矿井供电设计.docx
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矿井供电设计
辽源职业技术学院
煤矿机电设备选型
设计题目：
综采工作面供电系统设计
专业班级:
高矿电0832
设计人:
韩洪军
指导人:
刘温暖
2010年12月9日
课程设计（论文）指导人评语
指导人：
（签字）
年月日
前言
为期两年的学习，使我掌握了本专业的相关知识。
我设计的题目是：
综采工作面供电设计。
随着煤炭工业的现代化，综采工作面机械化程度越来越高，综采工作面机电设备的容量增大，机械化程度的提高，为加快工作面的推进速度，提高生产效率，对煤矿供电设备选择有了更严格的要求
设计的主要内容有：
主变压器的选型，供电系统的拟定、低压电缆的选择、低压开关及过流保护动作值的计算和整定等。
在相关的设计计算中，设计过程中遇到很多新问题，通过查阅资料及指导老师的耐心指导，终于克服困难顺利完成设计任务，感觉收获很大，受益匪浅，为毕业后从事本专业工作奠定了基础。
由于本人水平有限，加之时间仓促，在设计中缺漏和不妥之处，恳请老师批评指正。
第一章综采工作面概况
一工作面概况
工作面走向长1064米，倾斜长度平均为139米，总面积为147937平方米。
二煤层情况
煤层原始沉积稳定，煤层结构较复杂，煤层平均2.3米。
中间较薄，平均1.3米。
外段较稳定，平均1.5米。
煤层总后1.26~3.55米，平均1.99米。
煤层倾角12°~23°，平均18°。
（1）瓦斯：
该面为高沼瓦斯面，预计工作面瓦斯绝对涌出量为2.6m³／min。
（2）煤尘爆炸指数：
煤尘爆炸指数为15.17~22.64有爆炸危险。
（3）煤的自燃：
煤层自燃发火为Ⅲ类，不易自燃。
（4）矿层裂隙：
煤层裂隙发育。
（5）地温：
21℃。
（6）地压：
57.5㎏／㎝³。
三采煤方法
A工作面走向长1064米，倾斜长度平均为139米，总面积为147937平方米。
煤层原始沉积稳定，煤层结构较复杂，0.23米煤厚、（0.17米夹矸）、1.29米煤厚、（0.13夹矸）、0.17米煤厚，煤层厚度变化较大，以北三后期石门方向为里，煤层较厚，平均2.3米。
中间较薄，平均1.3米。
外段较稳定，平均1.5米。
煤层总后1.26~3.55米，平均1.99米。
煤层倾角12°~23°，平均18°。
故采用走向长壁方法，工作面等长布置，回采时区内后退，工作面一次采全高，布置薄煤层综采工作面，用全部冒落法管理顶板。
四回采工艺
本工作面煤平均厚1.99米，煤层中间赋存两层夹矸0.17米和0.13米，煤层总厚1.26~3.55米，平均1.99米。
煤层倾角12°~23°，平均18°。
工作面选用ZZ3200/14.5/28型支架，采煤机往返牵引割煤，工作面液压支架沿割煤方向顺序移架放顶，然后推移运输机，采煤机割到工作面端头处，沿运输机弯曲段斜切进刀缺口并将运输机头或机尾推至煤壁，循环完毕。
第二章 采区变电所位置的确定
一 采区供电对电能的要求
1电压允许偏差
（1）6KV以上高压和对低压有特殊要求的用户为额定电压的+7%～-7%。
（2）低压照明用户为+5%～-10%。
2相电压不平衡
电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%。
短时间不得超过4%。
3供电系统安全、可靠、经济、质量。
二费用和环境要求
采取变电所要便于对硐室的扩大和设备的增加，同时便于体积较大的变压器等设备直接通过运输上山运到采区变电所硐室减少运输设备的费用。
在满足费用要求的同时还要满足顶板坚固，无淋水且通风良好，保证变电所硐室内温度不超过附近巷道5℃。
根据采区巷道布置，要使采区变电顺利的通过运输平巷向整个采区的负荷中心（采区工作面）进行供电。
第三章采区供电系统的拟定原则
一采区高压供电系统的拟定原则
1、供综采工作面的采区变电所一般由两回路电源进行供电，除综采外，每个采区应为一回路；
2、双电源进线的采区变电所，应设置电源进线开关；
3、采取变电所的高压馈出线宜用专用的开关柜。
二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、从变电所向各配电电或配电点到用电设备采用辐射供电，顺槽运输机采用干线式供电；
6、工作面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、瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤岩与瓦斯突出矿井中，掘进工作面的局部通风机都实行专用变压器、专用开关、专用线路供电；
9、局部的通风机和掘进工作面中的电气设备必须装风电闭锁装置。
三采取系统设备布置图
四采区供电系统图
第四章采区负荷的计算及变压器容量、台数确定
一采区主要设备
1）工作面设备
双滚筒采煤机MLS3-170型1台
刮板输送机SGD-730/180型1台
液压支架ZZ3200/14.5/28型小台
2）工作面运输巷设备
转载机ZGZ-90型1台
可伸缩胶带输送机SSJ1000/2×75型1台
破碎机LSP1000型1台
乳化液泵站XRB2B-125/350型2台
乳化液箱XRXTA2台
二综采工作面供电系统负荷计算
1）电压等级
工作面的电压为6KV，来自1000米以外的采区变电所，根据用电设备的容量与布置，采用660V和1140V两种电压等级供电，照明灯电压为127V。
2）负荷统计
表1移动变电站负荷统计表
分组编号
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/KW
额定电压/V
需用系数
功率因数
额
定
负
荷/KW
计
算
功
率/KW
同时系数
加权平均
功率因数
计
算
容
量
/KVA
1
采
煤
机
1
170×2
1140
0.6
0.7
520
312
1
0.8
390
刮板输送机
1
90×2
1140
2
液压绞车
1
22
1140
0.53
0.7
522
277
1
0.8
347
胶带输送机
1
75×2
1140
破碎机
1
110
1140
转载机
1
90
1140
乳化液泵站
1
75×2
1140
照明
127
3）变压器容量及台数的确定
本工作面采用MLS3-170型型滚筒式采煤机为综合机械化采煤，为保证供电质量和安全，根据采区巷道布置，按需用系数法计算变压器容量和台数。
1、采区1组负载移动变电站容量及台数的确定
ST＝∑PNKdeKs/cosφTwm
＝312×1/0.8
＝390KVA
式中：
∑PN——变电站供电设备额定功率之和
∑PN＝520KW
Kde——需用系数，Kde＝0.6
cosφTwm——加权平均功率因率，按综采工作面，取0.8
Ks——采区重合系数，取1
所以根据计算结果选择KBSGZY-400/6移动变电站一台作为1#移动变电站。
2、采区2组负载移动变电站容量及台数的确定
ST＝∑PNKdeKs/cosφTwm
＝277×1÷0.8
＝347KVA
式中：
∑PN——变电站供电设备额定功率之和
∑PN＝522KW
Kde——需用系数，Kde＝0.53
cosφTwm——加权平均功率因率，按综采工作面，取0.8
Ks——采区重合系数，取1
根据计算结果选择KBSGZY-400/6移动变电站1台作为2#移动变电站。
第五章高压配电箱与高压电缆截面选择
一、高压配电箱的选择
由于这2台移动变电站的高压配电装置均设于采区变电所内，按《煤矿安全规程》规定，应选隔爆型。
1、按额定参数选择
《煤矿井下设计技术规定》中规定，井下用移动变电站，动力变压器高压侧应有短路、过负荷和无压释放的保护；供给移动变电站的高压馈电线还应有电缆监视保护。
1）KBSGZY-400/6/1.2型移动变电站高压配电箱选择。
（1）配电装置额定电压：
选定为6KV。
（2）配电装置额定电流应大于移动变电站的最大长时工作电流。
移动变电站额定电流为：
IN，＝SNT/
VNT=400÷（1.73×6）=38A
根据需要选用BGP41-6（10）400-B型隔爆真空配电箱三台，其主要技术参数列于表4-1-1中。
表6-1-1综采工作面供电高压配电箱选择结果
控制负荷名称
型号
额定电流/A
额定电压/KV
额定短路开断电流/KA
KBSGZY-400/6移变
BGP41-6（10）400-B
400
6
10
2、短路验算
对所选高压配电箱，其断流容量为100MVA，是国内最大容量，比设备安装处短路容量大。
二、高压电缆选择
第1组负荷选择高压配电箱至1#移动变电站供电的高压电缆
1）型号选择
采区变电所BGP41-6（10）400-B型隔爆真空配电箱向工作面移动变电站供电的高压电缆，应选MYPJ-6KV型矿用屏蔽监视型矿用橡套电缆。
2）按长时允许持续电流的截面选择
BGP41-6（10）400-B型隔爆真空配电箱至KBSGZY-400/6/1.2型移动变电站之间的干线电缆最大长时工作电流为：
Ica＝KdeΣPN×1000/
UNcosφwm
Ica＝0.6×520×1000/
×6000×0.7=43A
ΣPN——电缆所带负荷的额定功率之和
Kde——电缆所带负荷的需用系数Kde＝0.6
Cosφwm——电缆所带负荷的加权平均功率因数
UN——电缆所在电网的额定电压
查表可知：
选取MYPJ-6KV-3×25+3×6/3型屏蔽监视型矿用橡套电缆，其长时允许载流量Ip=121A。
IP=121A＞Ica=43A（满足发热条件）
3）长度的确定
电缆的实际长度应按下列进行计算：
L＝KmLm
式中:
Km—系数，
橡套电缆取Km＝1.1，铠装电缆取Km＝1.05
Lm—巷道实际长度m
工作面走向长度1064m，采区变电所到综采工作面运辅顺槽移动变电站900m，减去接线盒用量和充裕量，电缆实际长度为：
L＝KmLm=900×1.1＝990m
4）校验
（1）按允许电压损失校验
采区变电所至移动变电站的电缆电压损失计算
△V%＝
式中：
△V%——电压损失百分数
Ica——电缆中的负荷电流，A，前面已计算出为43A。
Lac——电缆线路长度，km，前面已知9.9km。
R0、X0——电缆线路单位长度的电阻及电抗，
Ω/km。
经查表可知，6kv级3×25mm2（铜芯）电缆的R0＝0.01Ω/km、X0＝0.0019Ω/km。
VN——额定电压，KV
Cosφ,sinφ——功率因数及其相对应的正弦，取0.7.
△V＝
＝
＝1.6%
△V＝1.6%＜5%满足要求
所以，选MYPJ-6KV-3×25+3×6/3型电缆作为向移动变电站供电电缆。
5）高压电缆选择结果如下：
电缆位置
电缆型号
长度m
高压配电柜～1#移动变电
MYPJ-6KV-3×25+3×6/3型
990
高压配电柜～2#移动变电
MYPJ-6KV-3×25+3×6/3型
990
第六章低压供电电缆的选择
一、低压电缆主芯线截面必须满足的条件
1、正常工作时，电缆芯线的实际温度应不超过电缆的长时充许温度，所以应保证流过电缆的最长时工作电流不得超过其充许持续电流。
2、正常工作时，应保证供电网所有电动机的端电压在额定电压的95%-105%范围内，个别特别远的电动机端电压充许偏移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启动，并保证其启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。
二、低压电缆芯线数的确定
1、铠装动力电缆只有3条输送电能的主芯线，另外有一条是单独的接地芯线。
2、移动设备供电的橡套电缆，可分为两种情况：
1）对于一般移动设备，其供电电缆可选4芯的，其中3芯作为向电动机供电的主芯线，另一芯线接地用；
2）对于采煤机组，工作面刮板输送机和转载机等移动设备，一般选6芯电缆做动力、接地、先导控制用，有时也可视具体需要，选7－11芯的，如泵站电机。
三、选择采煤机机组供电的电缆
1）型号选择
采煤机供电的电缆，应选MCP-0.66/1.14型矿用屏蔽监视型矿用橡套电缆。
2）按机械强度选择截面
采煤机机组低压电缆保证强度在35～50mm
3）按长时允许持续电流的截面选择
电磁起动器到采煤机之间的电缆最大长时工作电流为：
Ica＝KdeΣPN×1000/
UNcosφwm
Ica＝0.7×340×1000/
×1140×0.7=173A
ΣPN——电缆所带负荷的额定功率之和
Kde——电缆所带负荷的需用系数Kde＝0.4＋0.6×170÷340＝0.7
cosφwm——电缆所带负荷的加权平均功率因数
UN——电缆所在电网的额定电压
查表可知：
选取MCP-1.14KV-3×70+1×35+3×6型采煤机用橡套电缆，其长时允许载流量Ip=205A。
IP=205A＞Ica=173A（满足发热条件）
4）长度的确定
电缆的实际长度应按下列进行计算：
L＝KmLm
式中:
Km—系数，
橡套电缆取Km＝1.1，铠装电缆取Km＝1.05
Lm—巷道实际长度m
电磁起动器到工作面200m，工作面长度139m，减去接线盒用量和充裕量，电缆实际长度为：
L＝KmLm=340×1.1＝374m
5）按正常工作时的允许电压损失选择电缆截面
对于1140V低压电网的允许电压损失ΔUp=117V
（1）变压器的电压损失UT为
ΔUT=
=
=37V
式中ST---变压器的计算负荷容量,KVA
SNT---变压器的额定容量（查所选变压器的技术数据），V
U2NT---变压器二次侧额定电压（查《煤矿电工学》中的变压器的技术数据表）
ur%、ux%---变压器电阻压降百分比，电抗降压百分比，可查《煤矿电工学》中的变压器技术数据表
φT---变压器所带负荷的加权平均功率因数角，
（2）负荷集中的干线电缆线路的电压损失ΔUms
ΔUms=
=
=28V
式中Pca---干线电缆所带负荷的计算功率，KW；
Lms、Ams---干线电缆的长度、m,主芯线截面积，mm2；
UN---干线电缆线路所在电网的额定电压，V；
rsc---干线电缆导电率（查《煤矿电工手册》中电缆的电导率表），m/（
）
（3）支线电缆电压损失ΔUbl
ΔUbl=
=
=27V
式中Pbl---支线电缆所带负荷的计算功率，KV；
Lbl、Abl---支线电缆的长度、m,主芯线截面积，mm2；
UN---支线电缆线路所在电网的额定电压，V；
rsc---支线电缆导电率（查《煤矿电工手册》中电缆的电导率表），m/（
）
由上述计算可得，全部低压电网的总电压损失ΔU应为
ΔU=ΔUT+ΔUms+ΔUbl
=37V+28V+27V
=92V
式中ΔUT---变压器的电压损失，V;
ΔUms---干线电缆的电压损失，V;
ΔUbl---支线电缆的电压损失。
2）低压电网的充许电压损失
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%。
为了保证用电设备的供电质量，低压电网的充许电压损失为
ΔUP=U2NT-0.95×UN
=1200-0.95×1140
=117V
在正常工作时，采区低压电网的总电压损失ΔU应不大于低压电网的充许电压损失ΔUP,即
ΔU≤ΔUP=117V
1140V电网允许电压损失为117V>92V，所以电缆截面满足电压损失的要求（经计算，至采煤机电动机的总电压损失小于92V）。
3）按允许电压损失选择干线电缆截面
干线电缆的充许电压损失：
ΔUpms=ΔUP-ΔUT-ΔUbl
=（117-37-27）V
=53V
式中ΔUpms---干线电缆的充许电压损失，V;
ΔUT、ΔUbl---分别是变压器和支线电缆的电压损失，V;
根据干线电缆的允许电压损失，得出其满足电压损失的最小截面为：
Ams.min=
=
=53mm2
式中Ams.min---干线电缆满足允许电压损失的最小截面，mm2
Lms---干线电缆的长度，m；
经上述计算结果可得选用的电缆是符合要求的，
经上述计算结果查《煤矿电工学》中的查表选出：
采煤机的电缆截面为50mm2；
刮板输送机的电缆截面为25mm2；
皮带输送机的电缆截面为16mm2；
转载机的电缆截面为16mm2；
破碎机的电缆截面为25mm2；
液压泵站的电缆截面为16mm2。
同理选择电缆型号：
采煤机的电缆MCP-1.14KV-3×70+1×35+3×6型；
刮板输送机的电缆MYP-1.14KV-3×25+1×6型；
皮带输送机的电缆MYP-1.14KV-3×16+1×10型；
转载机的电缆MYP-1.14KV-3×16+1×10型；
破碎机的电缆MYP-1.14KV-3×25+1×6型；
液压泵站的电缆MYP-1.14KV-3×16+1×10型；
第七章采区低压短路电流的计算
一、综采工作面短路电流计算图。
图3-1综采工作面短路电流计算图
XG---电源电抗;x1---变压器电抗;xms---干线电缆的电抗;xbl---支线电缆的电抗；R1---变压器电阻；Rms---干线按电缆的电阻；Rbl---支线电缆的电阻。
二、短路回路阻抗计算
1、变压器的电阻、电抗计算
RT=
=
=0.022
XT=
=
=0.197
式中ur%、ux%---变压器电阻压降百分比，电抗降压百分比，可查变压器技术数据表
U2N.T---电源变压器或发动机二次侧的额定电压，KV;
SN.T---变压器的额定容量，MVA;
2、干线电缆电阻、电抗计算
Rms=Lms/γA
=990÷（42×25）
=0.94
Xms=x0Lms
=0.07х0.99
=0.041
3、支线电缆电阻、电抗计算
Rbl=Lb1/γA
=374÷（53х70）
=0.1
Xbl=x0Lbl
=0.07х0.374
=0.026
短路回路的总电阻、电抗计算
∑R=RT+Rbl+Rms
=0.022+0.94+0.1
=1.062
∑X=XT+Xbl+Xms
=0.179+0.041+0.026
=0.246
两项短路电流的计算
I
（2）s=
=
=521A
式中I
（2）s---两相短路电流，A
U2N.T---变压器的二次电压，V;
∑R---短路回路内一相电阻值的总和，
∑X---短路回路内一相电抗值的总和，
三相短路电流的计算
I（3）s=1.15I
（2）s=599A
第八章采区低压电器选择
1、按综采工作环境选择：
高、低压控制开关一律采用矿用矿用隔爆型。
2、按工作机械对控制的要求选择：
1）供电线路总开关和分路开关，一般选用低压自动馈电开关；
2）对不需要远方控制或不经常启动的小容量机械，如小水泵等，一般选用手动启动器；
3）对需要远方控制、联锁控制的机械，如采煤机、运输机等，一般选用电磁启动器；
4）对需要经常正、反转运行的机械，如调度绞车等，一般选用可逆型电磁启动器；
5）40KW及以上电动机的控制设备，应使用真空电磁启动器。
6）当电缆长度不够或电路需要有分支时，应选择电缆插销、电缆连接器或电缆接线盒。
3、开关的保护装置要适应电网和工作机械对保护的要求：
1）变压器二次侧低压总馈电开关应设短路、过载和漏电保护；
2）变电所内其他分路配出开关和配电点的总开关应设短路、过载保护和有选择性漏电保护；
3）直接控制电动机的各种启动器，应设短路、过载、断相和漏电闭锁，其中对于控制小功率的启动器，可不设过负荷保护（如回柱绞车）；
4）控制煤电钻的设备，必须选用具有漏电、短路、过载、断相、远距离启动和停止煤电钻的综合保护装置。
3、综采工作面低压开关型号的确定
经上述计算结果查《煤矿电工学》表7-14矿用隔爆型电磁启动器技术数据，选用了BXB1-500/1140型隔爆自动馈电开关3台，采煤机的电缆FYQC—300G-1140/660隔爆型电磁启动器7台。
第九章综采工作面低压保护装置的整定计算
综采工作面低压保护装置的主要有过载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。
过载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。
一、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，在此只需要选择熔体的额定电流，并校验熔体的灵敏度和熔断器的分断能力。
1、按正常条件选取熔体额定电流
1）井下采、掘运机械常用电动机的额定电流和额定启动电流，可按电动机额定电流的5-7倍近似的估算其额定启动电流，电动机功率较大者取偏大值，一般取6倍，即
IN.st=（5-7）IN≈6IN
=6×149
=894A
式中IN---电动机的额定电流，A.
2）保护电缆支线
对于笼型电动机，熔断器作短路保护，熔体的额定电流
IN.F≈
≈
=357.6A
1.8～2.5---当电动机启动时，保证熔体不熔化的系数，在不经常启动或负荷较轻.启动较快的条件下，系数取2.5；而对于频繁启动或负荷较重.启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---电动机的额定启动电流，A；若被保护的是几台同时启动的电动机，则此电流为这几台电动机的额定启动电流之和。
２）保护干线电缆
保护干线电缆熔体的额定电流为：
IN.F≈
＋∑IN.re
≈
+612
=969.6A
式中 1.8～2.5---系数的意义与取值同式
∑IN.ｒｅ---除被保护干线中启动电流最大的一台电机外，其余电动机的额定电流之和，Ａ；
IN.st---被保护干线中启动电流最大的一台或同时启动电流最大的多台笼型电动机的启动电流，Ａ；
由于电动机的实际启动电流通常小于额定启动电流值，故上式中按额定启动电流计算结果偏大，在选择熔体额定电流时，宜取接近或略小于计算值。
３）保护照明变压器和电钻变压器
（１）保护照明变压器（保护装在一次侧），熔体额定电流
IN.F≈
≈
=62A
式中IN.F-
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