煤矿井下供电设计.doc
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目录
第一节井下采区供电设计…………………………………………2
第二节拟定采区供电系统…………………………………………6
第三节确定采区变电所和工作面配电点的位置…………………8
第四节计算与选择采区变电所动力变压器………………………11
第五节选择采区低压动力电缆……………………………………14
第六节选择采区配电装置…………………………………………45
第七节整定采区低压电网过流保护装置…………………………47
第八节制订采区保护接地措施……………………………………56
第九节制订采区漏电保护措施……………………………………57
第十节制订采区变电所防火措施…………………………………57
第十一节绘制采区供电系统图……………………………………58
第十二节绘制采区设备布置图……………………………………58
第十三节绘制采区变电所设备布置图……………………………58
第一节井下采区供电设计
一、原始资料
1、采区井巷布置平面图如图一所示，煤层是东西走向，向南倾斜，倾角12º；采区的开拓是中间上山，采区内分三个区段，区段长170米，工作面长150米，采区一翼走向长400米；煤层厚度1.3米，煤质中硬，煤层的顶、底板较平稳；上山周围环境温度为+20ºC，运输平巷及工作面温度为+25ºC。
本矿属有煤和瓦斯突出煤层。
2、采煤方法：
走向长壁，区内后退式采煤法，两翼同时开采，掘进超前，回采工作面采用BMD-100型单滚筒采煤机组，两班出煤，一班整修及放顶。
3、煤的运输：
工作面采用SGB-630/60型刮板运输机；区段平巷采用SGW-40T型刮板运输机；采区上山采用SPJ-800型吊挂披带运输机；采区轨道上山采用55千瓦单筒绞车作材料运输。
4、掘进煤平巷时，用电钻打眼，ZMZ2-17铲斗式装岩机装煤，开切眼掘进，加设调度绞车。
人工装煤。
5、工作面采用金属支架和绞接顶梁（梁长1.2米）回柱。
6、采区内各用电设备的台数及其技术数据见表1。
它们的分布位置见图一。
二、任务
1、确定采区变电所和工作面配电点的位置；
2、拟定采区供电系统；
3、计算与选择采区变电所动力变压器（型号、容量、台数）；
4、选择采区低压动力电缆（型号、长度、芯数、截面）；
5、选择采区配电装置；
6、整定采区低压电网过流保护装置；
7、制订采区保护接地措施；
8、制订采区漏电保护措施；
9、制订采区变电所防火措施；
10、绘制采区供电系统图；
11、绘制采区设备布置图；
12、绘制采区变电所设备布置图。
68
采区各用电设备的技术特征
表1
采区内的用电设备
在布置图中的代号
设备的总台数
每台设备的电机数
额定容量PN（Kw）
额定电压UN（伏）
额定工作电流IQN（安）
额定起动电流IqN（安）
额定功率因素cosψN
额定效率ηN
负荷系数Klo
实际效率η
实际功率因数
cosωst
备注
BMD-100型单滚筒采煤机组
JDMB-100S
（1）
2
1
100
660
113.4
770
0.82
0.90
0.75
0.90
0.8
SGB-630/60型刮板运输机
BJO2-72-4
（2）
2
2
660
0.88
0.90
0.75
0.9
0.86
SGW-40T型刮板运输机
DSB-40
（3）
8
1
40
660
45
294
0.85
0.91
0.8
0.91
0.84
SPJ-800型吊挂皮带运输机
BJO2-4
（4）
2
1
30
380/660
57.2/33.2
400/221
0.88
0.90
0.8
0.9
0.87
上山
单滚筒绞车
（5）
1
1
55
380/660
109/63
1.5Ie
0.84
0.91
0.5
0.9
0.72
绕线式电动机转子加电阻起动
ZMZ2-17铲斗式装岩机
DZ2B-17-6
（6）
2
1
17
380/660
35/19
138
0.85
0.89
0.6
0.84
0.8
JD-11.4型调度绞车
JBT-11.4
（7）
2
1
11.4
380/660
22.2/12.9
133/72
0.87
0.89
0.75
0.89
0.85
JBT-5202型局部扇风机
JBT52-2
（8）
4
1
11
380/660
21.8/12.6
153/86.5
0.89
0.86
0.8
0.86
0.87
xpb-120/55型喷雾泵站
BJO2-61-4
（9）
2
1
13
380/660
25.4/14.7
178/103
0.88
0.88
0.75
0.88
0.87
JH2-5型
回柱绞车
IJB41-8
（10）
4
1
8
380/660
16.5/9.5
99/57
0.83
0.89
0.75
0.89
0.82
MZ2-12型
电煤钻
电煤钻
专用电机
（11）
6
1
1.2
127
9
50
0.83
0.85
1
0.84
0.83
KSG型干式变压器
（12）
2
1
2.5KVA
采区变电所和绞车房照明电源
采区照明
0.5KW
第二节确定采区变电所和工作面配电点的位置
一、采区变电所位置的确定
1、采区变电所位置的初步确定
采区变区所是采区中心，其任务是井下中央变电所送来的高压电变为低压电，并将此电力配送至采掘工作面及其它用电设备。
为此，采区变电所位置选择要依据低压供电电压，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组容量大小等来确定。
根据上面要求，采区变电所位置应满足如下一些要求：
⑴、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。
⑵、一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。
⑶、变电所内要求通风良好，温度不得超过附近巷道温度5℃。
⑷、设备运输方便，便于电缆进出，地质条件好，顶底板稳定，无淋水。
从上述四项要求考虑，在确定变电所的位置时，可提出三种方案：
Ⅰ、采区变电所设在运输上山和轨道上山在第三区段内的横贯内。
Ⅱ、采区变电所在第一区段轨道平巷内
Ⅲ、采区变电所设在运输上山和轨道上山在第二区段的横贯内。
2、方案比较
方案Ⅰ：
能够由一个变电所向全部采、掘、运设备供电，当采掘工作面推进或更换时,变电所可不迁移,但未能位于整个负荷中心,最大供电距离较长。
方案Ⅱ：
对每一区段供电距离都较短，但未能位于整个负荷中心，当更换工作面时，变电所需迁移。
方案Ⅲ：
能够向全部采、掘、运供电，且位于整个采区负荷中心，当更换工作面时，变电所不迁移。
3、确定采区变电所的位置
通过方案比较，舍掉方案Ⅰ、Ⅱ，第Ⅲ种方案较理想，故本区段内变电所将确定，即采区变电所位置确定在轨道上山与运输上山在第二区段的横贯内，距第三段运输平巷260m。
（如图2-1）
二、确定采区工作配电点的位置
工作面配电点的任务是：
将采区变电所送来的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电源可以电钻和照明综合保护装置上获得。
为了保证安全，工作面设备的控制开关不宜放在工作面，而应放在工作配电点，采用远方控制。
回采工作面配电点设在离工作面60m处的巷道中，掘进工作面配电点距掘进头90m。
（如图2-1）
图2-1
第三节拟定采区供电系统
一、拟定原则
（1）保证供电可靠，力求减少使用开关、起动器使用电缆的数量应最少；
（2）原则上一台起动器控制一台设备；
（3）采区变电所动力变压器多于一台时，应合理分配变压器负荷，通常一台变压器担负一个工作面用电设备；
（4）变压器最好不并联运行；
（5）采煤机宜采用单独电缆供电，工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电，上山及下顺槽输送机宜采用干线式供电；
（6）配电点起动器在三台以下，一般不设配电点进线自动馈电开关；
（7）工作面配电点最大容量电动机用的起动器应靠近配电点进线，以减少起动器间连接电缆的截面；
（8）供电系统尽量减少回头供电；
（9）低沼气矿井，掘进工作面与回采工作面的电气设备应分开供电，局部扇风机实行风电沼气闭锁；沼气喷出区域、高沼气矿井、煤（岩）与沼气突出矿井中，所有掘进工作面的局部扇风机装设三专（专用变压器、专用开关、专用线路）二闭锁设施，即风、电、沼气闭锁。
二、拟定供电系统（如图3-1）
如图3-1
第四节计算与选择采区变电所动力变压器
一、向西翼采区用电设备和绞车房供电的1＃变压器
1、计算容量（利用需用系数）
ST=
式中
—由变压器供电的用电设备的额定功率之和，ＫＷ
＝4×40＋13＋1.2＋8＋100＋2×30＋8＋1.2+55
=406.4KW
—需用系数，由原始资料得知本设计采煤方法属普采，则
=0.286+0.714=0.286+0.714×=0.462
—加权平均功率因素，查《煤矿供电系统运行与维护》P133
表4.3取＝0.7
则：
ST==268.2KVA
1#变压器的计算容量为:
S=ST+2.5=268.2+2.5=270.7KVA
2、变压器的选择
根据1#变压器的计算容量，查《煤矿供电系统运行与维护》P121表4.1，可选-315/66/0.69KV型变压器一台。
二、向东翼采区用电设备和绞车房供电的2＃变压器
1、计算容量（利用需用系数）
ST=
式中
—由变压器供电的用电设备的额定功率之和，ＫＷ
＝4×40＋13＋1.2＋8＋100＋2×30＋8＋1.2
=315.4KW
—需用系数，由原始资料得知本设计采煤方法属普采，则
=0.286+0.714=0.286+0.714×=0.489
—加权平均功率因素，查《煤矿供电系统运行与维护》P133
表4.3取＝0.7
则：
ST==245.5KVA
2#变压器的计算容量为:
S=ST+2.5=245.5+2.5=248KVA
2、变压器的选择
根据2#变压器的计算容量，查《煤矿供电系统运行与维护》P121表4.1，可选-315/66/0.69KV型变压器一台。
三、向西翼采区用电设备和绞车房供电的3＃变压器
1、计算容量（利用需用系数）
ST=
式中
—由变压器供电的用电设备的额定功率之和，ＫＷ
＝17＋11.4＋1.2＋2×30＋17+11.4＋1.2+2×11
=141.2KW
—需用系数，由原始资料得知本得知无掘进机，查《煤矿供电系统运行与维护》P133表4.3，取=0.4
—加权平均功率因素，查《煤矿供电系统运行与维护》P133表4.3取＝0.6
则：
ST==94.1KVA
2、变压器的选择
根据3#变压器的计算容量，查《煤矿供电系统运行与维护》P121表4.1，可选-100/66/0.69KV型变压器一台。
四、向掘进工作面局部通风机供电的4＃变压器
1、计算容量（利用需用系数）
ST=
式中
—由变压器供电的用电设备的额定功率之和，ＫＷ
＝2×11=22KW
—需用系数，根据工作特点取=1
—加权平均功率因素，根据工作面特点，取＝0.9
则：
ST==24.4KVA
2、变压器的选择
根据4#变压器的计算容量，查《煤矿供电系统运行与维护》P121表4.1，可选-50/66/0.69KV型变压器一台。
标号
型号
额定容量/KVA
额定电压/A
额定电流/A
额定损耗/W
阻抗电压﹪
空载电流﹪
线圈阻抗/Ω
连接组
高压
低压
高压
低压
空载
短路
R
X
1#
KS7-315/6
315
6000
693
30.5
258
760
4800
4
2.3
0.0240
0.0574
Y,y0
2#
KS7-315/6
315
6000
693
30.5
258
760
4800
4
2.3
0.0240
0.0574
Y,y0
3#
KS7-100/6
100
6000
693
9.6
81
320
2000
4
2.6
0.102
0.171
Y,y0
4#
KS7-50/6
50
6000
693
4.8
40.5
190
1150
4
2.8
0.324
0.3234
Y,yn0
第五节选择采区低压动力电缆
一、确定电缆的型号
根据采区供电电压的工作条件、敷设地点及电缆型号确定原则
采区的电缆型号确定如下：
采区变电所到配电点之间的干线用MY-660型橡套电缆
采煤机用MCP-660型屏蔽橡套软电缆
电煤钻用MZ-500型电缆
其它均用MYP-660型电缆
二、确定电缆的长度
根据第三节拟定的供电系统，确定系统中各段电缆长度，在确定电缆长度时，橡套电缆按10%余量考虑，同时还应从设备处于最远点位置考虑。
电缆的实际长度L
Lx=
式中Lx——电缆敷设路径的长度m
——电缆增长系数,橡套电缆取1.1即
干线=1.1×Lx
支线=1.1×Lz
三、确定电缆的芯数
1、橡套屏蔽电缆用芯数为4芯
2、采煤机用屏蔽橡套软电缆4芯
四、电缆截面的计算
1、配电点到各移动设备的支线电缆截面，按机械强度的方法选择。
其余支线按长时允许电流的方法选择。
2、采区变电所向各移动配电点供电的干线电缆截面，必须先按允许电压损失计算，再以长时允许电流进行校验。
五、具体电缆的长度与截面的计算和确定
本设计中按照图3-1电缆编号逐一选择其叙述如下：
1#变压器电缆
（一）110电缆
1、电缆实际长度的确定
（1）干线
L110=1.1Lx=1.1（20+85+330）=478.5m（取480m）
式中20——采区变电所内引出线，m
85——工作面长度的一半，m
330——三台SGW-40T型刮板运输机的距离，m
（2）支线
属于近控，取5m
2、电缆截面的选择计算
（1）支线电缆截面按机械强度选择,其型号为MYP-6603×16＋1×10
（2）干线电缆截面选择计算
a、按允许电压损失来选择干线电缆截面
低压660系统电压损失为
IUP=－0.95×=693－0.95×660=66V
式中——变压器二次侧额定电压，V
b、支线电缆属于近控，电压损失IUb1很小，忽略不计
c、变压器的电压损失IUT
IUT=（+）
=（）
=××258×（0.024×0.7+0.0574×0.7）
=21.9V
式中：
IUT—变压器的电压损失，V
—变压器的实际负荷容量，KVA
—变压器的额定容量，KVA，查《煤矿供电系统运行与维护》P121表4.1，=315KVA
—变压器二次侧额定电流，A,查《煤矿供电系统运行与维护》P121表4.1，=258A
—变压器的电阻，电抗。
d、按允许电压损失
IUp.ms=IUp－IUT－IUb1
IUb1=66-21.9=44.1V
e、按允许电压损失选择干线电缆截面
=
=
=20.5
取35,选择电缆MP—660V型3×35+1×16
式中：
—干线负荷的需用系数；
IUp.ms—干线允许的电压损失；
—干线所带负荷的额定功率之和，KW；
—干线电缆满足电压损失的最小截面，;
—干线电缆的长度，m;
—电缆导体的电导率，m/（·）,查《煤矿供电系统运行与维护》P149表5.9，取=53
—电缆线路索爱电网的额定电压，V；
f、按长时允许电流校验所选择的干线电缆截面
=116.6A
查《煤矿供电系统运行与维护》P148表5.7，=138A
＞，故校验合格，选择电缆MP—660V型3×35+1×16
（二）120电缆
1、电缆实际长度的确定
（1）干线
L120=1.1Lx=1.1（20+195+30+345）=650m
（2）支线
L121=1.1Lx=1.165=71.5m（取70m）
L122=1.1Lx=1.165=71.5m（取70m）
L123=1.1Lx=1.1（65+75）=154m
2、电缆截面的选择计算
（1）支线电缆截面按机械强度选择,回柱绞车电缆MYP-660型3×16＋1×10，电煤钻电缆MZ-500型3×4+1×4。
按长时允许电流选择，喷雾泵站电缆MYP-660型3×10＋1×10
（2）干线电缆截面选择计算
a、按允许电压损失来选择干线电缆截面
低压660系统电压损失为
IUP=－0.95×=693－0.95×660=66V
b、支线电缆电压损失
IUb1===2.3V
c、变压器的电压损失
IUT=（+）
=（）
=××258×（0.024×0.7+0.0574×0.7）
=21.9V
d、按允许电压损失
IUP.ms=IUP－IUT－IUb1=66-21.9－2.3=41.8V
e、按允许电压损失选择干线电缆截面
=
=
=6.9
取16,选择电缆MY—660V型3×16+1×10
f、按长时允许电流校验所选择的干线电缆截面
==19.4A
查《煤矿供电系统运行与维护》P148表5.7，=85A
＞，故校验合格，选择电缆MY—660V型3×35+1×16
（三）130电缆
1、电缆实际长度的确定
（1）干线
L130=1.1Lx=1.1（20+195+30+345）=650m
（2）支线
L131=1.1Lx=1.1×（60+5+150）=236.5m（取237m）
2、电缆截面的选择计算
（1）支线电缆截面按机械强度选择,其型号为MCP-660型3×35＋1×16
（2）干线电缆截面选择计算
a、按允许电压损失来选择干线电缆截面
低压660系统电压损失为
IUp=－0.95×=693－0.95×660=66V
b、支线电缆电压损失
IUb1===16V
c、变压器的电压损失IUT
IUT=（+）
=（）
=××258×（0.024×0.7+0.0574×0.7）
=21.9V
d、按允许电压损失
IUP.ms=IUP－IUT－IUb1=66-21.9－16=28.1V
e、按允许电压损失选择干线电缆截面
=66.1
取70,选择电缆MCP—660V型3×70+1×35
f、按长时允许电流校验所选择的干线电缆截面
=125A
查《煤矿供电系统运行与维护》P148表5.7，=215A
＞，故校验合格，选择电缆MCP—660V型3×70+1×35
（四）140电缆
1、电缆实际长度的确定
（1）干线
L140=1.1Lx=1.1（20+85+30+340）=522.5m（取520m）
（2）支线
②为可弯曲刮板运输机有两个电动机
L141=1.1Lx=1.1（60+5）=71.5m（取70m）
L142=1.1Lx=1.1（60+5）=71.5m（取70m）
L143=1.1Lx=1.1（60+5+75）=154m
2、电缆截面的选择计算
（1）支线电缆截面按机械强度选择,其型号为MYP-660型3×16＋1×10，电煤钻电缆MZ-500型3×4+1×4
（2）干线电缆截面选择计算
a、按允许电压损失来选择干线电缆截面
低压660系统电压损失为
IUp=IUP－IUT－IUb1=－0.95×=693－0.95×660=66V
b、支线电缆电压损失
IUb1===10.6V
c、变压器的电压损失IUT
IUT=（+）
=（）
=××258×（0.024×0.7+0.0574×0.7）
=21.9V
d、按允许电压损失
IUP.ms=IUP－IUT－IUb1=66-21.9－10.6=33.5V
e、按允许电压损失选择干线电缆截面
=
=21.6
取25,选择电缆MY—660V型3×25+1×16
f、按长时允许电流校验所选择的干线电缆截面
==60.5A
查《煤矿供电系统运行与维护》P148表5.7，=113A
＞，故校验合格，选择电缆MY—660V型3×25+1×16
（五）150电缆
1、电缆实际长度的确定
（1）干线
L150=1.1Lx=1.1（20+85+170+100+30+5）=451m（取450m）
（2）支线
L151属于近控，取5m
L152属于近控，取10m
2、电缆截面的选择计算
（1）支线电缆截面按机械强度选择,其型号为MYP-660型3×16＋1×10
（2）干线电缆截面选择计算
a、按允许电压损失来选择干线电缆截面
低压660系统电压损失为
IUP=－0.95×=693－0.95×660=66V
b、支线电缆电压损失
IUP===0.54V
c、变压器的电压损失IUT
IUT=（+）
=（）
=××258×（0.024×0.7+0.0574×0.7）
=21.9V
d、按允许电压损失
IUP.ms=IUP－IUT－IUb1=66-21.9－0.54=43.6V
e、按允许电压损失选择干线电缆截面
=16.9
取25,选择电缆MY—660V型3×25+1×16
f、按长时允许电流校验所选择的干线电缆截面
=71.2A
查《煤矿供电系统运行与维护》P148表5.7，=113A
＞，故校验合格，选择电缆MY—660V型3×25+1×16
2#变压器电缆
（一）210电缆
1、电缆实际长度的确定
（1）干线
L210=1.1Lx=1.1（20+85+300）=445.5m（取455m）
（2）支线
属于近控，取5m
2、电缆截面的选择计算
（1）支线电缆截面按机械强度选择,其型号为MYP-660型3×16＋1×10
（2）干线电缆截面选择计算
a、按允许电压损失来选择干线电缆截面
低压660系统电压损失为
IUP=－0.95×=693－0.95×660=66V
式中——变压器二次
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