—所带负荷的额定功率之和，kW；
根据需用系数即可求出成组负荷，我们称之为计算负荷Pca，其计算式如下：
Pca=KdeΣPN
式中：
Pca—成组负荷的计算功率，可用表示，kw；
ΣPN—该组负荷的额定功率，kw；
Kde—该组负荷的需用系数；
表1-2需用系数、平均功率因数
序号
名称
需用系数Kde
平均功率因数（注）COS
am
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
综采工作面
一般机采工作面
炮采工作面（缓倾斜煤层）
炮采工作面（急倾斜煤层）
非掘进机的掘进工作面
掘进机的掘进工作面
架线电机车整流
蓄电池电机车充电
输送机
井底车场（不包含主排水泵）
0.4～0.5
0.5～0.6
0.3～0.4
0.5
根据计算
0.8
0.6～0.7
0.6～0.7
0.7
0.6～0.7
0.6
0.7
0.6
0.6～0.7
0.8～0.9
0.8～0.85
0.7
0.7
第二节,变压器容量计算
采区变电所变压器容量计算公式如下：
式中Ｓca—变压器计算容量，kVA；
Ｋs—组间同时系数，当供给一个工作面时取1，供给2个工作面时取0.95，供给3个及以上工作面时取0.9；
∑Pca—变压器所带各组设备计算功率之和，kW；分别由下式计算：
COSΦTWm—变压器加权平均功率因数。
第三节,变压器的型号,容量；台数的确定
1、采区变压器的台数尽量要少，一台变压器满足要求时尽量选一台,这样可以减少高低压设备的数量及变电所硐室开拓费用。
采区变电所的供电负荷中有一类负荷（如分区水泵），时，变压器的台数不得少于两台,当一台停止运行时，其余变压器应保证一类负荷用电，对高沼矿按照“三专两闭锁”要求，局部通风机使用专用变压器，对低沼矿采，掘工作面应分开供电。
此外，在确定变压器的台数时，还应考虑不同电压等级的设备需要不同的变压器等问题。
2、在确定变压器型号时，应考虑变压器的使用场所，应选择隔爆型干式动力变压器或移动变电站,为了供电的经济性，应尽量选用低损耗变压器,即阻抗压将百分数较小的变压器，常用矿用变压器的型号及其技术数据见表1-3。
3、高瓦斯矿井工作面局部通风机应采用专用变压器,专用开关和专用线路的“三专”供电：
煤（岩）与瓦斯突出矿井,瓦斯喷出区域,掘进工作面的局部通风机应采用双电源供电。
其中，主供电源应采用“三专”供电，备供电源允许引自其他动力变压器的低压母线段。
但其供电回路应采用装有选择性漏电保护的专用开关和专用线路供电，使用局部通风机供风的地点，其配电设备必须实行风电和瓦斯电闭锁。
表1—3矿用一般型变压器技术数据
型号
额定
容量
额定电压
kv
损耗
W
阻抗
电压
空载
电流
联接组
外形尺寸/m
质量
kVA
高压侧
低压侧
空载
负载
％
％
长
宽
高
kg
KS7-50/6
50
6
0.69/0.4
190
1150
4
2.8
Y,y0/Y,d11
1.26
0.93
1.10
470
KS7-100/6
100
320
2000
2.6
1.38
1.0
1.15
764
KS7-200/6
200
540
3400
2.4
1.47
1.05
1.24
1030
KS7-250/6
250
640
4000
2.4
1.45
0.91
1.37
1150
KS7-315/6
315
760
4800
2.2
1.6
0.98
1.55
1366
KS7-400/6
400
920
5800
1.65
1.0
1.4
1700
KS7-500/6
500
1080
6900
2.1
1.7
1.0
1.5
1950
KS7-630/6
630
l300
8100
4.5
1.7
1.18
1.7
2530
KS7-100/10
100
10
320
2000
4
2.0
1.24
0.83
1.]0
666
KS7-200/10
200
540
3400
1.44
0.92
1.3
970
KS7-250/10
250
640
4000
1.45
0.92
1.37
1107
表1-4矿用隔爆型干式变压器主要技术数据
型号
额定容量kVA
额定电压
kV
损耗
W
阻抗
电压
空载
电流
轨距
联接组
外形尺寸
m
质量
高压侧
低压侧
空载
负载
％
％
mm
长
宽
高
/kg
KBSG-2.5/0.66
2.5
0.66
0.133
45
85
4
14
600/
900
D，d0
0.53
0.43
0.5
KBSG-4/0.66
4.0
55
125
12
Y，d11
0.53
0.48
0.7
KBSG-31.5/6
31.5
6
0.693/0.4
250
460
3
Y，y0
Y，d11
KBSG-50/6
50
400
600
2.2
0.6
1.05
1250
KBSG-100/6
100
600
1000
2.2
0.72
1.02
1400
第四章,采区供电系统的确定.
第一节.供电系统的拟定原则,
1、在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的开关，起动器和电缆等设备最少。
2、原则上一台起动器只控制一台低压设备,一台高压配电箱只控制一个变压器,当高压配电箱或低压起动器三台及以上时,应设置进线开关,采区为双电源供电时，应设置两台进线高压配电箱。
3、当采区变电所的动力变压器多于一台时，应合理分配变压器的负荷，原则上一台变压器负担一个工作面的用电设备；且变压器最好不并联运行。
4、由工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电，上山及顺槽的输送机宜采用干线式供电，供电线路应走最短的路线，但应注意回采工作面（机采除外），轨道上下山等处不应敷设电缆，溜放煤、矸、材料的溜道中严禁敷设电缆，并尽量避免回头供电。
5、大容量设备的起动器应靠近配电点的进线端，以减小起动器间电缆的截面。
6、低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机，可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，或同时也可采用掘进与采煤工作面分开供电。
7、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都应实行三专（专用变压器、专用开关、专用线路）供电。
8、局部通风机与掘进工作面的电气设备，必须装有风电闭锁装置，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）设施。
因此，在掘进工作面的供电线路上应设一台闭锁用的磁力起动器，或专用的风电闭锁装置。
9、局部通风机无论在工作或交接班时，都不准停风,因此要在专用变压器与采区变电所内其他任意一台变压器之间加设联络开关，平时断开，在试验局部通风机线路的漏电保护时，合上联络开关，以防局部通风机停电。
10、采区变电所，上山绞车房，装车站及综采工作面应设照明灯。
第二节.按照供电系统的拟定绘制采区供电系统图
第五章,采区低压电缆的选择
第一节.电缆长度的确定
1、就地控制的支线电缆长度，一般取5m～10m，其它电缆因吊挂敷设时会出现弯曲，所以电缆的实际长度L应按式计算。
即
Ｌ＝ＫｍＬｍ
式中Lｍ—电缆敷设路径的长度，m；
Kｍ—电缆弯曲系数，橡套电缆取1.1，铠装电缆取1.05。
为了便于安装维护和设备移动，确定电缆长度时还应考虑以下两点：
1.1移动设备的电缆，须增加机头部分活动长度3m～5m余量。
1.2当电缆有中间接头时，应在电缆两端头处各增加3m余量。
第二节,电缆型号的确定
1、电缆的型号主要依据其电压等级、用途和敷设场所等条件来决定。
煤矿井下所选电缆的型号必须符合《煤矿安全规程》的有关规定。
矿用低压电缆的型号，一般按下列原则确定：
2、支线一律采用带有煤安标示的阻燃橡套电缆。
1140V设备及采掘工作面的660V和380V设备，必须用橡套阻燃电缆；移动式和手持式电气设备，应使用专用的橡套电缆。
3、固定敷设的干线应采用铠装或非铠装聚氯乙烯绝缘电缆；对于半固定敷设的干线电缆，为了移动方便一般选用阻燃橡套电缆，也可选用上述铠装电缆。
4、煤矿井下电缆严禁采用铝芯。
5、电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体。
6、照明、通信和控制用电缆，固定敷设时应采用铠装照明，通信电缆，阻燃橡套电缆或矿用塑料电缆，非固定敷设时应采用阻燃橡套电缆。
第三节,电缆选择的原则
1、正常工作时，电缆芯线的实际温度应不超过电缆的长时允许温度，所以应保证流过电缆的最大长时工作电流不得超过其允许持续电流。
2、正常工作时，应保证供电网所有电动机的端电压在95％～105％的额定电压范围内,个别特别远的电动机端电压允许偏移8％～10％。
3、距离远、功率大的电动机在重载情况下应保证能正常起动，并保证其起动器有足够的吸持电压。
4、所选电缆截面必须满足机械强度的要求，支线电缆一般按机械强度初选，按允许持续电流校验后，即可确定下来。
第四节,电缆截面积的选择及校验
1、正常工作时，电缆芯线的实际温度应不超过电缆的长时允许温度，所以应保证流过电缆的最大长时工作电流不得超过其允许持续电流。
2、正常工作时，应保证供电网所有电动机的端电压在95％～105％的额定电压范围内，个别特别远的电动机端电压允许偏移8％～10％。
3、距离远、功率大的电动机在重载情况下应保证能正常起动，并保证其起动器有足够的吸持电压。
4、所选电缆截面必须满足机械强度的要求。
5、支线电缆一般按机械强度初选，按允许持续电流校验后，即可确定下来。
按正常时的允许电压损失选择芯线截面
总允许电压损失ΔＵp的计算
按要求，正常工作时应保证供电网所有电动机的端电压不低于额定电压的95%。
ΔＵp＝Ｕ２ＮＴ-0.95×ＵＮ
对于380V系统ΔUp=Ｕ２ＮＴ—0.95×ＵＮ=400—0.95×380=39V;
对于660V系统ΔUp=690—0.95×660=63V;
对于1140V系统ΔUp=1200—0.95×1140=117V。
支线电缆电压损失Δubl
变压器的电压损失ΔUT
式中ΔUT—变压器的电压损失，V；
Sca—变压器的实际负荷容量，kVA；
SNT—变压器的额定容量（查所选变压器的技术数据），kVA；
UT.2N—变压器二次侧额定电压（查所选变压器的技术数据），V；
IT2N—变压器二次侧额定电流（查所选变压器的技术数据），A；
RT、XT—变压器的电阻、电抗，
干线上按允许电压损失
△Upms=△UP－△UT－△Ubl
按允许电压损失选择干线电缆截面
式中Kde—干线负荷的需用系数；
△Ｕp。
ms—干线电缆允许得电压损失；
ΣPN—干线所带负荷的额定功率之和，kW；
Ams.min—干线电缆满足电压损失的最小截面，mm2；
Lms—干线电缆的长度，m。
γSC—电缆导体的电导率，m/Ω。
mm2。
UN—电缆线路所在电网的额定电压，V。
用长时允许电流校验所选择的干线电缆截面
式中∑PＮ—电缆所带负荷的额定功率之和，kW。
UＮ—电缆所在电网的额定电压，V。
Ked―电缆线路所带负荷的需用系数。
cosΦwm—电缆所带负荷的加权平均功率因数。
6、按起动时的电压损失校验电缆截面
由于电动机起动电流大，起动时电压损失大，因起动时间较短，可忽略其电压质量的要求,但必须满足电动机和磁力起动器的起动条件的要求，否则无法起动,一般只须校验供电功率最大、供电距离最远的干线，如该干线满足起动要求，其它干线必能满足起动要求。
第六章.采区高压电缆的选择
第一节.选择原则
1、采区高压电缆的选择相对井下主电缆的选择来讲更加简单，
按持续允许电流来选择电缆截面
KIp≥Ia
式中：
Ip空气温度为25℃时，电缆允许截流量，安；对不同绝缘的高压电缆可查表12-2-5～12-2-7；12-2-21（交联电缆）
K温度校正系数；可查表12-2-25；电缆线芯最高允许工作温度65℃，周围环境温度25℃，故可K取1。
Ia通过电缆的最大持续工作电流，安。
第二节.选择步骤.
1、按经济电流密度选择电缆截面。
2、按长期允许载流量选择电缆截面。
3、按短路电流热稳定校验电缆截面。
4、按允许电压损失校验电缆截面，我国规定，电缆线路电压损失百分数的标准为：
对10～35KV及以上的线路,为5%左右；对10KV及以下的线路为7%左右。
第七章.采区低压控制电器的选择
第一节.低压控制电器的选择
1、按采区的工作环境选择：
高、低压控制开关—律采用矿用防爆型。
2、按工作机械对控制的要求选择。
3、供电线路总开关和分路开关，一般选用低压自动馈电开关；
4、对于不需要远方控制及不经常起动的小容量机械，如小水泵等，一般选用手动起动器。
5、对于需要远方控制，联锁控制的机械，如采煤机，运输机等，一般选用磁力真空起动器。
6、对于需要经常正，反转运行的机械，如调度绞车等，一般选用可逆型磁力真空起动器。
7、40kW及以上电动机的控制设备，应使用真空磁力起动器。
严禁使用淘汰设备。
第二节.开关选择的结果
1、开关的额定电压应不小于电网的额定电压；开关的额定电流应不小于所控设备的最大负荷电流。
2、开关的额定分断电流应不小于通过它的最大三相短路电流（对于用熔断器保护的电器不作此项校验）。
3、开关的接线喇叭口数目要满足电网接线的要求，其内径要与电缆的外径相适应。
第八章.低压保护装置的选择与整定
第一节.保护装置整定细则
1、选择短路保护装置的整定电流时，需计算两相短路电流值。
2、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来确定。
3、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。
4、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。
5、各类短路保护装置均应按本细则进行计算、整定、校验，保证灵敏可靠，不准甩掉不用，并禁止使用不合格的短路保护装置。
6、选择出来的整定值，还应用两相短路电流值进行校验。
7、矿（井）或采区应有专人负责低压电气设备和高压配电装置过电流保护装置的整定和管理工作,矿（井）机电部门要加强对此项工作的检查和指导，要做好对机电维修工和负责整定工作人员的培训工作。
8、新投产的采区，在作采区供电设计时，应对保护装置的整定值进行计算，校验，机电安装工按设计要求进行安装、整定、调整。
9、运行中的电气设备的保护装置，由电气维修工负责定期检查，如发现有误动作或整定值选择有差错时，应查明原因，由电气技术人员或矿井主管电气的负责人根据实际情况做必要的改动，其他人员不得任意变更。
10、矿井机电主管部门应备有实际的供电系统图板（或计算机辅助管理系统），其上注明电气设备型号、容量、电缆线路规格、长度、短路电流值和保护装置的整定值。
此图板由矿（井）机电科（队）负责管理并随时修改补充。
各运行维护单位也必须建立相应的供电系统图板（或计算机管理系统）。
11、低压开关在机（电）修厂检修完后，必须对其保护装置进行校验，使之符合要求，以便在下井使用时，可以根据其刻度正确地调整。
12、开关在井下使用超过6个月时，应对其过流保护装置进行一次检验和调整。
第二节.保护装置的整定与校验
1、采区低压保护装置主要有过负荷保护和短路保护两种，因开关的不同而设置不同，需根据开关内所设置的保护装置进行整定。
过负荷保护的动作值按照大于额定电流整定，短路保护的动作值按照大于最大工作电流整定，并按照保护范围末端最小两相短路电流进行校验。
2、熔断器熔体的选择计算
在选择井下低压开关设备时，熔断器的型式和电压等级已经确定，在此仅限于选择熔体和校验熔断器的分断能力。
按正常条件选取熔体额定电流,保护电缆支线。
对于鼠笼型电动机，熔断器作短路保护，熔体的额定电流IN.F按下式计算：
式中1.8～2.5—当电动机起动时，保证熔体不熔化的系数。
在不经常起动或负荷较轻、起动较快的条件下，系数取2.5；而对于频繁起动或负荷较重、起动时间较长的电动机，系数取1.8～2。
IN.F—熔体的额定电流，A；
IN.st—电动机的额定起动电流，A。
若被保护的是几台同时起动的电动机，则此电流应为这几台电动机的额定起动电流之和。
井下采、掘、运机械常用电动机的额定电流和额定起动电流。
如果没有具体资料可查，可按电动机额定电流的5～7倍近似地估算其额定起动电流，电动机功率较大者取偏大值，一般取6倍，即：
IN.st=（5～7）IN≈6IN
式中IN—电动机的额定电流，A；
对于380V电动机，其额定电流可按IN＝2PN估算。
对于660V
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