3200采区供电系统设计及保护整定校验.docx
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3200采区供电系统设计及保护整定校验
承德巨丰源煤炭有限公司
3200采区供电系统设计及保护整定校验
为了保证采区供电的安全可靠，经济合理，特对3200采区供电设计计算。
其主要内容包括：
负荷计算、电网计算、保护整定计算和供电系统及电气设备选择等。
一、采区变电所负荷计算及变压器容量的选择：
根据采区动力系统用电设备负荷统计表数据，按需用系数法计算采区变电所的容量为：
式中
值参考《煤矿供电》表取：
，由下表得
，所以:
采区主要设备表
序号
设备名称
设备型号
台数
电动机
功率kw
电压v
1
刮板输送机
SGB420/22
4台
22
660
2
空压机
MOGF6/8G
1台
45
660
3
绞车
JT-0.8
1台
30
660
4
乳化液泵站
BRW80/35
2台
55
660
5
水泵
IS65-40-1250D
1台
7.5
660
6
电煤钻
ZZ8L
2套
1.2
660
7
考虑新区域开拓和采区延深工程等情况选择KBSG315KVA/6干式变压器为动力系统供电。
根据采区供风系统主要设备统计表数据，按需用系数法计算采区变电所的容量为：
式中
值参考《煤矿供电》表取：
，由下表得
，所以:
采区供风系统主要设备
序号
设备名称
设备型号
台数
电动机
安装
地点
功率kw
电压v
1
风机
FBD-YNO
2台
2×11
660V
工作面
2
风机
FBD-YNO
2台
2×22
660V
工作面
3
风机
FBD-YNO
2台
2×22
660V
备用
考虑新区域开拓和采区延深工程等情况，确定选一台KBSG315/6型变压器。
二、采区变电所位置的确定：
采区变电所的确定要满足下列要求:
⑴、变电所内要求新鲜风流，通风良好，顶底板比较稳定坚固。
⑵、要求运输方便。
⑶、尽量位于采区负荷中心。
⑷、尽可能的迁移次数最少。
根据上述要求，确定变电所设在320运输大巷位置。
三、采区低压供电系统的拟定原则
1、在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的设备最省；
2、原则上一台启动器只能控制一台设备；
3、当采区变电所动力变压器超过一台时，应合理分配变压器负荷；
4、变压器最好不要并联运行；
5、从变电所向各配电点或配电点到用电设备采用辐射式供电，上山及顺槽运输机采用干线式供电；
6、工作点配电点最大容量电动机的启动器应靠近配电点进线；
7、供电系统应尽量避免回头供电；
8、掘进工作面的局部通风机组都应实行三专（专用变压器、专用开关、专用线路）供电；
9、局部通风机和掘进工作面中的电气设备必须装有风电闭锁装置。
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）及双风机双电源的供风系统。
四、采区低压电缆线路的计算：
㈠、确定电缆型号
电缆的型号主要是依据电压的高低、工作条件、敷设的场所来确定。
1、从起动器到电动机的电缆：
一律采用橡胶电缆，一般是矿用MY型;电钻选用UZ型的专用电钻电缆。
2、对固定设备选用软电缆，半固定设备（采区变电所至配电点等）也选用软电缆。
低压设备采用铜芯橡胶电缆。
根据上述原则，选择电缆型号如下：
采区变电所至绞车或工作面配电点的低压电缆选用MY型电缆。
从工作面配电点至工作面设备选用MY-1000型的橡胶电缆，向电钻供电的选用UZ-500型专用电缆。
㈡、确定电缆长度：
因为电缆有一定的软性,在敷设悬挂时必然出现一定的悬垂度,因此电缆的实际长度LS:
式中:
L--------巷道长度;
K--------增长系数,橡胶电缆1.1;
电缆长度计算结果表
序号
地点
巷道长度（m）
选取电缆长度（m）
电压
1
Z1
80
85
低压
2
Z2
5
5
低压
3
Z3
95
97
低压
4
Z4
30
32
低压
5
Z5
520
540
低压
6
Z6
22
25
低压
7
Z7
85
89
低压
8
Z8
85
89
低压
9
Z9
为了安装维护,当电缆有中间接头时,应在电缆两端各加余量。
根据以上原则，
㈢、低压电缆截面的选择：
1、选择原则：
⑴、电缆在正常工作中的温升，不超过其本身绝缘的允许温升，采用按长时允许电流的方法来确定电缆截面。
⑵、电缆在短路时，应具有足够的热稳定性，根据短路电流和保护动作时间，计算最小热稳定截面。
⑶、正常工作时电缆电压损失不得超过允许范围,应保证电动机端子电压不低于0.9Ue.
⑷、橡胶电缆由于经常移动容易损坏，所以要满足机械强度的最小截面。
⑸、由于电动机起动电流大，必须按起动条件校验，以保证工作机械所要求的最小起动转矩和磁力起动器的吸合电压。
2、橡胶电缆截面的选择：
考虑电缆移动方便和有足够的强度，一般推荐如下表来初选橡胶电缆的截面：
1、由机械强度初定电缆截面
橡套电缆满足机械强度的最小截面
用电设备名称
最小截面（mm2）
动力变压器至1号开关
35——50
1号—2号开关
35——50
风机变压器至3号开关
25——35
3号——4号开关
25——35
乳化液泵站
16—25
刮板输送机
16—25
绞车
10—25
局部风机
6—10
煤电钻
4—6
水泵
6--10
照明
2.5—4
各电缆截面的长时允许电流IP值如下：
主芯线截面mm2
4
6
10
16
25
35
50
长期允许电流A
36
46
64
85
113
173
198
各电缆的实际长时工作电流计算如下公式：
In＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
式中:
In——电缆中通过的实际工作电流A
Kx——需用系数
ΣPe——电缆所带负荷有功功率之和KW
Ue——电网额定电压V
ηpj——电动机加权平均效率
cosφpj——加权平均功率因数
1、满足乳化液泵站机械强度要求的截面初步截面确定为16mm2，其IP=85A。
乳化液泵站电缆Z1当中的实际长时工作电流
Iz1＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.6×110×103/1.732×660×0.9×0.9
＝71.5A
IP=85A＞Iz1＝71.5A
乳化液泵站初选电缆截面能够满足长时实际工作电流的要求，所以乳化液泵站采电缆截面取16mm2。
２、满足刮板输送机机械强度要求的截面初步截面确定为16mm2，其IP=85A。
刮板输送机电缆Z2当中的实际长时工作电流
Iz2＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.65×88×103/1.732×660×0.9×0.9
＝61.7A
IP=85＞Iz2＝61.7A
刮板输送机初选电缆截面能够满足长时实际工作电流的要求，所以刮板输送机电缆截面取16mm2。
3、满足绞车机械强度要求的截面初步截面确定为16mm2，其IP=85A。
绞车电缆Z3当中的实际长时工作电流
Iz2＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.65×30×103/1.732×660×0.9×0.9
＝21.06A
IP=85A＜Iz3＝21.06A
绞车初选电缆截面能够满足长时实际工作电流的要求，所以绞车电缆截面取16mm2。
4、满足空压机机械强度要求的截面初步截面确定为35mm2，其IP=173A。
空压机电缆Z4当中的实际长时工作电流
Iz4＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.61×45×103/1.732×660×0.9×0.9
＝34.3A
IP=173A＞Iz4＝34.3A
空压机初选电缆截面能够满足长时实际工作电流的要求，所以空压机电缆截面取35mm2。
5、满足局部风机机械强度要求的截面初步截面确定为6mm2，其IP=46A。
局部风机电缆Z5当中的实际长时工作电流
Iz5＝（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.61×44×103/1.732×660×0.9×0.9
＝28.9A
IP=46A＜Iz5＝28.9A
局部风机初选电缆截面能够满足长时实际工作电流的要求，所以局部风机电缆截面取6mm2。
6、满足煤电钻机械强度要求的截面初步截面确定为4mm2，其IP=36A。
煤电钻电缆Z6当中的实际长时工作电流
Iz7（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.7×2.4×103/1.732×660×0.9×0.9
＝1.8A
IP=36A＜Iz7＝1.8A
煤电钻初选电缆截面能够满足长时实际工作电流的要求，所以煤电钻电缆截面取4mm2。
7、满足水泵机械强度要求的截面初步截面确定为6mm2，其IP=46A。
水泵电缆Z7当中的实际长时工作电流
Iz7（KxΣPe103）/（1.732Ueηpjcosφpj）
＝0.7×7.5×103/1.732×660×0.9×0.9
＝5.6A
IP=46A＜Iz7＝5.6A
水泵初选电缆截面能够满足长时实际工作电流的要求，所以水泵电缆截面取6mm2。
最终选出各段电缆的截面如下：
设备名称
最小截面（mm2）
动力变压器至1号开关
50
1号—2号开关
50
风机变压器至3号开关
25
3号——4号开关
25
乳化液泵站
16
刮板输送机
25
绞车
16
局部风机
25
煤电钻
4
水泵
6
照明
4
五、采区低压控制电器的选择：
电器选择的一般原则：
1、在采区一律采用隔爆型或隔爆兼安全火花型电器。
2、按工作机械对控制的要求选择电器型式：
⑴、供电线路的总开关选择真空自动馈电开关。
如KBZ9型。
⑵、不需要远方控制或经常起动的机械选用手动起动器，如QBZ-80/660型。
⑶、需要远方控制和程控机械选用QBZ-120/660系列。
⑷、需要经常正、反转控制的机械应选用QBZ—80N系列。
3、开关的额定电压、电流按电网额定电压和长时最大工作电流选择。
4、开关电器的保护装置要适应电网和工作机械对保护的要求。
变压器二次的总开关、变电所内配出开关及配电点的总开关、一般工作机械，需要有过电流保护、漏电保护和短路保护。
5、开关电器的接线口的数目要满足电网接线的需要，内径要与电缆的外径相适应。
6、QBZ系列矿用隔爆型真空电磁启动器是采用CKJ5型真空接触器：
具有重量轻，体积小，分段能力大，噪音低，电弧不外泄，打开上盖切断负荷电源或上盖不到位启动器不能正常工作，安全可靠等优点。
7、QBZ系列开关采用JDB电机综合保护器，保护功能齐全具有漏电、短路、过载、断相等保护，同时启动器还具有阻容过电压吸收保护装置RC。
8变压器二次的总开及采区设备总开关采用KBZ9系列开关保护，KBZ9开关具有：
（1）该系类产品采用手动式真空断路器合分主电路，手动合闸，分离脱扣，欠压脱扣和手动脱扣，具有寿命长，维修量少，工作可靠等优点。
（2）保护功能齐全，具有过载、短路、欠压、失压、三相不平衡、漏电闭锁、瓦斯电闭锁、瓦斯断电、对称性漏电保护及选择性漏电保护，并可外接远方分励脱扣按钮。
（3）KBZ9系列开关技术参数：
产品
型号
额定短路接通与分段能力（A）
电缆外径
（Φ，mm）
660v
380V
KBZ9-200
7500
9000
28-63
KBZ9-400
9000
12500
28-63
过载保护
过载倍数
动作
时间状态
复位方式
1.05
∽
1.20
0.2-1H
从热态开始
手动
1.50
90-180s
从热态开始
手动
2.00
45-90s
从热态开始
手动
6.00
8-14s
从热态开始
手动
漏电与漏电保护，动作值及动作时间表：
电网电压
单相漏电电阻
单相漏电闭锁
动作时间
（V）
动作整定值
电阻整定值
瞬间
延时
380
3.5KΩ+20%
7KΩ+20%
≦0.15s
0-5秒可调
660
11KΩ+20%
22KΩ+20%
9、JDB保护器主要技术参数表：
项目
电流倍数
动作时间
起始状态
复位时间
过载
保护
1.05
长期不动作
冷态
1＜t＜3
1.2
5min＜t＜20min
冷态
1.5
1min＜t＜3min
冷态
6
8s≤t≤16s
冷态
短路保护
8-10
0.2s＜t＜0.4s
冷态
漏电
闭锁
工作电压660V，一项对地绝缘组织低于22KΩ+20%
工作电压380V，一项对地绝缘组织低于7KΩ+20%
对地绝缘电阻上升到动作值的1.5倍时，主电路解除漏电闭锁。
10低压隔爆开关的选择表：
序号
名称
设备型号
开关型号
电压（V）
备注
1
电源总关
KBZ9-400
660
2
刮板运输机
SGB420/22
QBZ80
660
3
空压机
MOGF6/8G
QJZ160
660
4
绞车
JT-0.8
QBZ80
660
5
乳化液站
BRW80/35
QBZ120
660
6
水泵
IS65-40-125D
QBZ80
660
7
电煤钻
ZZ8L-2.5
QBZ80
660
8
风机
FBD-YNO
QB×280SF
660
9
风机
FBD-YNO
QB×280SF
660
10
六、保护装置的整定：
1、根据最大工作电流
计算整定值：
1号动力开关是KBZ9-400型自动馈电开关,它的保护装置是智能型保护器（以下2/3/4号开关同型号保护器）,整定范围为200～400安,其整定电流为:
初步整定400安。
其保护范围1号开关至2号开关点短路时，电缆换算长度：
则
其灵敏系数：
满足要求。
2、2号开关的整定
初步整定:
。
其主要保护范围为2号开关至第4部刮板输送机，（35mm2电缆联接线长32米，25mm2电缆联接线长81m,16mm2电缆联接线长185m.）短路点取供电系图中的点，则其换算长度L6：
则
其灵敏系数：
满足要求。
3、3号是KBZ9-400型自动馈电开关
初步整定400安。
其保护范围3号开关至4号开关点短路时，电缆换算长度：
则
其灵敏系数：
满足要求。
4、4号开关是KBZ9-400型自动馈电开关
初步整定250安。
其保护范围4号开关至第2部风机点短路时，电缆换算长度：
则
其灵敏系数：
满足要求。
七、采区接地保护措施
井下保护接地系统是由主接地极、局部接地极、接地母线、接地导线和接地引线等组成.
井下保护接地网按<<煤矿安全规程>>第448~第453条规定执行.
第448条36V以上和由于绝缘置换可能带有危险电压的电气设备的金属外壳，构架等必须有保护接地。
电气保护接地工作，应按有关矿井保护接地装置的安装、检查与测定工作细则执行。
第449条接地网上任一保护接地点测得的接地电阻值不得超过2Ω，每一个移动式和手持式电气设备同接地网之间的保护接地用的电缆芯线（或其他相当接地导线，一以下各条同）的电阻值不得大于1Ω。
第450条所有电气设备的保护接地装置（包括电缆的铠装、铠皮、接地芯线）和局部接地装置都应同井下住接地接成一个总接地网。
井下主接地极应在主副水仓中各埋设一快。
主接地极应用钢板或耐腐蚀的钢板制成其面积不大于0.7m2,厚度不小于5mm。
在钻孔中敷设的电缆，如果不能同主接地极相连接时应单独形成一分区接地网，其分区主接地极应设在地面。
第451条下列地点应装设局部接地极
1、每个装有电气设备的硐室。
2、每个（套）单独装设的高压电气设备。
3、每个低压配电点。
如果采煤工作面的机巷，回风巷和掘进巷
道内无低压配电点时，上述巷道内至少应分别设置一个局部接地极。
4、连接动力电缆的每个接线盒。
局部接地极可设置于巷道水沟内或其他就近的潮湿处。
设置在水沟中的局部接地极应用面积小于0.6m2，厚度不小于3mm的钢板或具有相同有效面积的钢管制成。
并应平放于水沟深处；设置在其他地点的局部接地极，可用直径不小于35mm，长度不小于1.5m的钢管制成，管上至少钻20个直径不小于5mm的透眼，并垂直埋入底下。
第452条连接主接地极的接地母线，应用截面不小于50mm2的铜线截面不小于100mm2的镀锌铁线或厚度不小于4mm，截面不小于100mm2的扁钢。
电气设备的外壳同接地母线地母线局部接地极的连接电缆接线盒两头的铠装、铠皮的连接，应用截面不小于25mm2的铜线，截面不小于50mm2的镀锌线或厚度不小于4mm，截面不小于50mm2的扁钢。
第453条橡胶电缆的接地芯线，除用做监测接地回路处，不同兼作其他用途，采用屏蔽橡胶电缆，用于本质安全回路，不受此限制。
八、采区漏电保护措施
一、变压器中性点不直接接地供电系统的漏电保护措施。
1、KBZ9系列开关的保护器具有对称性漏电保护及选择性漏电保护，漏电保护灵敏可靠。
2、采用保护接地装置。
3、对电网对地电容电流进行有效的补偿，减小漏电电流值。
4、提高漏电保护装置和自动馈电开关的动作速度，采用超前切断电流装置等。
二、对低压电网漏电保护的要求
1、正常情况监视电网的绝缘状态，当绝缘电阻降低到下列数值时，应切断供电电源；
660v电网——相对地绝缘电阻为11kΩ.
380v电网——相对地绝缘电阻为3.5kΩ
2、动作速度。
3、检漏继电器只监视电网对地的绝缘电阻值，不反应电容大小。
4、电网的绝缘电阻值无论是对称下降还是不对称下降，动作电阻值不变。
5、检漏继电器内部阻抗值应很大，正常时保证电网对地的绝缘，不增加人身触电的危险
6、动作灵敏可靠，既不拒绝动作也不误动作。
7、检漏继电器的动作电阻不受电网波动的影响。
8、对电网对地电容电流能够进行有效补偿。
9、送电前，发现漏电，应该将电源开关闭锁，以防向故障电网送电。
10、动作要有选择性，以便缩小故障范围。
九、采区变电所的防火措施
一、采区变电所硐室必须用耐火材料建筑，硐室出口附近5m之内的巷道支架应用耐火材料支护。
二、硐室出口出必须设置两重门，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，铁板门能自动或手动关闭，对铁板门和铁栅门的要求符合《煤矿安全规程》第426条。
三、为了通风良好，《煤矿安全生产规程》规定硐室长度超过6m时，必须在硐室两边各设一个出口，出口处必须符合规程中第426条规定，硐室内最高温度不得超过附近巷道中温度5℃。
四、硐室内应设有砂袋、砂箱及干式灭火器材。
十、附图
承德巨丰源煤炭有限公司
3200采区供电系统设计及保护整定校验
设计：
左献强
审核：
2010年10月
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