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论文

中国矿业大学银川学院

2012届本科毕业设计（论文）

题目兴为煤矿《一般机械化》

采区供电设计

所在系机电动力与信息工程

专业班级工业工程4班

姓名郭师傅

指导教师孟庆春

教务处制

兴为煤矿《一般机械化》采区供电设计

Hingforthecoalminemechanizedminingareapowersupplydesign

毕业设计（论文）共39页

完成日期：

2012年4月22日答辩日期：

2012年5月17日

摘要

本论文是针对兴为煤矿采区的地质条件，采煤方法，巷道布置以及采区机电设备容量，分布等情况而设计的采区供电系统和采区设备布置案。

随着生产规模的扩大和新煤层的勘探，为了满足生产发展的需要，根据新采区的实际情况,对其所需设备及供电线路等进行设计，本设计阐述了采区供电系统中各用电设备的选型及其计算过程，如变压器、电缆、开关的选择等，并对其进行整定和校验，设计中比较详细地叙述了矿用电缆及电气设备的选定原则以及井下各种保护装置的选择和整定。

关键词：

采区供电;设备选择;负荷计算;供电系统;矿井供电技术；矿山供电

Abstract

Thispaperisthegeologicalconditions,miningmethods,roadwaylayoutandminingarea,mechanicalandelectricalequipmentcapacity,distributionanddesignoftheminingareapowersupplysystemandminingequipmentlayoutinthecaseforXingMiningDistrict.Withtheexpansionofproductionscaleandtheexplorationofnewcoalseam,inordertomeettheneedsofthedevelopmentofproduction,accordingtotheactualsituationofthenewminingarea,thenecessaryequipmentandpowerlinesandotherdesign,thedesigndescribedbythepowersupplysystemoftheminingareselectionandcalculationoftheelectricalequipmentsuchastransformers,cables,switchselectionandthetuningandcalibration,adetailedaccountofthedesignofselectedprinciplesandundergroundminingcablesandelectricalequipmentthechoiceofavarietyofprotectiondevicesandtuning.

Keywords:

miningareaofsupply;equipmentselection;loadcalculation;powersupplysystem;minepowersupplytechnology

前言1

设计原始资料2

1采区变电所的变压器选择3

1.1选择原则3

1.2采区负荷计算3

1.3变压器容量计算4

1.4变压器的型号、容量、台数的确定5

2采区变电所及工作面配电所位置的确定6

2.1采区变电所位置6

2.2工作面配电点的位置6

3采区供电电缆的确定7

3.1拟定原则7

3.2按照采区供电系统的拟定原则确定供电系统图8

4采区低压电缆的选择9

4.1电缆长度的确定9

4.2电缆型号的确定9

4.3电缆选择原则9

4.4低压电缆截面的选择9

4.5采区电缆热稳定校验13

5采区高压电缆的选择16

5.1选择原则16

5.2选择步骤16

6采区低压控制电器的选择19

6.1电器选择按照下列一般原则进行19

6.2据已选定的电缆截面、长度来选择开关、起动器容量及整定计算20

7低压保护装置的选择和整定22

7.1低压电网短路保护装置整定细则规定22

7.2保护装置的整定与校验22

8高压配电箱的选择和整定26

8.1高压配电箱的选择原则26

8.2高压配电箱的选择26

8.3高压配电箱的整定和灵敏度的校验27

9井下漏电保护装置的选择29

9.1井下漏电保护装置的作用29

9.2漏电保护装置的选择29

9.3井下漏电保护装置的要求29

9.4井下检漏保护装置的整定29

10井下保护接地系统31

11总结32

致谢33

参考文献34

前言

根据对自己假期的安排,自己到兴为煤矿进行毕业实习，收集采区供电设计所需的原始资料，并根据采区的实际情况进行采区供电设计。

本设计是以兴为煤矿井下采区供电为对象在遵照《煤矿安全规程》、《矿山供电》、《煤矿井下供电设计指导》、《矿井供电》的前提下进行的，根据新采区的实际情况，在老师和单位技术员的指导下，并深入生产现场，查阅了有关设计资料、规程、规定、规范，听取并收录了现场许多技术员的意见及经验，对采区所需设备的型号及供电线路等进行设计计算。

设计时充分考虑到技术经济的合理，安全的可靠，采用新技术、新产品，积极采取相应措施减少电能损耗，提高生产效率。

设计原始资料

一全矿概貌

1、地质储量1527.56万吨；

2、矿井生产能力：

设计能力50万t/年，实际数51万t/年；

3、年工作日：

300天，日工作小时：

14小时；

4、矿井电压等级及供电情况：

该矿井供电电源进线采用双回路电源电压为35KV，变电所内设有630KVA,10/6.3变压器两台和400KVA，10/0.4变压器两台，承担井下和地面低压用电负荷。

用两条高压电缆下井，电压等级均为6KV，经中央变电所供给采区变电所。

二采区资料

1、采区巷道及其设备布置：

采区布置及机械配备平面图，采区布置剖面图。

本矿井属低沼气矿井，采区倾角23°～28°，采区内分4个区段，区段斜长平均为42m，工作面长150m，采区煤层与北走向，南翼的走向长35m,北翼的走向长50m。

2、采煤方法：

一般采用长壁后退式采煤方法，以炮采为主。

3、支护方法：

掘进点向上山，石门及全岩巷道，以锚喷为主，工作面采用木支护。

4、煤炭运输系统：

工作面落煤经溜槽到1T矿车，由电瓶车运至中部车场翻车器翻入煤仓到下部车场装车，由电机车运到井底车场，再由绞车提到地面。

5、采区通风：

新鲜风流由＋230副斜井进风——→130运输大巷——→轨道下山——→采区工作面——→采区回风巷——→人行上山——→－330回风平峒——→通风机房。

6、电压等级及主要设备：

井下中央变电所的配出电压为6KV，采区主要用电设备采用660V电压，煤电钻和照明采用127V电压，主要设备见采区负荷统计表。

1采区变电所的变压器选择

1.1选择原则

变压器是供电系统中的主要电气设备，对供电的可靠性、安全性和经济性有着重要的意义。

如果变压器容量选择得过大，不仅使设备投资费用增加，而且变压器的空载损耗也将过大，促使供电系统中的功率因素值减小，如果变压器容量选择的过小，在长期过负荷运行情况下，铜损耗将增大，使线圈过热而加速老化，缩短变压器寿命，既不安全也不经济。

根据设计部门和施工现场的经验，在确定变压器台数和容量时，应根据采区供电系统的几种情况及变压器配套设备的费用﹑变电所硐室的尺寸及开拓费用﹑对负荷供电的经济和是否有适当的备用等因素，综合加一分析，再拟出几种可行的方案，进行经济比较，最后确定出最好的方案来。

1.2采区负荷计算

根据巷道、生产机械的布置情况，查《煤矿井下供电设计指导书》和《矿井供电》，查找有关技术数据，列出采区电气设备技术特征如表1-1、表1-2所示。

表1-1采区电气设备技术特征

采区设备

额定

容量

（KW）

额定

电压

Uc（V）

额定

电流

Ie（A）

额定起动

电流

IQe（A）

功率因数

cosφ

效率

ηj

设备名称

设备型号

上山绞车

JT1600/1224

110

660

121

242

0.86

0.93

电动翻车器

J02-5.5-6

5.5

660

6.6

39.6

照明

1.2

127

煤电钻

MZ2-12

1.2

127

0.79

0.795

回柱绞车

JB3160M-8

660

14.5

0.84

0.885

喷浆机

YB112M-4

5.5

660

7.1

0.8

0.85

局部扇风机

BKY60-5.5

5.5

660

6.3

0.8

0.85

耙斗装岩机

P-15BⅡ

660

12.1

73.6

0.82

0.84

序号

名称

型号规格

单位

使用数量

回采

掘进

合计

煤电钻

MSZ-12

台

------

电动翻

车器

FDZ-11T

台

------

回柱绞车

JH-8

台

------

耙斗装

岩机

P-15BII

台

------

喷浆机

FHP-20A

台

------

局部

扇风机

JBT51-2

台

电瓶车

CDXA1-2.5

台

表1-2采区机械设备配备表

1.3变压器容量计算

1.+50水平绞车变电所变压器容量：

=111.2×0.4×1/0.6

=74.13KVA

式中：

——加权平均功率因素，根据《煤矿井下供电设计指导》P5表1-2

查倾斜炮采工作面，取

；

——需要系数，取

；

——采区重合系数，分别取

；

∑Pe1——由+50水平变电所供电的所有电动机额定容量之和；

∑Pe1＝110+1.2=111.2kw

2.-130水平采区变电所变压器容量:

ST2=∑Pe2×Kx×Kc/cosφpj

=143.8×0.5×0.9/0.6

=107.848KVA

式中：

cosφpj——加权平均功率因素，取cosφpj=0.6；

Kx　——需要系数，取Kx=0.4；

∑Pe2　——由-130水平采区变电所供电的所有电动机额定容量之和；

∑Pe2＝（5.5+5.5×2+11+4+8+5.5×2+11+1.2×2+8）×2=143.8kw

1.4变压器的型号、容量、台数的确定

根据Ste>St原则，选T1型号为KSJ2-75/6变压器一台，T2选型号为KSJ2-135/6变压器一台，其技术特征如表1-3所示。

表1－3（变压器技术数据）

型号

额定容量Se

（KVA）

阻抗电压（％）

损耗（W）

线圈阻抗（Ω）

重量（KG）

参考价格（元）

空载

短路

KSJ2-

75/6

4.5

2.50

3.74

490

1875

0.159

0.236

815

2800

KSJ2-

135/6

135

4.5

2.27

3.88

830

3070

0.0801

0.137

1070

4300

2采区变电所及工作面配电所位置的确定

2.1采区变电所位置

根据采区变电所位置确定原则，采区变电所位置选择要依靠低压供电电压，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械组容量大小等因素确定。

在工作面附近巷道中设置控制开关和启动器，由这些装置构成的整体就是工作面配电点。

随工作面的推进定期移动。

2.2工作面配电点的位置

在工作面附近巷道中设置控制开关和起动器，由这些装置构成的整体就是工作面配电点。

它随工作面的推进定期移动。

根据掘进配电点至掘进设备的电缆长度，设立：

P1配电点：

＋50中央变电所——﹥人行下山——﹥-130采区变电所——﹥

＋50水平绞车峒室；

P2配电点：

-130采区变电所——﹥-130水平中间运输巷掘进配电点；

P3配电点：

-130采区变电所——﹥-150水平运输巷掘进配电点；

P4配电点：

-130采区变电所——﹥-130米水平采区配电点；

P5配电点：

-130采区变电所——﹥-160米水平采区配电点；

3采区供电电缆的确定

3.1拟定原则

1、为保证供电安全可靠，《煤矿安全规程》规定下井主电缆应按两条以上回路选设。

如其中一条回路电缆停止供电时，另一条回路电缆应满足矿井最大涌水量时的最大负荷需要。

此时主电缆截面依据允许持续电流计算。

2、在正常涌水情况期间，电缆全部投入运行时，电缆截面应依据经济电流密度校核。

但下井主电缆截面均是按故障条件下计算确定，特别是在有最大涌水量期的矿井更是这样，所以在一般情况下不必按经济电流密度校核。

3、应电力系统在最大运行方式时，下井主电缆截面应依据电缆首段（即地面变电所配出母线或电抗器负荷端）所发生的三相短路故障的短路电流进行热稳定校验。

4、按正常负荷及其中一条回路故障时的电压损失校验电缆截面。

采区供电电缆是根据采区机械设备配置图拟定，应符合安全、经济、操作灵活、系统简单、保护完善、便于检修等项要求。

原则如下：

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。

原则上一台起动器控制一台设备。

2）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。

3）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顺槽输送机宜采用干线式供电。

4）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。

5）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。

6）供电系统尽量减少回头供电。

7）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、高压沼气矿井、煤与沼气突出矿井中，所有掘进工作面的局扇机械装设三专（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。

3.2按照采区供电系统的拟定原则确定供电系统图

采区变电所供电系统拟定图如图A1

4采区低压电缆的选择

4.1电缆长度的确定

根据采区平面布置图和采区剖面图可知：

人行上山倾角为25°。

以计算上山绞车的电缆长度为例：

从剖面图可知+50中央变电所到+50水平上山绞车硐室的距离为280m。

考虑实际施工电缆垂度，取其长度为理论长度的1.05倍，则实际长度为：

Ls=L×1.05=294m，取300m.

4.2电缆型号的确定

矿用电缆型号应符合《煤矿安全规程》规定，电钻用UZ型，上山绞车用ZQP20型，装岩机和回柱绞车用UP型，固定支线电缆和移动支线均采用U型。

4.3电缆选择原则

1）、在正常工作时电缆芯线的实际温升不得超过绝缘所允许的温升，否则电缆将因过热而缩短其使用寿命或迅速损坏。

橡套电缆允许温升是65°，铠装电缆允许温升是80°，电缆芯线的时间温升决定它所流过的负荷电流，因此，为保证电缆的正常运行，必须保证实际流过电缆的最大长时工作电流不得超过它所允许的负荷电流。

2）、正常运行时，电缆网路的实际电压损失必须不大于网路所允许的电压损失。

为保证电动机的正常运行，其端电压不得低于额定电压的95%，否则电动机等电气设备将因电压过低而烧毁。

所以被选定的电缆必须保证其电压损失不超过允许值。

3）、距离电源最远，容量最大的电动机起动时，因起动电流过大而造成电压损失也最大。

因此，必须校验大容量电动机起动大，是否能保证其他用电设备所必须的最低电压。

即进行起动条件校验。

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。

采区常移动的橡套电缆支线的截面选择一般按机械强度要求的最小截面选取时即可，不必进行其他项目的校验。

对于干线电缆，则必须首先按允许电流及起动条件进行校验。

5）、对于低压电缆，由于低压网路短路电流较小，因此不必进行短路时的热稳定校验。

4.4低压电缆截面的选择

1.移动支线电缆截面

采区常移动的电缆支线的截面选择时考虑有足够的机械强度,具体如图2所示。

2.干线电缆截面的选择：

由于干线线路长,电流大,电压损失是主要矛盾,所以干线电缆截面按电压损失计算。

采区变电所供电拟定图如图A2所示。

（1）-130水平岩巷掘进配电点

根据△UZ值的取值原则,选取配电点中线路最长,容量最大的支线来计算。

1）根据表2-23,11KW耙斗装岩机初选电缆为U-10003×16+1×6100m,用负荷矩电压损失计算支线电缆电压损失：

△UZ%=Kf×∑Pe×LZ×K%

=1×11×100×10-3×0.327

=0.36

式中：

△UZ%——支线电缆中电压损失百分比；

Kf——负荷系数,取Kf=1；

∑Pe——电动机额定功率,KW；

LZ——支线电缆实际长度,KM；

K%——千瓦公里负荷电压损失百分数,查《设指》表2-28,取K%=0.327

△UZ=△UZ%×Ue/100

=0.036×660/100

=2.4V

式中：

△UZ——支线电缆中电压损失,V；

2）.变压器电压损失为：

△UB%=β×（Ur%×cosφpj+Ux%×sinφpj）

=0.80×（2.27×0.6+3.88×0.8）

=3.57

式中：

△UB%——变压器电压损失百分比；

β——变压器的负荷系数,β=Stj1/Se=107.848/135=0.80；

Se——变压器额定容量,KVA；

Stj1——变压器二次侧实际负荷容量之和,KVA.Stj1=107.848KVA；

Se——变压器额定容量,KVA；

Ur%——变压器额定负荷时电阻压降百分数,取Ur%=2.27；

Ux%——变压器额定负荷时电抗压降百分数,取Ur%=3.88；

cosφpj——加权平均功率因数,取cosφpj=0.6,

sinφpj=0.8；

△UB=△UB%×Ue/100=3.57×660/100=23.56V

3）.干线电缆允许电压损失为:

△Ugy=△UY-△UZ-△UB

=63-2.4-23.56

=37.04V

式中：

△Ugy——干线电缆中允许电压损失,V；

△UY——允许电压损失,V,Ue=660V时,△UY=63V；

△UZ——支线电缆中电压损失,V；

△UB——变压器中电压损失,V；

4）.干线电缆截面确定

Agy=Kx×∑Pe×Lgy/（Ue×r×△Ugy×ηpj）

=0.7×34×0.6/（660×42.5×37.04×0.8）

=17mm2

式中：

　Agy——干线电缆截面积,mm2；

∑Pe——干线电缆所带负荷额定功率之和,KW,∑Pe=5.5×2+11+4+8=34KW；

Lgy——干线电缆实际长度,Km；

r——电缆导体芯线的电导率,m/（Ω·mm2）取r=42.5Ω·mm2；

∑Pe——允许电压损失,V,查《设指》表2-33,Ue=660V时,△UY=63V；

△Ugy——干线电缆中最大允许电压损失,V；

ηpj——加权平均效率,V,取ηpj=0.8；

根据计算选择干线电缆为U-10003×25+1×10600m

（2）-130水平向采区配电点的干线电缆：

1）.支线电缆电压损失：

△UZ%=Kf×∑Pe×LZ×K%

=1×11×150×10-3×0.327

=0.54

△UZ=△UZ%×Ue/100

=0.054×660/100

=3.564V

2）.干线电缆允许电压损失为：

△Ugy=△UY-△UZ-△UB

=63-3.564-23.56

=35.876V

3）.干线电缆截面确定：

Agy=Kx×∑Pe×Lgy/（Ue×r×△Ugy×ηpj）

=0.7×32.4×0.7/（660×42.5×35.876×0.8）

=19.7mm2

式中：

∑Pe——干线电缆所带负荷额定功率之和,KW,

∑Pe=5.5×2+11+1.2×2+8=32.4KW；

根据计算选择干线电缆为U-10003×25+1×10700m

（3）+50绞车房供电计算图如图A3所示。

向110KW绞车供电的电缆截面的选择：

根据所选用KSJ2-75/6型变压器,Ur%=2.5,Ux%=3.74；

变压器的电压损失为：

△UT%=（ST/Se）×（Ur%×cosφpj+Ux%×sinφpj）

=（74.13/75）×（2.5×0.6+3.74×0.8）

=4.44

△UT=△UT%×U2e/100

　　=4.44×400/100

=17.76V

支线电缆允许电压损失：

△Ugy=△UY-△UB=39-17.76=21.24V

支线电缆截面确定：

Agy=Kx×∑Pe×Lgy/（Ue×r×△Ugy×ηpj）

=0.7×110×0.08/（380×42.5×21.24×0.8）

=10.5mm2

根据计算选用ZQP20-10003×2580m型电缆.

4.5采区电缆热稳定校验

按起动条件校验电缆截面：

11KW提升绞车是较大负荷起动，也是采区中容量最大、供电距离较远的用电设备，选择的电缆截面需要按起动条件进行校验。

1）电动机最小起动电压：

UQmin=

×Ue

×660

=457.26V

式中:

Ue——电动机额定电压,V；

KQ——电动机最小允许起动转矩MQmin与额定转矩Me之比值.取KQ=1.2；

aQ——电动机额定电压下的起动转矩MeQ与额定转矩Me之比值,由电动机技术数据表查得,矿用隔爆电动机aQ=2.5。

2）.起动时工作机械支路电缆中的电压损失：

△UZQ=（

×IQ×LZ×cosφQ×103）/（r×AZ）

=（

×60.3×0.55×103）/（42.5×25）

=54V

式中:

r——支线电缆芯线导体的电导率,m/（Ω·mm2）；

LZ——支线电缆实际长度.KM；

IQ——电动机实际起动电流,A；

IQ=IeQ×UQmin/Ue=87×457.26/660=60.3A；

式中:

IeQ——电动机在额定电压下的起动电流,A；

UQmin——电动机最小起动电流,V;查表1-1,取UQmin=87V；　

Ue——电动机额定电压,V；

AZ　——支线电缆的芯线截面,mm2；

　cosφQ——电动机起动时的功率因数，估取cosφ=0.55,sinφ=0.84

3）、起动时电缆中的电压损失：

△UgQ=（

×IgQ×LZ×cosφgQ×1

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