煤矿井下采区供电系统设计含煤矿井下电气设备安全运行.docx
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煤矿井下采区供电系统设计含煤矿井下电气设备安全运行
河北工程大学科信学院
河北工程大学
毕业设计说明书
指导教师：
职称：
单位：
题目：
鹰手营子煤矿井下采区供电系统设计（含煤矿井下电气设备安全运行）
学生姓名：
学号：
专业、班级：
摘要
煤矿井下供电系统的优劣直接影响到电网的安全性、可靠性、合理性和经济性。
尤其随着煤矿井下采掘机械化程度的提高,生产工作面不断向前延伸、扩大,给煤矿井下安全供电带来了许多不利的影响。
本文就煤矿井下配电系统的设计进行探讨。
煤矿井下供电系统的优劣直接影响到电网的安全性、可靠性、合理性和经济性。
随着煤矿井下生产工作面的不断向前延伸、扩大,高压供电电缆及设备不断深入末端,低压系统一直向前延伸,星罗棋布的电网由变压器、高低压开关和磁力起动器相连,这些供电设备和电缆安全与否,直接关系着矿井的生产安全。
由于煤矿井下环境条件的特殊性,在采掘过程中容易产生有爆炸危险的瓦斯（甲烷）和煤尘,并且由于电气设备经常处于温度湿度较高的状态下,设备内部产生凝露现象比较普遍,霉菌现象也时有发生。
据有关资料统计,在煤矿瓦斯、煤尘爆炸事故中,电火花引起的事故约占50%;在煤矿发生的触电事故中,煤矿井下触电死亡人数约占64%。
可见对煤矿井下进行可靠、安全、经济合理的供电,有助于提高产品质量,经济效益及保证安全生产。
为了确保安全和正常的生产,合理优化煤矿井下供电系统是十分重要的。
关键词：
煤矿井下供配电系统设计
Abstract
Coalminepowersupplysystemdirectlyaffectsthepowergridsafety,reliability,rationalityandeconomy.Especiallywiththedevelopmentofthecoalmineundergroundminingmechanizationdegreerise,theproductionofworkingfacecontinuouslyextendedforward,toexpand,tocoalminesafetypowersupplyhasbroughtmanyadverseeffects.Thecoalminepowerdistributionsystemdesignof.Coalminepowersupplysystemdirectlyaffectsthepowergridsafety,reliability,rationalityandeconomy.Alongwiththecoalmineundergroundworkingfacecontinuouslyextendedforward,expanding,highvoltagepowercablesandequipmentisceaselessandthoroughend,low-pressuresystemhasbeenextendedforward,dottedwithgridiscomposedofatransformer,highvoltageswitchandmagneticstarterisconnected,thepowersupplyequipmentandcablesafetyornot,directlyrelatedtominesafety.Becauseofthespecialenvironmentinundergroundcoalmine,intheminingprocesstoproduceexplosivegas（methane）andcoaldust,andasaresultofelectricalequipmentoftenisintemperaturehighhumiditycondition,equipmentinternaldewphenomenonmoregenerally,moldphenomenonalsooccurs.Accordingtostatistics,inthecoalminegas,coaldustexplosion,electricsparkcausedbyaccidentsaccountedforabout50%;theelectricshockaccidentshappenedincoalmines,coalmineelectricshockdeathtollofabout64%.coalminesafety,reliable,economicalandreasonablepowersupply,helpstoimproveproductquality,economicefficiencyandsafetyinproduction.Inordertoensurethesafetyandnormalproduction,reasonableoptimizationofundergroundpowersupplysystemisveryimportant.
Keywords:
coalminepowersupplysystemdesign
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1.技术要求及原始数据
1.1机械化采区的原始资料
鹰手营子煤矿的一个机械化采区的原始资料如下：
1、采区倾角为170，分东、西两翼。
采用长臂后退式采煤方法。
2、回采工作面采用170型采煤机，并用1200型金属铰接梁与DZ22单体液压支柱组成支架支护煤层顶板。
3、煤的运输方式：
在工作面内采用刮板输送机及转载机；平巷内采用带式输送机。
4、煤巷掘进采用打眼放炮，装煤机装煤，调度绞车调车。
5、采区各用电设备容量、规格见表1-1。
6、采区变电所位置已定（设计时在理论上阐述如何确定变电所位置）。
7、各用电设备至采区变电所距离（巷道长度）见表1-2。
8、负荷统计采用需用系数法，需用系数取0.92、加权平均功率因数取0.65
9、井下中央变电所短路容量为50MVA.井下中央变电所至采区供电电缆型号为ZLQ20-3x35,电压等级6KV,长度800m。
表1-1采区用电设备数据表
序号
设备名称及使用地点
设备台数
每台设备电动机数
额定容量
Pn、KW
额定电压
Vn、KV
额定电流
In、A
额定功率因数
额定起动电流/额定电流
INST/IN
额定效率
负荷系数
备注
1
170型采煤机（采煤工作面）
1
1
170
660
187
0.86
5.25
0.93
0.75
2
150型刮板输送机（采煤工作面）
1
2
2x75
660
82
0.87
6.5
0.91
0.8
3
1040/800型带式输送机（回踩工作面顺槽）
1
2
90
10
660
99.4
10
0.87
6.5
0.91
0.85
4
40型转
1
1
40
660
44.7
0.86
6.5
0.91
0.9
载机（采煤工作面）
5
80/200型乳化液泵（采煤工作面）
2
1
2x55
660
59
0.8
6.6
0.9
0.85
6
250/55型喷雾泵站（采煤工作面）
2
1
2x30
660
33.8
0.92
5.6
0.89
0.75
7
液压安全绞车（采煤工作面）
1
1
13
660
13.7
0.85
6.5
0.89
0.5
8
上山单滚筒绞车
1
1
75
660
82
0.87
7
0.91
0.9
9
上山胶带输送机
1
2
30
17
660
32.4
18.7
0.9
7
0.89
0.75
10
17型装煤机（掘进工作面）
2
1
2x17
660
19
0.85
5.58
0.89
0.75
11
调度绞车
4
1
4x11.4
660
12.9
0.81
5
0.89
1
12
电钻变压器装置
3
1
3x1.2
660/133
2.19/10.8
0.8
7
0.89
0.6
13
局部扇风机
2
1
2x11
660
12.6
0.88
5.5
0.85
0.95
14
小水泵
4
1
4x4
660
5.6
0.75
5
0.88
0.9
15
干式照明变压器
2
1
2x2
660/133
2.19/11.36
0.8
6.5
0.84
1
16
设备总容量
表1-2采区巷道长度
序号
地点
巷道长度（m）
供电设备
选取电缆长度（m）
电压
备注
1
Z1
180
170型采煤机（采煤工作面）
198
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
2
Z2
185
150型刮板输送机（采煤工作面）
204
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
3
Z3
25
1040/800型带式输送机（回踩工作面顺槽）
28
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
4
Z4
55
40型转载机（采煤工作面）
61
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
5
Z5
35
80/200型乳化液泵（采煤工作面）
39
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
6
Z6
65
250/55型喷雾泵站（采煤工作面）
72
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
7
Z7
90
液压安全绞车（采煤工作面）
100
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
8
Z8
1050
上山单滚筒绞车
1155
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
9
Z9
180
上山胶带输送机
198
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
10
Z10
200
17型装煤机（掘进工作面）
220
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
11
Z11
25
调度绞车
28
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
12
Z12
10
电钻变压器装置
11
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
13
Z13
50
局部扇风机
55
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
14
Z14
50
小水泵
55
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
15
Z115
60
干式照明变压器
66
690
使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽橡胶绝缘软电缆
16
G1
120
干线电缆（Z1、Z4、Z6）
126
690
铠装电缆应按所经路径的长度的1.05倍计算
17
G2
85
干线电缆（Z2、Z3、Z5、Z6）
90
690
铠装电缆应按所经路径的长度的1.05倍计算
18
G3
150
干线电缆（Z7、Z8、Z9）
158
690
铠装电缆应按所经路径的长度的1.05倍计算
19
G4
200
干线电缆（Z10、Z11、Z12、Z13、Z14、Z15）
210
690
铠装电缆应按所经路径的长度的1.05倍计算
注：
Z1-Z9为支线电缆，G1—G3为干线电缆
2.采区变电所位置的确定
2.1井下主（中央）变电所位置
井下主（中央）变电所位置，宜设置在靠近副井的井底车场范围内，并应符合下列规定：
1.经钻孔向井下供电的井下主（中央）变电所，钻孔宜靠近主（中央）变电所；2.井下主（中央）变电所可与主排水泵房、牵引变流室联合布置，亦可单独设置硐室。
当为联合硐室时，应有单独通至井底车场或大巷的通道；3.井下主（中央）变电所不应与空气压缩机站硐室联合或毗连。
2.2中央变电所的设置
每个水平宜设置一个主（中央）变电所。
当多水平中的某一水平由邻近水平供电技术经济合理时，该水平可不设主（中央）变电所。
当矿井涌水量很大，有几个主排水泵房时，应经过技术经济比较后确定主（中央）变电所的位置和数量。
2.3变压器的备用
井下主（中央）变电所内的动力变压器不应少于2台，当1台停止运行时，其余变压器应能保证一、二级负荷用电。
2.4井下主（中央）变电所硐室的要求
应满足下列要求：
1.不得有渗水、滴水现象；2.硐室门的两侧及顶端，预埋穿电缆的钢管。
钢管内径不应小于电缆外径的1.5倍；3.电缆沟应设有盖板，宜采用花纹钢盖板；4.硐室的地面应比其出口处井底车场或大巷的底板高出0.5m；5.硐室通道上必须装设向外开的栅栏防火两用铁门；6.硐室内应设置固定照明及灭火器材。
2.5主（中央）变电所硐室尺寸应按设备最大数量及布置方式确定
1.高压配电设备的备用位置，按设计最大数量的20％考虑，且不少于2台；当前期设备较少，后期设备较多时，宜按后期需要预留备用位置；2.低压配电的备用回路，按最多馈出回路数的20％计算；3.主变压器为2台及2台以上时，不预留备用位置；当为1台时，预留1台备用位置；4.主（中央）变电所内设备布置时，其通道尺寸不宜小于表2-1、2-2、2-3的规定。
表2-1高压开关柜（箱）通道尺寸（mm）
开关柜（箱）型式
操作走廊（正面）
维护走廊
单列布置
双列布置
背面
侧面
固定式
1500
2000
800
800
手车式
1800
2100
800
800
隔爆型
1500
2000
500～800
1000
表2-2低压配电柜（箱）通道尺寸（mm）
配电柜（箱）型式
操作走廊（正面）
维护走廊
单列布置
双列布置
背面
侧面
固定式
1500
1800
800
800
抽屉式
1800
2000
800
800
隔爆馈电开关
1500
1800
500
1000
表2-3变压器通道尺寸（mm）
变压器布置方式
操作走廊（正面）
维护走廊
单列布置
双列布置
背面
侧面
专用变压器室
1500
-
500
800
变压器与配电装置并排
1500
-
500
1000
变压器与隔爆馈电开关
1500
1800
500
1000
2.6走廊尺寸
高、低压配电设备同侧布置时，高、低压配电设备之间的距离应按高压维护走廊尺寸考虑。
高、低压配电设备互为对面布置时，其中走廊应按高压单列操作走廊尺寸考虑。
2.7出口设置
主（中央）变电所应在硐室的两端各设一个出口。
3.拟定采区供电系统
3.1采区变电所设计
3.1.1采区严禁选用带油电气设备，设备选型应按现行《煤矿安全规程》的有关规定执行。
3.1.2采区变电所的位置选择：
1.采区变电所宜设在采区上（下）山的运输斜巷与回风斜巷之间的联络巷内，或在甩车场附近的巷道内；2.在多煤层的采区中，各分层是否分别设置或集中设置变电所，应经过技术经济比较后择优选择；3.当采用集中设置变电所时，应将变电所设置在稳定的岩（煤）层中。
3.1.3当附近变电所不能满足大巷掘进供电要求时，可利用大巷的联络巷设置掘进变电所。
当大巷为单巷且无联络巷利用时，可采用移动变电站供电。
3.1.4采区变电所硐室的长度大于6m时，应在硐室的两端各设一个出口，并必须有独立的通风系统。
3.1.5采区变电所硐室：
1.硐室尺寸应按设备数量及布置方式确定，一般不预留设备的备用位置；2.硐室必须用不燃性材料支护；3.硐室通道必须装设向外开的防火铁门，铁门上应装设便于关严的通风孔；4.硐室内不宜设电缆沟，高低压电缆宜吊挂在墙壁上；5.变压器宜与高低压电器设备布置于同一硐室内，不应设专用变压器室；6.硐室门的两侧及顶端应预埋穿电缆的钢管，钢管内径不应小于电缆外径的1.5倍；7.硐室内应设置固定照明及灭火器。
3.I.6单电源进线的采区变电所，当变压器不超过2台且无高压出线时，可不设置电源进线开关。
当变压器超过2台或有高压出线时，应设置进线开关。
3.1.7双电源进线的采区变电所，应设置电源进线开关。
当其正常为一回路供电、另一回路备用时，母线可不分段；当两回路电源同时供电时，母线应分段并设联络开关，正常情况下应分列运行。
3.1.8由井下主（中央）变电所向采区供电的单回电缆供电线路上串接的采区变电所数不应超过3个。
3.2移动变电站
3.2.1下列情况宜采用移动变电站供电：
1.综采、连采及综掘工作面的供电；2.由采区固定变电所供电困难或不经济时；3.独头大巷掘进、附近无变电所可利用时。
3.2.2向回采工作面供电的移动变电站及设备列车宜布置在进风巷内，且距工作面的距离宜为100~150m。
3.2.3由采区变电所向移动变电站供电的单回电缆供电线路上，串接的移动变电站数不宜超过3个。
不同工作面的移动变电站不应共用电源电缆。
4.采区主要设备
4.1采区主要设备
表3-1
序号
地点
巷道长度（m）
供电设备
1
Z1
180
170型采煤机（采煤工作面）
2
Z2
185
150型刮板输送机（采煤工作面）
3
Z3
25
1040/800型带式输送机（回踩工作面顺槽）
4
Z4
55
40型转载机（采煤工作面）
5
Z5
35
80/200型乳化液泵（采煤工作面）
6
Z6
65
250/55型喷雾泵站（采煤工作面）
7
Z7
90
液压安全绞车（采煤工作面）
8
Z8
1050
上山单滚筒绞车
9
Z9
180
上山胶带输送机
10
Z10
200
17型装煤机（掘进工作面）
11
Z11
25
调度绞车
12
Z12
10
电钻变压器装置
13
Z13
50
局部扇风机
14
Z14
50
小水泵
15
Z115
60
干式照明变压器
4.2设备选型及主接线方式
4.2.1主（中央）变电所不应选用带油电气设备，设备选型应按现行《煤矿安全规程》的有关规定执行。
4.2.2井下主（中央）变电所的高压进线和母线分段开关应采用断路器。
4.2.3井下主（中央）变电所直接控制高压电动机时，宜采用高压真空接触器或能频繁操作的断路器。
4.2.4主（中央）变电所高压母线接线及运行方式，宜与相对应的地面变电所母线接线及运行方式相适应。
高压母线应采用单母线分段接线方式，并应设置分段联络开关，正常情况下分列运行，且高压母线分段数应与下井电缆回路数相协调。
4.2.5各类高压负荷宜均衡地分接于各段母线上，但同一用电设备的多台驱动电机应接在同一段母线上。
4.2.6当主排水泵为低压负荷且由井下主（中央）变电所供电时，井下主（中央）变电所应符合下列规定：
1.主变电所的变压器台数应符合本规范第5.1.3条的规定；2.低压母线应采用单母线分段接线方式，并应设置分段联络开关，正常情况下分列运行。
4.2.7主（中央）变电所内设备之问的电气连接，联台设备间应采用母线连接，其余设备间宜采用电缆连接。
5.采区负荷的计算及变压器容量、台数确定
5.1采区负荷的计算
5.1.1井下电力负荷计算
1.能够较精确计算出电动机功率的用电设备，直接取其计算功率；2.其他设备，一般采用需要系数法计算。
5.1.2井下各种用电设备的需要系数及平均功率因数
宜按表5-1的规定选用。
表5-1需要系数及平均功率因数
序号
名称
需要系数Kx
平均功率因数COSΦ
1
综采工作面
按式（3.0.3-2）计算
0.7
2
一般机采工作面
按式（3.0.3-3）计算
0.6～0.7
3
炮采工作面（缓倾斜煤层）
0.4～0.5
0.6
4
炮采工作面（急倾斜煤层）
0.5～0.6
0.7
5
非掘进机的掘进工作面
0.3～0.4
0.6
6
掘进机的掘进工作面
按式（3.0.3—2）计算
0.6～0.7
7
架线电机车整流
0.45～0.65
0.8～0.9
8
蓄电池电机车充电
0.8
0.8～0.85
9
运输机
0.6～0.7
0.7
10
井底车场（不包含主排水泵）
0.6～0.7
0.7
注：
当有功率因数补偿时，按计算的功率因数。
5.1.3每个回采工作面的电力负荷
可按下列公式计算：
S=Kx*∑Pe/COS￠（3.0.3-1）
综采、综掘工作面需要系数可按下式计算：
Kx=0.4+0.6*Pd/∑Pe（3.0.3-2）
一般机采工作面需要系数可按下式计算：
Kx=0.286+0.714*Pd/∑Pe（3.0.3-3）
式中S-工作面的电力负荷视在功率（kVA）；
∑Pe-工作面用电设备额定功率之和（kW）；
COS￠-工作面的电力负荷的平均功率因数，见表3.0.2；
Kx-需要系数，见表3.0.2；
Pd-最大一台（套）电动机功率（kW）。
5.1.4采区变电所的电力负荷
可按下式计算：
S=Ks*Kx*∑Pe/COS￠（3.0.4）
式中Ks-本采区内各工作面的同时系数，见表5-2。
表5-2井下各级变电所的同时系数
序号
变电所名称
负荷情况
同时系数
1
采区变电所
供一个工作面
1.00
供两个工作面
0.90
供三个工作面
0.85
2
井下各级采区变电所
0.80～0.90
注：
①不包括由地面直接向采区供电的负荷，若为单采区或单盘区矿井，则同时系数取1。
5.1.5井下主变电所的电力负荷
可按下式计算：
Sj=KS1*∑S+KS2*∑Pn/COS￠（3.0.5）
式中Sj--井下总计算负荷视在功率（kVA）；
∑S--除由井下主（中央）变电所直配的主排水泵及其他大型固定设备计算功率之外的井下各变电所计算负荷视在功率之和（kW）；
∑Pn--由井下主（中央）变电所直配的主排水泵及其他大型固定设备计算功率之和（kw）；
COS￠--井下主排水泵及其他
升级会员 