矿山机电一体化专业正文煤矿供电系统设计学位论文.docx

1、矿山机电一体化专业正文煤矿供电系统设计学位论文前 言在即将毕业之际，根据教学大纲安排，完成毕业论文及设计、做好毕业答辩工作，我到了阳城县竹林山煤矿参加毕业实习。此次实习任务，除了对该煤矿作业过程及对矿井各设备的了解，还须收集矿井原始资料，并以其为依据，对矿井采区作供电系统的设计。本设计分为三大部分，第一部分为原始资料，第二部分为设计过程，第三部分为参考资料，书中着重讲述采区供电系统中各电气设备的设计过程，如高压配电箱、变压器。电缆的选择方法，并对其的整定及校验，书中详细叙述了电缆及设备的选择原则，井下供电系统采取各种保护的重要性，简明易懂。本设计方案符合煤矿安全规程、煤矿工业设计规范，坚持从实

2、际出发、联系理论知识，在设计过程中，通过各方面的考虑，选用新型产品，应用新技术，满足供电的可靠性、安全性、经济性及技术合理性。通过设计，让我了解了矿山的概况,了解了煤矿供电系统运行和供电设备管理情况和煤矿生产管理的基本知识，使自己具有一定的理论知识的同时，又具有较强的实际操作能力及解决实际工程问题的能力，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。本次设计得到同事和领导的大力支持，在此表示深深的谢意！ 编者 2012年10月设计原始资料一、全矿概貌1

3、、地质储量600万吨；2、矿井生产能力：设计能力12万t/年，实际数11万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. 采区概况：采区设计年产量6万吨，水平标高从+830至+755，下山道两条，一条轨道下山，一条人行下山，倾角为25；分4个区段开采，方式为炮采，区段高20-30m。整个采区现为一掘两采。2. 支护

4、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。3. 煤炭运输系统： 工作面落煤经溜槽到1T矿车，由电瓶车运至井底车场，再由绞车提到+830车场，最后由电机车拉到地面。5. 采区通风：新鲜风流由+730副斜井进风+755运输大巷轨道上山采区工作面采区回风巷人行上山+825回风平峒+875抽风机房。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。第一章 采区变电所的变压器选择一、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

5、采区电气设备技术特征如表1-1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cos效率j台数设备名称设备型号上山绞车JT1600/12241103801212420.860.931照明1.2127煤电钻MZ2-121.21279540.790.7952回柱绞车YB3160M-41166014.5870.840.8852喷浆机YB112M-446605.0830.50.800.851局部扇风机BKY60-446604.732.90.800.856耙斗装岩机Ybb-10-41166012.172.60.750.

6、801充电机KGCA10-90/4016660210.750.883二、变压器容量计算1.+830水平绞车变电所变压器容量：ST1 =Pe1KxKc /cospj=111.20.41/0.6=74.13 KVA式中：cospj 加权平均功率因素，根据煤矿井下供电设计指导（以下简称设指）表1-2查倾斜炮采工作面，取cospj =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，供一个工作面时取1，供两个工作面时取0.95，供三个工作面时取0.9，此处取1；Pe1+830绞车电动机与照明的额定容量之和；Pe1110+1.2=111.2 kw2.+830水平采区变电所变压器容

7、量:ST2 =Pe2KxKc/cospj=111.40.40.9/0.6=66.84 KVA式中：cospj 加权平均功率因素，根据煤矿井下供电设计指导表1-2查倾斜炮采工作面，取cospj =0.6；Kx需要系数，参见设指表1-2，取Kx=0.4；Pe2由+830水平采区变电所供电的+805、+775、+755水平的所有电动机额定容量之和；Pe246+112+1.22+163+4+11=111.4 kw三、变压器的型号、容量、台数的确定根据SteSt原则，查煤矿井下供电的三大保护细则表3-1选型号为KS9-100/6/0.4 变压器一台，用于绞车与照明的供电，选型号为KS9-100/6/0.

8、69变压器一台,用于三个工作面设备的供电。其技术特征如表1-2所示。表12 变压器技术数据型号额定电压（V）额定容量Se(KVA)阻抗电压（）损耗（W）线圈阻抗（）重量（KG）参考价格 /元一次二次UdUrUx空载短路RXKS9-100/66000400/69010041.453.7328014500.0233/0.06900.0597/0.177525004万第二章 采区变电所及工作面配电所位置的确定一、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。二、工作面配电点的位置在工作面

9、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：含春第二变电所人行上山+825采区变电所+830绞车峒室；P2配电点：+825采区变电所+805水平采区配电点；P3配电点：+825采区变电所+775水平采区配电点；P4配电点：+825采区变电所+755水平运输巷掘进配电点。第三章 采区供电电缆的确定一、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。

10、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

11、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。二、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附图1所示。附图1第四章 采区低压电缆的选择一、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+825采区变电所到+830水平上山绞车硐室的距离为50m。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=L1.05=52.5 m，取55 m.同理 其他电缆长度亦可计算出来，如附图1所示。二、电缆型号的确定 矿用电缆型号应符合煤矿安全规程规定，所有井下低压电缆匀

12、采用MY型。三、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

13、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。四、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

14、体如附图1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附图1所示。(1) +755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,电动机额定功率最大的支线来计算。1) .根据设指表2-23,11KW耙斗装岩机初选电缆为MY 316+16 100m,用负荷矩电压损失计算支线电缆电压损失：UZ% = KfPeLZK%=11110010-30.333=0.366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

15、百分数, 查设指表2-28,取K%=0.333 UZ =UZ%Ue/100=0.366660/100=2.4 V式中： UZ支线电缆中电压损失,V；2) .变压器电压损失为：UB% =(Ur%cospj+Ux%sinpj)= 0.67(1.450.6+3.730.8)=2.58式中：UB%变压器电压损失百分比；变压器的负荷系数, =Stj1/Se=66.84/100=0.67；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=66.84 KVA；Ur%变压器额定负荷时电阻压降百分数, 查表1-2,取Ur%=1.45；Ux%变压器额定负荷时电抗压降百分数, 查

16、表1-2,取Ux%=3.73；cospj加权平均功率因数, 查设指表1-2,取cospj =0.6, sinpj=0.8；UB =UB%U2e/100=2.58660/100=17.03 V3) .干线电缆允许电压损失为:Ugy =UY-UZ-UB=63-2.4-17.03=43.57 V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 = KxPeLgy103/(UerUgypj)=0.739650103/(66042.543.570.85

17、)=17.1 mm2式中：Agy干线电缆截面积, mm2； Kx需用系数，取Kx=0.7；Pe干线电缆所带负荷额定功率之和,KW, Pe=42+11+4+16=39 KW；Lgy干线电缆实际长度,m；r电缆导体芯线的电导率, m/(mm2)取r=42.5mm2；Ugy干线电缆中最大允许电压损失,V；pj加权平均效率,pj=（160.88+40.85+110.8+420.85）/39=0.85；根据计算选择干线电缆为MY 325 +110 650m(2)+775水平采区配电点的干线电缆：1) .支线电缆电压损失：UZ% = KfPeLZK%=11115010-30.211=0.35式中：K%查设

18、指表2-28,取K%=0.211UZ =UZ%Ue/100=0.35660/100=2.31 V2) .干线电缆允许电压损失为：Ugy =UY-UZ-UB=63-2.31-17.03=43.66 V3) .干线电缆截面确定：Agy = KxPeLgy103/(UerUgypj)=0.736.2600103/(66042.543.660.87)=14.3 mm2式中：Pe干线电缆所带负荷额定功率之和,KW, Pe=42+11+1.2+16=36.2 KW； pj 加权平均效率，pj=(420.85+110.885+1.20.795+160.88)/36.2=0.87根据计算选择干线电缆为MY 3

19、25+110 600m(3) +805水平采区配电点的干线电缆： 由于+805水平与+775水平的设备完全相同，故两者的干线电缆允许电压损失相同，均为43.66 V.Agy = KxPeLgy103/(UerUgypj)=0.736.2520103/(66042.543.660.87)=12.4 mm2根据计算选择干线电缆为MY 325+110 520m(4) +830绞车房供电计算图如图4-1所示。图 4-1 +830绞车房供电计算图向110KW绞车供电的电缆截面的选择：根据所选用KS9-100/6 型变压器, 查表1-2得, Ur%=1.45,Ux%=3.73；变压器的电压损失为：UT%=

20、(ST/Se)(Ur%cospj+Ux%sinpj) =(74.13/100)(1.450.6+3.730.8) =2.86UT =UT%U2e/100 =2.86400/100 =11.44 V绞车支线电缆允许电压损失： Ugy=UY-UB=39-11.44=27.56 V式中：UY 允许电压损失，V,查设指表2-33，Ue=380V时UY =39 V.绞车支线电缆截面确定：Agy = KxPeLgy103/(UerUgypj)=0.711055103/(38042.527.560.8)=11.9 mm2根据计算选用MY 350+116 55m 型电缆.五、采区电缆热稳定校验按起动条件校验电

21、缆截面：11KW回柱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. 查设指表2-38,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=（IQLZcosQ103）/（rAZ） =（60.30.150.55103）/(42.525) =8.

22、11 V式中: cosQ电动机起动时的功率因数，估取cos=0.55,sin=0.84；r 支线电缆芯线导体的电导率,m/(mm2)；AZ支线电缆的芯线截面, mm2； LZ支线电缆实际长度.KM；IQ电动机实际起动电流,A；IQ=IeQUQmin/Ue=87457.26/660=60.3A； 式中: IeQ 电动机在额定电压下的起动电流,A；UQmin 电动机最小起动电压,V;Ue 电动机额定电压,V； 3)、 起动时干线电缆中的电压损失： UgQ=（IgQLgcosgQ103）/（rAg） =(102.70.60.57103)/(42.525) =57.3 V式中: r 干线电缆芯线导体的

23、电导率,m/(mm2)； Lg 干线电缆实际长度,Km；Ag干线电缆的芯线截面, mm2；cosgQ干线电缆在起动条件下的功率因数,cosgQ =(IQcosQ+Iicospj)/IgQ =(60.30.55+42.20.6)/102.7 =0.57IgQ干线电缆中实际实际起动电流,A；IgQ= = =102.7 A中: Ii其余电动机正常工作电流，A；Ii =Pe/（Uepjcospj） =（25.2103）/(6600.870.6) =42.2 A4) . 起动时变压器的电压损失： UBQ% = (IBQ/IBe)( Ur% cosBQ+Ux%sinBQ ) =(102.7/113)(1.

24、450.57+3.730.82) =3.53UBQ =UBQ%UBe/100=6903.53/100=24.36 V式中: IBQ起动时变压器的负荷电流,A； IBe 变压器负荷额定电流,A；UBe变压器负荷侧额定电压,V；cosBQ起动时变压器负荷功率因数；5) . 起动状态下供电系统中总的电压损失：UQ =UZQ + UgQ + UBQ =8.11+57.3+24.36 =89.77 V6) .检验条件：U2e-UQ =690-89.77=600.23V457.26V又因为600.23V相对于额定电压的百分数为600.23/660100%=90.9%，超过磁力起动器吸合线圈要求的电压。所以

25、检验结果可以认为选用25mm2的橡套电缆满足了起动条件。第五章 采区高压电缆的选择一、选择原则1、按经济电流密度计算选定电缆截面，对于输送容量较大，年最大负荷利用的小时数较高的高压电缆尤其应按经济电流密度对其截面进行计算。2、按最大持续负荷电流校验电缆截面，如果向单台设备供电时，则可按设备的额定电流校验电缆截面。3、按系统最大运行方式时发生的三相短路电流校验电缆的热稳定性，一般在电缆首端选定短路点。井下主变电所馈出线的最小截面，如果采用的铝芯电缆时，应该不小于50mm2 。4、按正常负荷及有一条井下电缆发生故障时，分别校验电缆的电缆的电压损失。5、固定敷设的高压电缆型号按以下原则确定：1） 在

26、立井井筒或倾角45及其以上的井筒内，应采用钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢丝铠装交联聚乙烯绝缘电缆，钢丝铠装聚氯乙稀绝缘电缆或钢丝铠装铅包纸绝缘电缆。2） 在水平巷道或倾角45以下的井巷内，采用钢带铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢带铠装聚氯乙稀绝缘电缆或钢带铠装铅包纸绝缘电缆。3） 在进风斜井，井底车场及其附近，主变电所至采区变电所之间的电缆，可以采用铅芯电缆，其它地点必须采用铜芯电缆。6、移动变电站应采用监视型屏蔽橡胶电缆。二、选择步骤1、按经济电流密度选择电缆截面:A1=In/nJ=7.2/12.25 =3.2 mm2式中： A电缆的计算截面, mm2；In电缆中正常负荷时持续电流，In=SB

27、1/(Ue) =74.13/(6) =7.2A；n同时工作的电缆根数，n=1；J经济电流密度，A/mm2,见设指表2-18，铜芯电缆取J=2.25 A/mm2；A2 =In/nJ=6.43/12.25 =2.86 mm2式中：In电缆中正常负荷时持续电流，In=SB2/(Ue) =66.84/(6) =6.43 A；由设指表2-9查取电缆型号为：MYJV22-6000 335 1000m2、校验方法： （1）、按持续允许电流校验电缆截面： KIP=(60.345180.9)AIa=7.2A式中： IP环境温度为25度时电缆允许载流量,A,由设指表2-8查取IP=135；K环境温度不同时载流量的

28、校正系数,由设指表2-6查取：0.447K1.34；Ia持续工作电流, Ia= SB1/(Ue) =74.13/(6) =7.2A ；KIp =(60.345180.9)AIa,符合要求。 （2）电缆短路时的热稳定条件检验电缆截面,取短路点在电缆首端,取井下主变电所容量为50MVA,则Id（3） = Sd/(Up) =(50103)/( 6.3) =4582.1 A Amin = (Id（3）)/C =(4582.1)/159 =14.41mm2A1=35 mm2 符合要求。式中： Amin电缆最小截面, mm2；Id（3）主变电所母线最大运行方式时的短路电流,A；tj短路电流作用假想时间,S；对井下开关取0.25S；C 热稳定系数, 由设指表2-10查取C=159； (3)、按电压损失校验电缆截面：U% =KPL/1000 =1.836111.21/1000 =0.2%7% 故满