采区变电所设计.docx
《采区变电所设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《采区变电所设计.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
采区变电所设计
3
1-1 采区设备技术特征表
1.1.2 对井下采区供电设计的基本要求
1）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》等规程和技术资料
2）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。
3）设备选型时，应采用定型的成套设备，尽量采用新技术，新产
品，国产设备，积极采取措施，减少电能损耗，节约能源
4）技术质量确定技术的先进性，经济的合理性，安全的适用性。
1.1.3 采区供电设计的任务
1）采区变电所和工作面配电点位置的确定。
2）采区供电系统的
拟订。
3）采区变电所的负荷统计及变压器容量、型号、台数的选择。
4）采区高压电缆的选择。
5）采区低压电缆的选择。
6）采区电
网短路电流的计算。
7）采区高低压配电装置的选择。
8）采区高、低压开关保护装置的整定计算。
9）井下漏电保护及
井下保护接地系统。
10）采区变电所的硐室及设备布置。
11）编
制设计说明书及绘制图纸的要求。
1.1.4 采区供电设计说明要求
1）设计说明书应反映出设计人员的基本设计思想，设计方法和步
骤，给出主要计算公式和设备选择结论及技术特征。
2）设计中设备选择结果应以表格形式反映，避免重复。
3）设计说明书内容完整，计算准确，字迹清晰，图示清楚按规定格
式打印输出，设计 图纸清晰整洁。
4）设计说明书须附英文内容摘要。
2 采区变电所的位置、供电系统及主变压器的选择确定
2.1 变电所及配电点位置的确定
2.1.1 采区变电所的位置确定
采区变电所是采区供电的中心，它担负着整个采区的采电、配电、
变电任务。
采区变电所的位置决定于低压供电电压、供电距离、采
煤方法及采区巷道布置方式、机械化程度、采区机组的容量大小等
因素。
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
和供电质量要求，选择采区供电电压以及移动变电所的设置地点。
根据机械化工作面采煤机组功率大小，供电距离比其他机械设备远
且启动频率，重载启动等特点，要求工作面输送机、采煤机和采煤
机组的电动机启动允许电压损失应符合要求。
保证机组启动时有足
够的启动力矩。
同时，要求保证机组控制开关在机组电动机启动时
有足够吸合能力。
一般来说，炮采工作面选择 380V 或 660V 供电；普通机械化采煤
工作面选择 660V 供电，综合机械化采煤工作面选择 1140V 供电，
我们本次设计的采煤工作面为综采工作面，采用移动变电站供电。
本设计把采区变电所的位置设置在运输斜巷与轨道斜巷之间的联络
巷内。
2.1.2 移动变电站位置确定
移动变电站是由特制的高压配电箱，干式变压器和低压配电装置组
成的整体，安放在平车上，可在平巷的轨道上移动。
采用移动变电
站供电的优势是缩短低压供电距离，减少电压损失，随工作面的移
动而移动。
一般用于综采工作面供电。
移动变电站一般设置在工作面平巷，距工作面 150m-300m，工作
面每向前推进 100m-200m,变电站向前移动一次，使综采工作面的低
电压供电距离不超过 500m。
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。
设置在运输平巷，其优点是靠近负荷中心；缺点是加大巷道断面，
增大开拓费用和维护费用。
设置在回风平巷，其优点是不需要专设轨道和增大巷道断面；缺点
是远离运输平巷的输送机，而且在专用回风巷内不得设置移动变电
站。
设置在下一个工作面的回风平巷与本工作面运输平巷的联络巷内，
其优点是既能位于负荷中心，又不需增大巷道断面；缺点是必须在
采掘可以衔接的情况下选用。
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，其优点
是不需要增大巷道 断面；缺点是距离工作面较远，在供电质量满足
要求的情况下选用。
本设计采用布置方式的第一种，设置在运输
平巷中。
2.1.3 工作面配电点位置的确定
工作面配电点是将移动变电站送来的 1140V 或 660V 电能分配给采
区工作面或掘进工作面的用电设备。
1）工作面配电点的位置及设备布置：
为保证安全，采煤工作面配电点一般设在距工作面 50m-70m 处的
巷道中，工作面设备的控制开关应放在工作面配电点，采用远方控
制。
本次设计把采煤工作面配电点设置距工作面 70m 处巷道内。
2）配电点开关的设置：
工作面配电点设在控制工作面各种设备的电磁启动器以及煤电钻
综合保护装置处。
3 台以及以上开关的配电点都需要设置自动馈电
开关。
实现断电检修和维护，保证人身安全。
2.1.4 采区变电所硐室及设备布置
1）对硐室的要求：
①采区变电所硐室必须用耐火材料建筑，硐室出口附近地区 5m 之
内的巷道支架应用耐火材料支护。
②硐室出口处必须设置两重门，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，铁板门应能自
动或手动关闭。
③为了通风良好，《煤矿安全规程》规定硐室长度超过 6m 时，必须
在硐室两端各设一个出口，硐室内最高温度不得超过巷道中温度的
5℃。
④硐室内敷设的电缆，根据《煤矿安全规程》规定要将黄麻外皮剥
除掉，同时应定期在铠装层上加涂防锈油漆，硐室内应设有砂袋，
砂箱及干式灭火器材。
2）硐室内设置布置的要求：
①硐室内的高低压配电设备应分开设置，其间应留有大于 0.8m 的过
道，电缆线路沿硐室墙壁敷设。
②硐室内所有电器设备的外壳要求有良好的接地，接地干线沿硐室
内墙壁敷设，距地面一般 0.5m，接地极埋设在附近水沟硐室中或有
潮湿的地段，接地干线与井下主接地系统相联。
③变电所硐室尺寸，按设备数量及布置方式确定，一般不留设备位
置。
硐室内一不设电缆沟，电缆沿墙壁挂设。
穿过硐室密门处需用
Ф60mm 的 焊接钢管保护。
④硐室内照明设备采用 KBY-15 型 15W127V 的照明灯，灯距为 4m，
采用 V-1000 型电缆沿硐室拱顶敷设。
⑤硐室内高压电气设备必须在明显处挂有“高压危险”的告示牌，
在硐室入口处应挂有类似告示牌，无人值班的硐室必须关门加锁。
⑥安装在巷道内的移动变电站或平车上的综合机械化采煤工作面的
机电设备，对突出部分应根据《煤矿安全规程》与巷道支护之间的
距 离 不 小 于 0.25m， 同 输 送 机 的 距 离 应 满 足 设 备 检 查 、 检 修 的 需
要，并不得小于 0.7m。
2.2 采区变电所的负荷统计及变压器型号、容量、台数的选择确定
2.2.1 移动变电站台数的选择
使用采区变电所负荷统计，根据采区开拓、开采方法、系统的运行
方式、负荷原则 首先确定每台变压器担负的负荷进行负荷统计列表
负
荷
名
称
设
备
台
数
设备额定
容 量
（kw）
额定电
压
需用系
数
功率因
数
计算负荷
工作电流
备注
有功功
率/KW
无 功 功
率 Kvar
无 功 功
率 Kvar
额定电
流 A
计算电
流 A
工作面设备
采煤机
1
170＊2
1140
0.86
100.*2
可弯曲刮板输
送机
1
110*2
1140
0.85
68.6*2
乳化泵
1
45
1140
0.83
26.8
转载机
1
110
1140
0.85
65.5
皮带机
1
42*2
1140
0.86
23.5*2
工作面变压器
计算负荷
795
1140
0.64
0.7
537.6
548.5
768
300
变压器损耗
3.49
22.14
工作面计算
负荷
795
1140
0.68
0.7
541.09
551.9
772.98
743
顺槽设备
可伸缩带式输
送机
1
125
660
0.86
32.9
调度绞车
3
11.4*3
660
0.87
12.9
回柱绞车
1
17
660
0.85
19
喷雾泵站
1
30
660
0.84
31.24
煤电钻
1
1.2
660
0.83
3.2
顺槽变压器计
算负荷
207.4
660
0.76
0.7
157.6
160.7
225.1
196.8
变压器损耗
1.68
9.5
顺槽的计算负
207.4
6000
0.76
0.7
153.3
162.7
227.5
21.9
表 2-2 移动变电站的选择结果及负荷统计
2-2。
用需要系数法统计：
由于工作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。
将实际负荷与额定负荷的比值用需用系数 Kde 表示。
综合机械化采煤工作面需用系数按经验公式计算见《煤矿电工学》
19 页（7-1）
荷
1#综采工作面
负荷计算
1002.4
6000
700.6
714.4
1000.48
96.2
1#综采工作面
计算负荷
1002.4
6000
0.69
0.7
700.6
714.4
1000.48
96.2
Kde=0.4+0.6
Pnmax
∑Pn
（2—1）
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
根据需用系数即可求出成组负荷，称之为计算负荷 Pca,其计算公式
为：
Pca= Kde·ΣPn（2-2）
式中：
Pca—成组负荷的计算功率 KW
Kde—成组负荷的需用系数
成组负荷的计算：
Ps
170 × 2
840 × 0.6 + 0.4 = 0.64Kw
∑Pn = 172 × 2 + 110 × 2 + 40 × 2 + 45 × 2110 = 840Kw
Pca = Kde∑pn = 0.64 × 840 = 573.6Kw
第二组计算方法同上，结果为；Pca=157.62Kw
变压器（移动变电站）型号的选择确定原则：
在确定移动变电站型号时，应考虑国产矿用变压器的电压等级
和容量，同时应根据巷道断面、运输条件及备用容量等因素，对选
用方案进行经济比较，选取最佳方案。
矿用动力变压器：
目前我国煤矿井下主变电所及采区变电所内
使用的动力变压器主要是 KSJ 及 KSJL 系列。
均为矿用一般型设备，
允许安装在无易燃，易爆性气体的环境中。
矿用隔爆型干式变压
器：
KSG 及 KSGLZ 系列矿用隔爆干式变压器主要用于有易燃及易爆
性危险的场合，如井下采掘工作面等处。
KSGB 矿用隔爆型干式变压
器用于有甲烷混合气体和煤尘，具有爆炸危险的矿井中，作为煤矿
井下综合机械化采掘成套设备的主要供配电装置。
隔爆移动变电站：
KSGZY 型矿用隔爆千伏级移动变电站是根据
我国煤矿井下采煤方式，由炮采及普通机械化采煤逐渐向综合机械
化发展的需要而研制的一种成套高档供电设备，该设备即可用于综
合机械化采煤工作面，也可在普通机械化 660V 采区推广。
2.2.2 移动变电站的台数的确定
移动变电站的容量选择：
1#移动变电站输出电压为 0.692KV，给 SSJ1000/125 型可伸缩带
式输送机、JD11.4 调度绞车、JH-14J 回柱绞车、XPB250-55 型喷雾
泵、B280-2.5 煤电钻供电。
2# 移 动 变 电 站 输 出 电 压 为 1.2kv， 给 SML3-340 型 采 煤 机 ，
SGD630/220 可弯曲刮板输送机，SDJ800 型固定带式输送机，顺槽转
载机，XR213-45 型乳化泵。
选择向工作面供电的移动变电站（2#移动变电站）:
Kde=0.4+0.6
Pnmax
∑Pn
计算需用系数 （2-3）
ΣPn=170×2+110×2+40×2+45×2+110=840kW
Ps
Kde = 0.4 + 0.6∑Pn =
170 × 2
840 × 0.6 + 0.4 = 0.64Kw
Ps—容量最大的电动机的额定功率（因两台电动机同时启动故按一台对
待）
Kde∑pn
Scacosφwm =
0.64 × 840
0.7 = 768MVA
（2-4）
Sca768
（2-5）
coswm—变压器负载的加权平均功率因数，查表 2-2 得coswm=0.7《工矿企业供
电》
查表选择 KBSGZY-800/6 型隔爆移动变电站 1 台，其额定容量 Sn.t=800，额定电压为
6 KV/1.2KV.
选择向顺槽供电的移动（1#移动变电站）计算方法同上，查表选择 KBSGZY-315/6
型隔爆移动变电站一台，其额定容量 Stn.=315，额定电压为 6/0.693KV 。
KBSGZY-800/6 型移动变电站的计算
768
移动变电站的有功损耗：
∆Pt = ∆Pit + ∆Pntβ2
=2.3+5.2 × 0.482
=3.49
Io%
移动变电站的无功率损耗:
∆Qt = 100Sn.t +
Ue%
100 Sn.tβ
2
5.5
= 22.14
K BSGZY-315/6 型移动变电站的计算:
Sca225.17
移动变电站的负荷功率：
β = 2Snt = 2 × 315=0.36
移动变电站的有功损耗：
∆Pt = Pit + ∆Pn.tβ2
=1.4+2.2×0.362 =1.68
IO%
2
2.54
=100 × 31.5 + 100315β0.362
=7.875+1.632
=9.6
3 高低压电缆的选择
3.1 井下高压动力电缆的选择确定
3.1.1 井下高压电缆选择确定原则
1）按经济电流密度计算选定电缆截面，对于输送容量较大，年最大负荷利用小时数较高的
高压电缆尤其应按经济电流密度对其截面进行计算。
2）按最大持续负荷电流校验电缆截面，如果向单台设备供电时，则可按设备的额定电流校
验电缆截面。
3）按系统最大运行方式时，发生的三相短路电流校验电缆的热稳定性，一般在电缆首端
（馈出变电所母线）选定短路点。
4）按正常负荷及有一条电缆发生故障时，分别校验电缆的电压损失。
5）固定敷设的高压
电缆型号应该按以下原则确定：
①在立井井筒倾角 45°及其以上的井道内，应采取钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢
丝铠装交联聚乙烯绝缘电缆。
②在水平巷道或倾角 45°以下的井巷道内，采用钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电缆钢丝铠装
交联聚乙烯绝缘电缆或钢带铠装铅包纸电缆
③在进风斜井下，井底车场及其附近，主变电所至采区变电所之间的电缆，可以采用铝
芯，其他地点必须采用铜芯电缆。
④ 移动变电站应采用监视型屏蔽橡胶电缆。
3.1.2 选择计算步骤 1 确定电缆的长度：
根据电缆长度的确定原则，确定电缆的长度：
以采区变电所，移动变电站和采煤机的供电为例。
确定电缆的长度。
从采区变电站到移动
变电站电缆的长度：
L=20+20+1000-150=890M
从中央变电站到配电所的长度是：
L=1.1×6000=6600M
2 采区变电所至第一台变压器之间的电缆选择（1000m）
按工作条件选电缆型号：
见《工矿企业供电》P157 页表 7—6，选 MYPTJ 型电缆。
按经济电流密度选定电缆截面
ed
Ae = Imn
（3-1）
式中 Ae —导线经济截面积
Imn —线路正常工作时最大长时工作电流/A
Ied —经济电流密度 A/mm2
Imn =∑S
3 × Un
式中:
∑S —负荷统计表总容量
Imn =1000.481000=96.8A
Imn根据《工矿企业供电》P171 取 2.25A/mm2
Imn
选取标准截面积 50mm2电缆
按长时最大工作电流校验:
50mm2电缆工作电流 148A＞Imn=96.8A
按允许电压损失校验：
高压配电线路允许电压损失取 5%。
cos 中取
0.75
电压损失为：
∆Uyz =6000 × 0.05=300V
式中：
I— 高压电缆最大长时工作电流/A
R— 各线段单位长度电阻Ω/km
L
（3-3）
S— 各线段的导线截面mm2
L— 各线段的导线的长度 km
μ— 电缆芯线的导电率Ωmm2/m
1000
按短路条件校验热稳定性
要求S＞Smin
I（3）
式中I（3）--- 电缆首端最大运行方式时的三相短路电流为 9.6kA.
C— 导体材料的热稳定系数 C= γscγCavτp.s ，它与导体的电导率、密度、热容量和最
大短时允许温升有关。
ti—短路电流的假想作用时间，s。
I（3）
故 S=50mm2＞Smin=42.5 mm2 合格满足要求。
3.2 采区低压动力电缆的选择
正确的选择低压动力电缆的型号，直接关系到供电的安全性、可靠性和经济性。
3.2.1 选择确定原则
1）在正常工作时电缆芯线的实际温度不得超过绝缘所允许的最高温升，否则电缆将
因过热而缩短其使用寿命或迅速损坏。
电缆芯线的实际温升决定它所流过负荷电流，因
此，必须保证实际流过电缆的最大长时工作电流不超过它所允许的负荷电流。
2）正常运行时电缆线路的实际电压损失必须不大于网路所允许的电压损失，其端电
压不得底于额定电压的 95%。
否则电动机等电气设备将因电压过低而过流，甚至过热而烧
毁。
3）距离电源最远、容量最大的电动机时，因启动电流过大而对电网造成的电压损失
也最大。
因此必须校验大容量电动机启动时，是否能保证其他用电设备所必须的最低电
压，即进行启动条件校验。
4）电缆的机械强度应满足要求，特别是对移动设备供电的电缆。
根据现场长期工作
经验，对不同用电设备要求电缆机械强度的允许截面见表 2—23。
采区经常移动的橡胶电
缆支线的截面选择，一般按机械强度求的最小截面选取即可，不必进行其它项目的校验。
对于干线电缆，则必须首先按允许电压损失计算确定电缆截面，然后再按长时允许电流及
启动条件进行校验。
5）对于低压电缆，由于低压网路短路电流较小，按上述方法选择的电缆截面的热稳
定性和电动力稳定性均能满足其要求，因此不必再进行短路时的热稳定校验。
选择计算步
骤：
低压支线电缆的选择：
根据《煤矿井下供电设计指导》1 章 2 节所拟定的供电系统，确定系统中各段的电缆
长度，在确定电缆长度时，橡胶电缆按 10%余量考虑，铠装电缆按 5%余量考虑。
第一台
移动变电站到采煤机的电缆的选择
根据《工矿企业供电》P172 表 7—20，选择满足机械强度的最小截面为 752mm。
采煤
机的额定电流为 200A，根据《工矿企业供电》P165 表 7—12，选择满足其电流的值选择截
面 702mm，其载流量为 205A＞额定电流 200A，允许长时允许电流。
考虑到用电设备的实
际负荷一般均小于其额定负荷，所以选择 702mm 的电流是合适的。
再考虑到控制上的要
求，最后确定选用 MCP—0.66/1.14—370+135+36 型采煤机用屏蔽橡套软电缆。
用 电 设 备
电 缆 型 号
长 度/m
乳化液泵
MYP-0.66/1.14-3×16
30
刮板输送机
MYP-0.66/1.14-3×35
242
采煤机
MYP-0.66.1.14-3×70-1×35
250
带式输送机
MYP-0.66/1.14-3×10
70
转载机
MYP-0.66/1.14-31×6
80
固定胶带机
MYP-0.66/1.14-3×16
1000
煤电钻
MYP-0.66/1.14-3×10
2200
回柱绞车
MYP-0.66/1.14-31×6
2170
调度绞车
MYP-0.66/1.14-3×
从移动变电站供电的电缆，一般每段长 100m。
用插销式电缆连接器连接，这样可随
移动变电站的移动方便的将电缆拆除或接入，所以选 9 段，总长度 900m，考虑到电缆中
间有 8 个接头及其两端与移动变电站的选择 ，电缆所需总长度为 890+69=944m。
因此选
择总长度为 1000m 的电缆满足了供电距离的要求。
3.2.2 选择计算步骤
向采煤机供电的支线电缆，考虑工作面长度 150m，配电点与工作面的距离 70m，则
电缆长度 L=Kim L 0t =1.1（150+70）=242m。
再增加机头活动长度 5M 和启动器连接处
3m，所以确定电缆长度为 250m
刮板输送机的电缆长度：
L=1.1×（150+70）=242m 带式输送机的电缆长度：
L=1.1×
70=77M，最后确定为 80m 转载机电缆的长度为 80m
固定带式输送机的电缆长度为 1000m 乳化泵到配电点的距离为 30m
从第一台变压器到可弯曲的刮板输送机支线电缆的选择
根据《工矿企业供电》P172 表 7—20，选择满足机械强度的最小截面为 162mm。
刮板
输送机的额定电流为 137.2A，根据《工矿企业供电》P165 表 7—12，选择满足其电流值，
选择面积为 352mm，其载流量 148A＞额定电流 137.2A。
考虑到用电设备的实际负荷一般
均小于其额定负荷，所以选择 352mm 的电流是合适的。
再考虑到控制上的要求，最后确
定选用 MYP—0.66/1.14—3×35—245m
其他支线电缆截面积的选择方法同上，见表 3-1
表 3-1 电缆的型号
4 井下短路电流的计算
4.1 高压电网短路电流的计算
4.1.1 计算短路电流的目的
供电系统中，故障最多的是短路，尤其以三相短路最为严重，为了校验电气设备在短
路电流作用下的电动力效应和热效应，避免短路事故扩大，因此，在井下供电系统中应计
算三相短路电流，用来对高压配电装置切断电流值、断流容量值、热稳定性及高压的热稳
定值进行校验。
4.1.2 画出短路系统计算电路图
电源
S
采区变电所 S
2
1#移变 2#移变
KBSGZY-800/6
6/12KV
KBSGZY-315/6
6/0.69KV
S
1
ΔP=5.6Kw
u?
%=6
S
3
ΔP=2.2Kw
u?
%=4
配电开关
S
11
123
4
5
乳化泵
S
10
固定皮带
S9
转载机 采煤机
S8 S5
刮板机机头机尾
S6、7
MMMMM
图 4—1 短路系统计算电路
升级会员 