陕西能源职业技术学院采区的供电系统设计.docx
《陕西能源职业技术学院采区的供电系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《陕西能源职业技术学院采区的供电系统设计.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
陕西能源职业技术学院采区的供电系统设计
陕西能源职业技术学院
毕业论文
班级：
电气081
学号：
080433141
指导老师：
~~~~
姓名：
~~~~~
摘要
采区变电所是采区供电的中心,它主要任务是将井下中央变电所送来的高压电能变成低压电能,配送到采掘工作面及附近用电设备采区变电所的基本组成:
高压配电箱,矿用变压器高低压隔爆馈电开关和移动变电站.本次设计的是采区变电所及采掘工作面位置的确定,负荷的统计,变压器型号,容量和台数的选择.断路电流的计算,高低压电缆的选择,高低压开关和继电保护装置的选择.最后来设计整个采区的供电系统.
关键词:
供电系统 移动变电站电缆
电缆采区供电系统设计的概述
采区供电系统设计的目的,要求及任务
采区供电是整个井下供电系统的重要组成部分.同时是井下采煤机械化, 电气化的物
质基础,它对整个采区的正常生产和安全影响极大.因此,正确的进行采区供电系统的设计
是十分必要的.
采区供电设计的目的
采区供电设计的目的是应用煤矿系统具体的理论知识来解决井下供电的技术问
题.使我们学会查阅资料和各种参考文献的方法.培养计算数据,绘制图表,编 算资料的能
力.并掌握井下供电设计的技术,经济政策及安全规程的规定,完成井下写计
供电设计的内容.
对井下采区供电设计的基本要求
设计要符合<<煤矿安全规程>><<煤矿工业设计规范>>和<<煤矿井下供电.设计技术规定>> 设计遵循煤矿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,选择最佳方案.设备选型时,应采用成套设备,尽量采用新技术新产品,国产设备,应积极采取措施,减少电能损耗,节约能源. 设计质量确保技术的先进性,经济的合理性,安全的适应性.
一、供电的重要性及基本要求
（一）井下特殊的环境
（二）煤矿企业对供电的基本要求
1、供电可靠：
1）要求供电不间断。
2）对重要负荷供电应绝对可靠：
如主排水泵、副井提升机等。
3）采用双回独立线路供电。
2、供电安全：
（1）供电安全就是包括人身和设备安全。
（2）我们依《煤矿安全规程》和有关技术规程规定，进行工作，确保供电安全。
3、供电质量
（1）要求用电设备在额定参数下运行，因为此时性能最好。
（2）反映供电质量指标主要有两个：
频率和电压。
频率50Hz，要求偏差小于±0.5Hz，即额定频率的1%，一般由发电厂决定。
电压，各种电气设备要求电压偏差也不一样，一般工作情况下电动机允许电压偏差±5%，过高或过低都有烧坏电动机的可能。
４．供电经济：
在保证供电安全、可靠，质量的前提下
（１）尽量降低基本建设投资。
（２）尽可能降低设备、材料、有色金属的消耗。
（３）尽量降低电能消耗和维修费用等。
设计资料的收集
一、采区供电设计所需原始资料
在进行采区供电设计时，必须首先收集以下原始资料，作为设计的依据。
1矿井的瓦斯等级，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。
2采区巷道布置，采区区段数目、区段长度、走向长度、采煤工作面长度，采煤工作面数目，巷道断面尺寸。
3采煤方法，煤、矸、材料的运输方式，通风方式。
4采区机械设备的布置；各用电设备的详细技术特征。
5电源情况。
了解采区附近现有变电所及中央变电所的分布情况，供电能力及高压母线上的短路容量等情况。
6采区年产量、月产量、年工作时数，电气设备的价格、当地电价、硐室开拓费用、职工人数及平均工资等资料。
进行采区供电设计时所需原始资料一般由指导教师提供
二、采区供电设计所需参考资料
<<煤矿安全规程>>、<<煤炭工业设计规范>>、《煤矿电工手册>>第二分册下、<<煤矿井下供电设计技术规定>>、<<矿井低压电网短路保护装置整定细则》、《矿井保护接地装置安装、检查、测定工作细则>>、《煤矿井下检漏继电器安装、运行、维护与检修细则>>、<<中国煤炭工业产品大全>>、各类有关的电气设备产品样本、各类供电教材。
采区变电所及配电点位置的确定
一、采区变电所位置的确定
（1）尽量位于负荷中心，以减少低压线路长度和电压损失，保证采区设备的供电质量。
（2）每个采区最好只设一个变电所，对整个采区和掘进工作面供电，并且尽量不迁移或少迁移变电所，减少变电所硐室的开拓费用。
如一个变电所不能满足要求时，可在下一区段增设变电所，初期向掘进供电，后期向回采供电。
（3）变电所内要求通风良好，温度不得超过附近巷道温度5℃。
（4）设备运输要方便，便于电缆进出，地质条件好，顶底板稳定，无淋水。
分析上述四项要求可见，后两个要求容易满足，但前两个要求相互矛盾因此，在确定采区变电所的位置时，应全面分析，综合考虑。
一般先根据后两个要求确定变电所的位置范围，然后再根据前两个要求确定变电所的位置。
在确定变电所的位置时，一般要列出几种可行方案，进行技术经济比较后择优选用。
方案比较应列表表示。
按后两个要求确定采区变电所的位置时，可根据下列原则确定：
（1）采区变电所的位置一般设在上（下）山的运输斜巷和轨道斜巷的横贯内，或在甩车场附近的巷道内。
当采用矿用一般型变压器时，不得设在回风巷或工作面进风顺槽内。
（2）在多煤层的采区中，各分层是否分别设置或集中设置变电所，应经过技术经济比较后决定。
（3）当附近变电所不能满足大巷掘进供电要求时，可利用大巷横贯巷道设置掘进变电所。
如大巷为单巷而无横贯巷道利用时，可采用移动变电站。
二、移动变电站位置的确定
1，采用移动变电站供电的条件
随着采掘机械化的发展，工作面的电气设备多、容量大，工作面走向长，如仍采用固定的采区变电所供电，既不经济，又满足不了电压质量的要求。
因此，属下列情况的采区供电宜采用移动变电站：
（1）综采工作面的供电。
（2）普采工作面由采区固定变电所供电困难或不经济时。
（3）大巷单巷掘进附近无变电所可利用时。
2．移动变电站位置的确定
移动变电站的位置一般按下列原则确定：
（1）向回采工作面供电的移动变电站位置，一般设在距工作面100m～150m的巷道中。
（2）当下一个工作面尚未开采，而其回风巷已经掘进完毕，可将上工作面的移动变电站设置在下一个工作面的回风巷内，经过联络巷、运输巷向上工作面供电。
（3）低瓦斯矿井的回采工作面移动变电站，可设置在该回采工作面的回风巷内。
三、工作面配电点位置的确定
（1）回采工作面配电点一般设在距工作面50m-70m处的巷道中。
（2）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。
（3）在电缆分叉点应设有配电点，此配电点在巷道交汇处附近。
（4）压入式局部扇风机和启动装置必须安装在进风巷道中，距回风口不得小于10m。
采区供电系统的拟定
一、井下电压等级的确定
井下各级配电电压和各种电气设备的额定屯压等级应符合下列要求：
（1）高压不应超过10kV，一般为6kV。
（2）低压不应超过1140V。
炮采工作面一般采用660V，高档普采和综采根据具体情况和采用的机械设备可采用660V或1140V。
井低车场一般采用660V。
手持电气设备、固定照明采用127V，亦可采用220V。
二、采区供电系统的拟定
高压供电系统的拟定
1）电源回路数的确定
供综合机械化采煤的采区变电所及有下山排水设备的采区变电所,应采用双电源进线。
一般的采区变电所,应采用单电源进线。
2）高压开关的配置
（1）单电源进线的采区变电所，当变压器不超过两台且无高压出线时，可不设电源进线开关；当变压器超过两台或有高压出线时，应设置进线开关。
（2）双电源进线的采区变电所，应设置电源进线开关。
当其经常为一回路供电，一回路备用时，母线可不分段；当两回路电源同时供电时，母线应分段并设联络开关，正常分列运行。
（3）采区变电所的高压馈出线，宜用专用的开关柜。
2.低压供电系统的拟定
在拟定供电系统时，应将采区内的用电设备按电压等级、生产环节和安装地点分组，各组尽量分开供电。
在用电设备分组时，还应考虑到各组用电负荷的大小、巷道布置情况和电缆敷设的路线。
各组用电负荷不能过大，以保证受电端的电压质量。
巷道有分叉点时，应装有开关或电缆接线盒。
确定电缆的敷设路线时，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。
在具体拟定供电系统时还应考虑以下原则：
（1）在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的开关、启动器和电缆等设备最少。
（2）原则上一台启动器只控制一台设备。
（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。
（4）变压器最好不并联运行。
（5）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。
（6）供电线路应走最短的路线，并尽量避免回头供电。
（7）如配电点距电源供电点较近或启动器数量少于三台时，一般不设配电点进线自动馈电开关。
（8）大容量设备的启动器应靠近配电点的进线端，以减小启动器间电缆的截面。
（9）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，或采用掘进与采煤工作面分开供电。
（10）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。
（11）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，为了实现风电闭锁，在掘进工作面的供电线路上应设一台闭锁用的磁力启动器。
（12）局部通风机无论在工作面或交接班时，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。
（13）采区变电所、上山绞车房、装车站及综采工作面应设照明灯。
井下中央变电所、采区变屯所的电源进线以及变电所的供配电系统，当有多种可行方案时，应经过技术经济比较后择优选择。
供电方案确定后，应画出供电系统草图，并在图上标出开关、启动器、变压器的设置情和电缆所带设备的名称、功率和电缆的长度等。
负荷计算
负荷计算是为电气设备、输电导线选择，继电保护装置整定提供重要的计算依据。
一、用电设备功率的确定
1、长时连续工作制用电设备：
（补：
①解释：
热平衡、30分钟、导体通过电流达到稳定温升的时间大约为（3～4）τ，τ为发热时间常数。
τ≥10min。
（3～4）τ大约就是30min。
）铭牌值。
②举例：
矿山通风机、压风机、照明灯③负荷功率：
等于铭牌下的额定功率
2、短时工作制用电设备：
（补：
①解释：
运行时间短，停歇时间长。
）容量小可不考虑；容量大的适当考虑。
②举例：
绞车、电动车③负荷性质
3、断续周期工作制用电设备：
*
（1）断续周期工作制：
周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，工作周期一般不超过10分钟。
（2）举例:
吊车、电焊机。
*（3）负荷持续率：
为一个工作周期内时间与工作周期的百分比,用“∑”,即
。
*（4）断续周期工作制设备的额定容量（铭牌功率）PN，是对应于某一标准负荷持续率εn的。
电焊机：
二、需用系数法计算负荷
需用系数：
用电设备的实际负荷总容量与其额定总容量的百分比值。
同时系数、负荷系数、线路效率、设备效率。
1、单台用电设备的需用系数：
2、成组用电设备的需用系数：
加权平均效率
3、单台用电设备的计算负荷
4、成组用电设备的计算负荷
煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数
煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数
用电设备名称
需用系数kd
功率因数cosø
备注
压风机房主电动机
0.8～0.85
0.8～0.85
同步机时一般cosø为0.9超前
斜井胶带提升机
0.75
0.7
地面综合运输
0.7
0.7
绞车房辅助设备
0.7
0.7
主、副井提升辅助设备
0.7
0.7
扇风机辅助设备
0.5
0.7
空气压缩机辅助设备
0.75
0.8
空气加热房
0.75～0.8
0.8
机修厂
0.35～0.40
0.6～0.65
支柱加工厂
0.4～0.5
0.65
煤样室
0.4～0.5
0.6
化验室
0.5～0.6
0.8
矿灯房
0.7
0.7
变电所所用电
0.7
0.7
地面建筑内部照明
0.85
1
高压水银灯与日光灯cosø取0.6
工业广场外部区间照明
0.9
1
主通风机房辅助电动机
0.35～0.5
0.7
多台风门绞车不同时工作
污水泵站
0.7
0.75
架空索道
0.6
0.7
排矿系统
0.65
0.75
副井井口
0.5
0.6
脏煤处理系统
0.6
0.7
地面小负荷
0.65
0.7
采区
无机组缓倾斜工作面
0.4～0.6
0.6
综采工作面cosø取0.7；有掘进机时kd=0.5；cosø=0.6～0.7
有机组缓倾斜工作面
0.6～0.75
0.6～0.7
急缓倾斜工作面
0.6～0.65
0.6～0.7
煤巷掘进工作面
0.3～0.4
0.6
井下运输
架线式电机车
0.4～0.7
0.9
日光灯cosø=0.6
蓄电池电机车
0.8
0.9
输送机和绞车
0.6～0.7
0.7
井下照明
1
1
*三、单相用电设备的计算负荷
负荷尽量对称；单相设备总容量≤15%—按三相平衡负荷。
*1、如果单相设备容量超过三相设备容量15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。
*2、确定计算负荷的目的：
选择设备和线路。
*3、计算负荷：
最大负荷相有功负荷的3倍作为等效三相有功负荷，以满足安全运行的要求。
１、单相设备接于相电压时的负荷计算
计算负荷：
最大负荷相的计算负荷的3倍作为等效三相计算负荷，以满足安全运行的要求。
２、单相设备接于线电压时的负荷计算
计算负荷：
最大负荷线的计算负荷的
倍作为等效三相计算负荷，以满足安全运行的要求。
３、单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算
1）步骤：
（1）线—相折算。
（2）各相相加。
（3）最大相乘以3。
四、变电所总负荷的计算
计算原则：
１、按逐级计算法确定计算负荷：
末—首。
考虑同时系数、线路损耗、变压器损耗。
２、分组原则：
按生产环节、设置地点分。
３、分组计算：
负荷系数原则
按需用系数法确定计算负荷总容量、需用系数
小结：
1电设备容量的确定,长时、短时断续工作周期设备
2需用系数法:
定义、用电设备的负荷计算.
3变电所总负荷的计算:
统计原则,函数计算原则,分组原则,最大负荷计算原则
功率因数的提高
本课主要讲提高功率因数的目的、意义及方法，并联补偿电容器的选择及接线方法。
一、提高功率因数的意义
1、提高电力系统的供电能力
2、减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。
3、降低供电网络中的功率损耗。
4、降低企业产品的成本
电费的收取方法：
“两部电价制”：
基本电价、电度电价（包括调整电价）。
COSφ大于等于0.9奖，低于此值罚。
二、提高功率因数的方法
1、提高负荷的自然功率因数：
1选、2调、3换。
1）选：
正确的选择、合理的使用电动机和变压器，在条件允许的条件下，尽量选择鼠笼型电动机。
避免：
空载、轻载运行。
2）调：
合理选择变压器的容量，尽量空载、轻载运行。
3）换：
更换设备为节能设备，对大容量，长时工作的矿井通风机采用同步电动机，使其工作在过激状态。
2、人工补偿提高功率因数
引入：
当COSφ＜0.9时，采用人工补偿法来提高功率因数，广泛采用并联电容器进行补偿。
三、电容器的选择
1、电容器无功容量的计算图2—1
Qc=Pi（tanφANT－tanφac）
2、电容器（柜）台数的确定
需电容器台数：
式2-10：
每相所需电容器台数：
取其相等或稍大的偶数，因为变电所采用单母线分段式结线。
3、电容器的补偿方式和联接方式
1）电容器的补偿方式
（1）单独就地补偿方式：
接线、优缺点、适用对象。
（2）分散补偿方式：
接线、优缺点、适用对象。
（3）集中补偿方式：
接线、优缺点、适用对象：
6～10kV大中型煤矿主要补偿方式，如：
平煤各矿
2）电容器的联接方式
①三角形接法：
优缺点
②星形接法：
优缺点
△或Y（双Y）优选△，因为容量为Y的1/3 且电压低，放电1分钟，残压50V以下。
1000V以上的电容器应采用电压互感器放电。
电容器放电回路中不得装设熔断器或开关，以免放电回路断开，危及人身安全。
变压器的选择
一、变电所主变压器的选择
1、主变压器台数的确定
1）具有一类负荷的变电所：
两台：
矿山负荷的80%
2）只有二、三类负荷的变电所：
两台或1台（备用电源）。
3）变电所主变压器容量的确定
两台变压器同时工作：
式2-11
两台，一台工作，一台备用。
式2-12
1．变压器型号的确定
在确定变压器型号时，应考虑变压器的使用场所、电压等级和容量等级，还应考虑巷道断面、运输条件、备品配件来源等因素。
一般在变电硐室内的动力变压器，选择矿用一般型油浸变压器；在采煤工作面顺槽及掘进巷道内，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。
常用低损耗矿用变压器的技术数据见教材
2．变压器台数的确定
在确定变压器的台数时，应根据巷道断面、运输条件和低压总馈电开关的额定电流综合考虑。
1）采区变电所变压器台数的确定
对采区变电所一台变压器满足要求时尽量选一台。
如需采用多台变压器时，最好不采用几个工作面共用一台变压器的供电方式。
如采区变电所的供电负荷中有一类负荷，变压器的台数不得少于两台，当一台停止运行时，其余变压器应保证低压一类负荷用电。
此外，在确定变压器的台数时，还应考虑变压器的电压等级、局部通风机使用专用变压器，掘进工作面和采煤工作面尽量分开供电等问题（在拟定供电系统时统筹考虑）。
3。
变压器容量的选择
当在变压器低压侧进行了无功功率补偿后，变压器的容量应按补偿后的视在容量选择。
1）采区变电所变压器容量的选择
根据已拟定的供电系统，将补偿后变压器二次负荷的总计算容量计算出来以后，可按下式选择变压器的容量。
SN.T≥Sa.c
式中SN.T——变压器的额定容量，kVA；．
Sa.c——补偿后变压器二次负荷的计算容量，kVA。
当未在变压器低压侧进行无功功率补偿时，变压器的计算容量可按下式计算：
式中ST——变压器的计算容量，kVA；
∑PN——由变压器供电的用电设备的额定功率之和，kW。
Kde、
--由变压器供电的用电设备的需用系数和加权平均功率因数。
查变压器技术数据选择额定容量不小于计算容量的变压器
二、变压器的损耗计算
包括；有功功率损耗、无功功率损耗。
1、变压器的有功功率损耗
（1）空载损耗（铁损ΔPt）：
与变压器的负荷无关。
可由空载实验测定。
（2）铜损ΔPcu：
与负荷电流（或功率）的平方成正比。
由短路实验测得。
有功损耗：
式2-14
2、变压器的无功功率损耗
（1）产生主磁通（产生励磁电流）ΔQU：
与负荷无关。
与励磁电流（或近似地与空载电流）成正比。
（2）消耗在一、二次绕组电抗上的无功功率ΔQN：
与负荷电流（或功率）的平方成正比。
解释式2-15。
如果缺少参数，变压器的功率损耗可估算如下：
式2-16。
ΔPT=0.02PT
ΔQT=0.1QT
三、变压器经济运行分析
1、无功功率经济当量的概念
（1）定义：
无功功率经济当量Kec，电力系统每输送1kvar的无功功率，在系统中所产生的有功功率损耗的千瓦数之比,
（2）有关因素：
Kec与输电距离、电压变换次数等因素有关。
（3）参考值：
0.02—0.15（平均取0.1）。
对于发电机直配用户Kec=0.02—0.04；对于经两级变压的用户Kec=0.05—0.07；对于经三级以上变压的用户；Kec=0.08—0.15。
2、变压器运行损耗的计算
（1）包括变压器的有功损耗和无功损耗两部分。
（2）有关计算（了解）
3、变压器的经济运行
1）变压器经济损耗的计算
（1）经济运行方式。
（2）单台变压器运行时其功率损耗的计算：
经济负荷:
经济负荷率:
两台同容量变压器并列运行时其功率损耗的计算：
临界负荷：
电缆的选择
一、低压电缆的选择
1．低压电缆型号、芯数和长度的确定
1）低压电缆型号的选择
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：
（1）从启动器到电动机的电缆一律采用不延燃橡套电缆。
1140V设备及采掘工作面的660V和380V设备，必须用分相屏蔽不延燃橡套电缆；移动式和手持式电气设备，都应使用专用的分相屏蔽不延燃橡套电缆。
（2）固定敷设的应采用铠装铅包纸绝缘电缆或铠装聚氯乙烯绝缘电缆，也可采用不延燃橡套电缆；对于半固定敷设的电缆，为了移动方便一般选用不延燃橡套电缆，也可选用上述铠装电缆。
（3）低压电缆不应采用铝芯，采区低压电缆严禁采用铝芯。
（4）电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体。
（5）固定敷设的照明、通信和控制用电缆，应采用铠装电缆、不延燃橡套电缆或矿用塑料电缆；非固定敷设的电缆，应采用不延燃橡套电缆。
2）确定电缆的芯线数目
（1）动力用的纸绝缘铠装电缆选三芯电缆。
（2）动力用的橡套电缆，当控制按钮不在工作机械上时，一般采用四芯电缆；对控制按钮在工作机械上的，应根据控制要求增加控制芯线的根数。
（3）信号电缆芯线根数要按控制、信号、通讯系统的需要决定，并留有备用芯线。
（4）电缆中的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼作其他用途。
3）确定电缆长度
电缆有一定柔性，敷设时会出现弯曲，所以电缆的实际长度L应按下式计算。
即
．L=KinLto
式中Lto——电缆敷设路径的长度，m；
Kin——电缆增长系数，橡套电缆取1.1，铠装电缆取1.05。
为了便于安装维护和便于设备移动，确定电缆长度时还应考虑以下几点：
（1）移动设备的电缆，须增加机头部分活动长度3m-5m。
（2）当电缆有中间接头时，应在电缆两端头处各增加3m。
（3）半固定设备的电动机至就地控制器的电缆长度，一般取5m-10m。
（4）掘进配电点的电源电缆长度，一般按设计矿井投产时的标准再加100m配备。
（5）掘进配电点至掘进设备的电缆长度，按配电点移动距离考虑，但电缆长度以不超过100m为宜。
2．低压电缆主芯线截面的选择
电缆主芯线截面必须满足以下几个条件：
（1）正常工作
升级会员 