磴槽煤矿309采区供电设计.docx
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磴槽煤矿309采区供电设计
磴槽煤矿309采区供电设计
［摘要］：
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］：
矿山供电矿井电缆选择井下保护
前言---------------------------------------------------------------------------------4
设计原始资料------------------------------------------------------------------------5
1采区变电所变压器的选择-----------------------------------------------------6
1.1采区负荷计算----------------------------------------------------------------6
1.2变压器容量计算--------------------------------------------------------------7
1.3变压器的型号、容量、台数的确定---------------------------------------7
2采区变电所及工作面配电点位置的确定---------------------------------------8
2.1采区变电所位置--------------------------------------------------------------8
2.2工作面配电点的位置---------------------------------------------------------8
3采区供电系统的确定---------------------------------------------------------9
3.1供电系统的拟定原则---------------------------------------------------------9
3.2按照采区供电系统的拟定原则确定供电系统图--------------------------------10
4采区低压电缆的选择---------------------------------------------------------11
4.1电缆长度的确定--------------------------------------------------------------11
4.2电缆型号的确定--------------------------------------------------------------11
4.3电缆选择原则----------------------------------------------------------------11
4.4电缆截面的选择--------------------------------------------------------------11
4.5采区电缆热稳定校验---------------------------------------------------------16
5采区高压电缆的选择---------------------------------------------------------19
5.1选择原则---------------------------------------------------------------------19
5.2选择步骤---------------------------------------------------------------------19
6采区低压控制电器的选择-----------------------------------------------------22
6.1低压控制电器的选择---------------------------------------------------------22
6.2开关选择结果----------------------------------------------------------------22
7低压保护装置选择与整定----------------------------------------------------24
7.1保护装置整定细则------------------------------------------------------------24
7.2保护装置的整定与校验-------------------------------------------------------24
8高压配电箱的选择与整定---------------------------------------------------29
8.1高压配电箱的选择原则----------------------------------------------------29
8.2高压配电箱的选择----------------------------------------------------------29
8.3高压配电箱的整定与灵敏度校验--------------------------------------------30
9静下漏电保护装置的选择与整定--------------------------------------------31
9.1井下漏电保护装置的作用---------------------------------------------------31
9.2井下漏电保护装置的要求---------------------------------------------------31
9.3井下漏电保护装置的整定----------------------------------------------------31
10井下保护接地系统-----------------------------------------------------------33
设计总结----------------------------------------------------------------------------35
设计参考资料------------------------------------------------------------------------36
前言
短暂的学习生活就要结束，按照学校的安排，到磴槽煤矿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。
本设计是以磴槽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、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
Pe
（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
9
54
0.79
0.795
回柱绞车
JB3160M-8
11
660
14.5
87
0.84
0.885
喷浆机
YB112M-4
5.5
660
7.1
46
0.8
0.85
局部扇风机
BKY60-5.5
5.5
660
6.3
44
0.8
0.85
耙斗装岩机
P-15BⅡ
11
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
1
煤电钻
MSZ-12
台
4
------
4
2
电动翻
车器
FDZ-11T
台
2
------
2
3
回柱绞车
JH-8
台
2
------
2
4
耙斗装
岩机
P-15BII
台
------
2
2
5
喷浆机
FHP-20A
台
------
2
2
6
局部
扇风机
JBT51-2
台
4
4
8
7
电瓶车
CDXA1-2.5
台
2
2
4
表1-2采区机械设备配备表
2.2、变压器容量计算：
1.+50水平绞车变电所变压器容量：
ST1=∑Pe1×Kx×Kc/cosφpj
=111.2×0.4×1/0.6
=74.13KVA
式中：
cosφpj——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cosφpj=0.6；
Kx——需要系数，参见《设指》表1-2，取Kx=0.4；
Kc——采区重合系数，取值参照《教材》P216，分别取Kc1=1,Kc2=0.9；
∑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，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cosφpj=0.6；
Kx ——需要系数，参见《设指》表1-2，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
2.2、变压器的型号、容量、台数的确定：
根据Ste>St原则，查《设指》P22表2-2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）
Ud
Ur
Ux
空载
短路
R
X
KSJ2-
75/6
75
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
备注：
动力变压器T1选KSJ2-75/6,T2选KSJ2-135/6,上表数据查《设指》
表2－2，表2－3；
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。
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：
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）变压器最好不并联运行。
4）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。
5）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。
6）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。
7）供电系统尽量减少回头供电。
8）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1所示。
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.
同理其他电缆长度亦可计算出来
如图2、图3所示。
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，按上述方法选择的电缆截面的热稳定性均能满足其要求，因此可不必再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,根据经验按《设指》表2-23初选支线电缆截面即可.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2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,查《设指》表2-2,取Ur%=2.27；
Ux%——变压器额定负荷时电抗压降百分数,查《设指》表2-2,取Ur%=3.88；
cosφpj——加权平均功率因数,查《设指》表1-2,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,查《设指》表2-33,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3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,查《设指》表2-2得,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——
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