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

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）

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：

目录摘要4Abstract

51、技术要求及原始数据

61、1机械化采区的原始资料

62、采区变电所位置的确定102、1井下主（中央）变电所位置102、2中央变电所的设置102、3变压器的备用102、4井下主（中央）变电所硐室的要求1

12、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

12、6走廊尺寸1

22、7出口设置1

23、拟定采区供电系统1

23、1采区变电所设计1

23、2移动变电站1

34、采区主要设备1

34、1采区主要设备1

34、2设备选型及主接线方式1

45、采区负荷的计算及变压器容量、台数确定1

55、1采区负荷的计算1

55、1、1井下电力负荷计算1

55、1、2井下各种用电设备的需要系数及平均功率因数1

55、1、3每个回采工作面的电力负荷1

55、1、4采区变电所的电力负荷1

65、1、5井下主变电所的电力负荷1

66、采区低压供电网络的计算1

96、1采区低压电缆的选型1

96、2采区电缆长度计算1

96、3采区动力电缆的截面选择206、4回风巷电缆的敷设206、5电缆在井下巷道内的悬挂2

17、采区接地保护措施2

37、1电气设备及保护2

37、2电气设备保护接地2

48、采区漏电保护措施2

59、煤矿井下采区电气设备安全运行论述2

69、1做好煤矿电气设备安全管理的目的和内容2

69、1、1避免发生触电伤亡事故2

69、1、2避免发生电网漏电故障2

79、1、4避免电气设备失爆2

79、1、5避免矿井监控系统失控2

79、2当前尚存在的主要问题2

79、2、1硬件方面2

79、2、2软件方面2

89、2、3人员方面2

89、3对策2810采区供电系统示意图38结论40致谢41参考文献42附录43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分重要的。

关键词：

煤矿井下供配电系统设计AbstractCoalminepowersupplysystemdirectlyaffectsthepowergridsafety,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:

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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、6

59、井下中央变电所短路容量为50MV

A、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1170型采煤机（采煤工作面）1117066018

70、8

65、2

50、9

30、752150型刮板输送机（采煤工作面）122x756608

20、8

76、

50、9

10、831040/800型带式输送机（回踩工作面顺槽）129010660

99、4

100、8

76、

50、9

10、85440型转1140660

44、

70、8

66、

50、9

10、9载机（采煤工作面）580/200型乳化液泵（采煤工作面）212x556605

90、

86、

60、

90、856250/55型喷雾泵站（采煤工作面）212x30660

33、

80、9

25、

60、8

90、757液压安全绞车（采煤工作面）1113660

13、

70、8

56、

50、8

90、58上山单滚筒绞车11756608

20、87

70、9

10、99上山胶带输送机123017660

32、4

18、

70、9

70、8

90、751017型装煤机（掘进工作面）212x176601

90、8

55、5

80、8

90、7511调度绞车414x

11、4660

12、

90、81

50、89112电钻变压器装置313x

1、2660/13

32、19/

10、

80、8

70、8

90、613局部扇风机212x11660

12、

60、8

85、

50、8

50、9514小水泵414x46605、

60、75

50、8

80、915干式照明变压器212x2660/13

32、19/

11、3

60、

86、

50、84116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1Z1180170型采煤机（采煤工作面）198690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2Z2185150型刮板输送机（采煤工作面）204690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3Z3251040/800型带式输送机（回踩工作面顺槽）28690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4Z45540型转载机（采煤工作面）61690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5Z53580/200型乳化液泵（采煤工作面）39690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6Z665250/55型喷雾泵站（采煤工作面）72690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7Z790液压安全绞车（采煤工作面）100690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8Z81050上山单滚筒绞车1155690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9Z9180上山胶带输送机198690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10Z1020017型装煤机（掘进工作面）220690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11Z1125调度绞车28690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12Z1210电钻变压器装置11690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13Z1350局部扇风机55690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14Z1450小水泵55690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15Z11560干式照明变压器66690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16G1120干线电缆（Z

1、Z

4、Z6）126690铠装电缆应按所经路径的长度的

1、05倍计算17G285干线电缆（Z

2、Z

3、Z

5、Z6）90690铠装电缆应按所经路径的长度的

1、05倍计算18G3150干线电缆（Z

7、Z

8、Z9）158690铠装电缆应按所经路径的长度的

1、05倍计算19G4200干线电缆（Z

10、Z

11、Z

12、Z

13、Z

14、Z15）210690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，G12）计算0、6～0、77架线电机车整流0、45～0、6

50、8～0、98蓄电池电机车充电0、

80、8～0、859运输机0、6～0、

70、710井底车场（不包含主排水泵）0、6～0、

70、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、852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大型固定设备加权平均功率因数；KS1--井下各级变电所问的同时系数，见表

3、0、4；KS2--井下主排水泵及其他大型固定设备间的同时系数，只有主排水泵时取

1、00，有其他大型固定设备时取090～0、95。

G1干线：

P30

（1）=Kd*Pe=0、92*（170+40+60+60）

=303、6kwQ30

（1）=P30tanΦ=303、6*

1、169=3

54、9kvar补偿电容功率Qc1=303、6*（tanarccos0、65-tanarccos0、92）

=2

25、6kvar变压器低压侧视在功率S＇30

（1）=sqrt（303、6+（3

54、9-2

25、6）

）=3

30、0kvA变压器功率损耗为ΔPt≈0、015*S＇30

（1）=

4、95kwΔQt≈0、06*S＇30

（1）=

19、8kvar变压器高压侧的计算负荷为P＇30

（1）=303、6+

4、95=308、6kwQ＇30

（1）=3

54、9+

19、8-2

25、6=1

49、1kvarS＇30

（1）=sqrt（308、6+1

49、1）=3

42、7kvAI＇30

（1）=3

42、

71、73

20、66=2

99、8AcosΦ=308、63

42、7=0、90故此处的变压器选择KDGB-4006/0、69kvG2干线：

P30

（2）=Kd*Pe=0、92*（75*2+90+10+2*55+2*55+2*30）=4

87、6kwQ30

（2）=P30

（2）tanΦ=5

70、1kvar补偿电容功率Qc2=4

87、6*（tanarccos0、65-tanarccos0、92）

=3

62、4kvar变压器低压侧视在功率S＇30

（2）=sqrt（4

87、6+（5

70、1-3

62、4）

）=5

30、0kvA变压器功率损耗为ΔPt≈0、015*S＇30

（2）=

7、95kwΔQt≈0、06*S＇30

（2）=

31、8kvar变压器高压侧的计算负荷为P＇30

（2）=4

87、66+

7、95=4

95、6kwQ＇30

（2）=5

70、1+

31、8-3

62、4=2

35、9kvarS＇30

（2）=sqrt（4

95、6+2

35、9）=5

50、4kvAI＇30

（2）=5

50、

41、73

20、66=4

81、5AcosΦ=34

95、65

30、4=0、90故此处的变压器选择KDGB-6006/0、69kvG3干线：

P30（3）=Kd*Pe=0、92*（13+75+30+17）=1

24、2kwQ30（3）=P30（3）tanΦ=1

45、2kvar补偿电容功率Qc3=1

24、2*（tanarccos0、65-tanarccos0、92）

=

92、3kvar变压器低压侧视在功率S＇30（3）=sqrt（1

24、2+（1

45、2-

92、3）

）=1

35、0kvA变压器功率损耗为ΔPt≈0、015*S＇30（3）=

2、0kwΔQt≈0、06*S＇30（3）=

8、1kvar变压器高压侧的计算负荷为P＇30（3）=1

24、2+

2、0=1

26、2kwQ＇30（3）=1

45、2+

8、1-

92、3=61kvarS＇30（3）=sqrt（1

26、2+61）=1

40、2kvAI＇30（3）=1

40、

21、73

20、66=1

22、6AcosΦ=34

95、65

30、4=0、90故此处的变压器选择KDGB-2006/0、69kvG4干线：

P30（4）=Kd*Pe=0、92*（2*17+4*

11、4+3*

1、2+2*11+4*4+2*2）=1

15、2kwQ30（4）=P30（4）tanΦ=1

34、7kvar补偿电容功率Qc4=1

15、2*（tanarccos0、65-tanarccos0、92）

=

85、6kvar变压器低压侧视在功率S＇30（4）=sqrt（1

15、2+（1

34、7-

85、6）

）=1

25、2kvA变压器功率损耗为ΔPt≈0、015*S＇30（4）=

1、9kwΔQt≈0、06*S＇30（4）=

7、5kvar变压器高压侧的计算负荷为P＇30（4）=1

34、7+

1、9=1

17、1kwQ＇30（4）=1

34、7+

7、5-

85、6=

56、6kvarS＇30（4）=sqrt（1

17、1+

56、6）=1

30、1kvAI＇30（4）=1

17、

11、73

20、66=1

13、8AcosΦ=1

17、11

30、1=0、90故此处的变压器选择KDGB-2006/0、69kv

6、采区低压供电网络的计算

6、1采区低压电缆的选型采区低压电缆选型：

1、1140V设备使用的电缆，应采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、660V或380V设备有条件时应使用带有煤矿矿用产品安全标志的分相屏蔽的橡胶绝缘软电缆。

固定敷设时可采用铠装聚氯乙烯绝缘铜芯电缆或矿用橡套电缆；

3、移动式和手持式电器设备，应使用专用的矿用橡套电缆；

4、采区低压电缆严禁采用铝芯。

阻燃电缆是遇火点燃时燃烧速度非常缓慢，离开火源后即自行熄灭的特制电缆，对阻止或减少火灾事故非常有好处。

因此，本条文规定下井必须选用煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。

1、电缆应采用铜芯，而不采用铝芯，主要有以下原因：

1）隔爆型电气设备的安全间隙铜电极为0、43mm，铝电极为0、05mm。

煤矿井下隔爆型电气设备采用法兰问隙隔爆结构都是按照铜芯材料设计的，所以一旦接入铝芯电线后，电气设备也就失去了防爆性能。

2）铝与氧气发生化合反应释放的氧化热是铜的

5、5倍，铝产生的电火花或电弧的温度比铜高得多。

3）铝的线性膨胀系数是铜的

1、41倍，铜铝接头受热膨胀不一致，必然会导致接头松动，电阻增加，造成电缆接头放炮、漏电、短路等事故发生。

2、严禁采用铝包电缆，主要有以下原因：

1）电缆铝包皮极易发生氧化、腐蚀，一旦腐蚀严重，将失去电缆的保护性能，可能引发电气及其他事故。

2）当电路发生漏电、断相等故障，使三相电流不平衡时，铝包中将流过很大的电流，使铝包皮中电位升高，造成人身触电事故。

3）由于铝的膨胀系数大，极易发生氧化，如果断点发生电火花，铝与氧迅速化合，放出大量的热量，烧坏电缆，引爆瓦斯和煤尘，威胁矿井的安全。

因此，严禁采用铝包电缆。

6、2采区电缆长度计算

1、铠装电缆应按所经路径长度的

1、05倍计算；

2、橡套电缆应按所经路径长度的

1、10倍计算；

3、半固定设备的电动机至就地控制开关的电缆长度，宜取5～10m；

4、移动设备的电缆除应符合本条第2款的规定外，尚应增加机头部分活动长度3～5m；

5、掘进工作面配电点的电源电缆长度，应按设计矿井投产时的标准再加lOOm配备，也可按掘进巷道总长的一半计算。

电缆截面应满足掘进至终点（或更换电源前）的电压损失要求；

6、掘进工作面配电点至掘进设备的电缆长度，应按配电点移动距离考虑，但不宜超过lOOm。

6、3采区动力电缆的截面选择电缆允许持续电流值应大于电缆的正常工作负荷计算电流值；

2、对距离最远、容量最大的电动机，应保证在重载情况下启动。

若采掘机械无实际最小启动力矩数据时，可按电动机启动时的端电压不低于额定电压的75％校验。

3、正常运行时电动机的端电压允许偏移额定电压的5％，个别特别远的电动机允许偏移-8％～-10％；

4、所选电缆截面必须与其保护装置相配合，并应满足机械强度要求；

5、在电力系统最大运行方式下，电缆首端发生三相短路时的热稳定性要求选择电缆截面。

6、4回风巷电缆的敷设在总回风巷和专用回风巷中敷设电缆存在以下问题：

1、在总回风巷和专用回风巷中不得敷设电缆，原因如下：

1）煤矿总回风巷和专用回风巷的风流中