矿井供电系统设计 毕业论文.doc

四川科技职工大学四川科技职工大学 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题题 目：目：矿井供电系统设计矿井供电系统设计 姓姓 名：名： 专专 业：业： 矿山机电矿山机电 班班 级：级： 指导教师指导教师 完成日期 2013 年 12 月 1 日 2 摘要摘要 本设计讲述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。 本设计方案根据煤矿安全规程 、 煤矿工业设计规范 ，坚持从实际出发、 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。 通过设计并与本矿实际相结合，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，根据矿井的实际情况，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，对矿所需设备的型号及供电线 路等进行设计计算。 关键词：矿井 供电 系统 设计 目录目录 绪 论 -4 第一章 井田概况 -5 第二章 地质特征 -8 第三章 供电系统 -13 3.1 供电电源-13 3.2 电源线路截面选择-13 3.2 电力负荷-14 3.4 地面供配电-19 3.5 井下供配电-21 第四章 采区低压控制电器的选择 -26 3 4.1 低压电器电器选择原则 -26 4.2 低压电器电器容量及整定计算 -26 第五章 低压保护装置的选择和整定 -28 5、1 低压电网短路保护装置整定细则规定 -28 5、2 保护装置的整定与校验 -28 第六章 高压配电箱的选择和整定 -31 6、1 高压配电箱的选择原则 -31 6、2 高压配电箱的选择 -31 6、3 高压配电箱的整定和灵敏度的校验 -31 第七章 井下漏电保护装置的选择 -33 7、1 井下漏电保护装置的作用 -33 7、2 漏电保护装置的选择 -33 7、3 井下检漏保护装置的整定 -33 第八章 井下保护接地系统 -34 结束语 -35 致谢 -36 参考文献 -37 绪绪 论论 一、本设计的目标 通过矿井的技改扩能，让我们知道矿井原供电系统不能满足技改后矿井的需 要，为了有一个更完善的供电系统，并在“以风定产” “一通三防”的前提条件 下，我们深深地清楚供电对矿井的重要性，以致通过供电系统的优化设计，来实 现安全高效矿井；供电系统全以技改后进行设计。 二、本设计内容体系结构 通过供电理论方面的学习并与我矿矿井供电系统实际相结合，对矿井供电系 统资料的掌握，来优化原有不足的供电系统，使设计出的供电系统达到最大优化。 设计内容体系具体如下： 1）矿井概况。介绍矿井的地理位置、生产现状、通风结构、劳动组织等。 2）矿井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， 4 3）概算供电费用。本着经济合理的原则，以最低的成本来换取最丰厚的利 益。 4）井下供电系统各种保护的整定及校验。 第一章第一章 井田概况井田概况 11 交通位置交通位置 荥经县皇仪乡六合煤厂位于荥经县皇仪乡渔泉河南岸，行政区划属荥经县皇 仪乡杨湾村梁纸厂社，矿井位于渔泉公路旁，距荥经县城 24km，荥经县至雅安市 约 45 km，雅安市至成都约 130km，有高速公路和二级公路相通，交通较为方便。 图 1-1-1 荥经县皇仪乡六合煤厂交通位置图 1、2 地形、地貌及水文地形、地貌及水文 六合煤厂 5 矿区地处扬子准地台坳川西台陷之雅安凹褶束与龙门山宝兴褶断束的结合带 边缘，为地质构造较复杂区。矿区及其周边地形地貌属构造侵蚀中至高山丘陵地 貌，地貌分区为构造剥蚀串珠状中、高丘。地势南东高、北西低，顺层坡与陡坎 交互，地形反差极大，地形切割中等强。区内海拔多在+950m 以上，最高点位 于井田中部，海拔+1402m，最低处位于主井西侧，海拔+950m，相对高差 452m。 地形坡度一般 20左右，最大坡度约 45。 在矿区范围内无大的河流，均为溪流。地表水主要接受大气降水，其丰、枯 取决于大气降雨量。矿区大气降雨较为丰富，地表水除部分沿岩石裂隙或层间渗 入地下外，大部分地表水是通过片流的形式汇入溪水，再汇入荥河，最终流入长 江。地表水排泄为区内的重要排泄途径。 1、3 气象及地震气象及地震 矿区地处四川盆地西缘，属中纬度偏南地带，为亚热带大陆性温湿季风气候 区。其气象特征是：夏季炎热期长，冬季寒冷期短，潮湿多雨、雨量充沛。据县 气象站的资料统计：多年平均降雨量为 1267mm，68 月为雨季，月平均最大降 雨量为 856.6mm(7 月份)，月平均最小降雨量为 0.2mm(12 月份)，湿度大、云雾 多、霜期短、日照少、秋雨连绵。冬春与夏秋，白天与早晚温差较大。荥经县多 年平均气温 15.3，最高气温为 7 月，达 34.7，最低气温为 1 月，为-4.2， 历年 12 月2 月为冰冻降雪期。多年平均相对湿度 85%，最小为 37%。 矿区所在荥经县是一个地震多发区，地震震级一般为 2.5-3.5 级，震中多在荥 经县城北及北西，最大一次地震为 5.5 级，自 2002 年至今，有小于 3.5 级地震记 录 5 次。荥经县及附近地区，历史地震活动虽较频繁，但震级小，危害较轻，在 四川省地震危险性强度分区表和地震烈度分区图上，该区划为危险性较小的 c 区， 地震基本烈度区划属小于度区。据历史记载，区内未发生过灾害性地震，仅受 6 到过少量微弱地震波及，震中远离矿区范围。 1 1、4 4 矿区经济状况矿区经济状况 区内居住居民均为汉族，主要从事种植和采矿业。农作物以玉米、高梁、土 豆、薯类等为主，经济作物有油菜籽、水果、茶叶等。 1、5 水源和电源水源和电源 距该矿井 8km 有荥经县木梯岩电站，距该矿井 3km 有荥经县皇仪乡岗上电 站。荥经县木梯岩电站（属荥经县石滓皇仪供电所管理）和荥经县皇仪乡岗上电 站己并入荥经县电网，六合煤矿己与荥经县皇仪乡岗上电站和荥经县石滓皇仪供 电所签订了供电协议。 本矿工业和生活用水水源取自主斜井侧溪沟水作为水源，该水源水质较好， 经校核满足矿井扩建后的用水需要。 7 第二章第二章 地质特征地质特征 2 2、1 1 地层地层 区内出露地层不齐全，最老为中三叠系雷口坡组，最新为侏罗系及第四系松 散堆积物，仅有 4 个正式地层单位。由老至新分述如下。 （一）中三叠统雷口坡组（t2l） 为区内出露的最老地层体。分布于西部（向斜西翼）武同庙、余家湾、红茶 园一线，呈近南北向展布，与上覆须家河组平行不整合接触，厚约 250m（未见 底）。岩性为：下部灰色细粗粒砂岩、砂砾岩、粉砂岩、砂质泥岩及泥岩夹煤 线；中部灰色灰岩；上部紫色钙质粉砂岩薄层泥灰岩、灰色薄至中厚状泥灰岩与 灰岩互层。 （二）上三叠统须家河组（t3xj） 分布于大部分地区，是区内的主要含煤地层，总厚约 253811m，平均厚 564m，与下伏雷口坡组平行不整合接触，与上覆自流井组整合接触。共划分为三 段，各段岩性特征分别为： 一段（t3xj1）：厚约 105m 左右，假整合于下覆雷口坡组之上。岩性为灰、 黄灰色中至厚层粗细粒长石石英砂岩为主，次为粉砂岩、砂质泥岩及泥岩夹 煤层。旋回结构多而明显，下部各旋回的砂岩粒度粗，含砾石。个别具斜层理， 旋回间冲刷接触明显，由于冲刷作用使两旋回合为一体的现象时可见及，上部砂 岩粒度变细，各旋回的泥质岩增多，此段含煤 6-8 层，多分布于中部及上部，均 为局部可采煤层。 8 二段（t3xj2）：厚约 180m 与一段整合接触，为区内主要含煤段。岩性为灰、 深灰、黄灰色薄至中厚层中至细粒长石石英砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤 层组成。上部岩性稳定，以泥岩、砂质泥岩及粉砂岩为主，夹细砂岩及泥质细砂 岩。下部砂岩层居多，粒度粗，发育斜层理及水平层理、波状层理，由具粗至细 的旋回结构构成，岩相变化较大（常见河流向河床相横向接触）。此段含煤 10 余层，区域可采煤层主要是双龙和三荒四炭两层，其余均为局部可采煤层或煤线。 在砂质泥岩、粉砂岩及泥岩中常见含结核状或似层状菱铁矿，含新芦木、苏铁及 蕨类等化石。 三段（t3xj3）：发育于全区，且物质成份近似，厚约 270m，与上覆及下伏 二段整合接触。一般由灰、浅灰、黄灰、深灰色中至厚层中细粒长石石英砂岩、 石英砂岩、粉砂岩、砂质页岩等组成多个沉积旋回。中下部产淡水瓣鳃化石，偶 见煤线或团块。 （三）中下侏罗统自流井组（j1-2z） 出露于向斜核部，由紫、灰色泥岩、砂质泥岩及灰色砂岩、钙质砂岩等组成。 与下覆须家河组三段整合接触，厚 192-257m，厚度、岩性较稳定。以紫、紫灰色 中至厚层状长石石英砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩为主，砂岩与砂质泥岩或泥 岩常互为夹层。 （四）中侏罗统新田沟组（j2xt） 为区内除第四系外的最新地层，出露于向斜核部（矿区东部），与中下侏罗 统自流井组整合接触，厚约 360m。岩性为灰色中至厚层状细粒长石石英砂岩、 薄层钙质细砂岩、紫色泥岩夹灰绿色薄层粉砂岩或泥质粉砂岩。上部砂岩中夹泥 灰岩，砂岩具斜层理。 （五）第四系：主要为现代坡、残积层及冲洪积层，后者普遍发育于各级沟、 9 河谷地带，其厚度不等，一般 5m 左右。现代坡、残积层分布于较缓坡地带，地 形较为平缓，以残积为主，为灰色含角砾砂土、亚粘土层，厚 0.51m。有庄稼 地及少量居民点。 2 2、2 2 构造构造 井田位于四川盆地西缘北端，区域上地处扬子准地台四川台坳川西台陷之雅 安凹褶束与龙门山宝兴褶断束的接合带边缘，地质构造较复杂。区内为荥经大向 斜南段倾伏端，两翼为断裂切割。主要构造线为北西南东向、近南北向，部分 北东向褶皱、断裂，褶皱背斜紧密，向斜开阔平缓。 2 2、3 3 煤层煤层 区内含煤地层为上三叠统须家河组（t3x），含煤层位是须家河组第一、二 段，共含煤九层，由上而下分别为：蛮炭、三荒四炭、大双龙、双龙、上连、下 连、独连子、硬板炭和宽沙炭。其中三荒四炭、双龙煤层为区域可采煤层，其余 为局部可采煤层。 三荒四炭煤层层位全区稳定，上距蛮炭 17.88m，下距大双龙煤层 70.30m； 双龙煤层位于煤组的中段，上距大双龙煤层 28.04m，下距上连煤层 6.2735.51m；下连煤层仅居于上连煤层之下，上距上连煤层 4.63m，下距宽砂 炭 116.67m。 本矿井批准开采双龙煤层，该煤层赋存于须家河组第二段地层中，为全区可 采煤层。煤层倾角 812，一般由 2 个煤分层组成。上分层厚 0.060.59m，平 均 0.42m；下分层厚 0.060.47m，平均 0.26m。开采区域煤层平均厚 0.56m。夹 矸多为泥岩及粉砂质泥岩，厚 0.030.70m，平均厚 0.33m。煤层顶板为薄层砂质 泥岩夹粉砂岩，底板为砂质泥岩及粉砂岩 2、4 矿井水文地质矿井水文地质 10 1、地表水 在矿区范围内无大的河流，均为溪流。地表水主要接受大气降水，其丰、枯 取决于大气降雨量。矿区大气降雨较为丰富，地表水除部分沿岩石裂隙或层间渗 入地下外，大部分地表水是通过片流的形式汇入溪水，再汇入荥河。地表水排泄 为区内的重要排泄途径。 2、地下水 矿区地下水主要含水层各特征分别如下： 1）、第四系孔隙含水层 矿区第四系堆积物遍布全区，主要为坡残积层，由风化砂质粘土及岩石碎屑 组成，厚度多在 5 米以内，其位置较高者为透水层，反之则为弱含水层。地下水 多由此层分散泄出。 2）、中下侏罗统自流井组、新田沟组孔隙、裂隙含水带 主要由厚层状长石石英砂岩含水，厚度大于 300 米，其内泉水流量小于 2 公 升/秒，呈下降泉泄出。水源主要由降水补给，本层整合于下伏煤系地层之上， 其地下水可直接补给煤系层含水带。 3）、上三叠统（须家河组）煤系层孔隙、裂隙含水带 为矿区的含煤地层，主要由页岩、细砂岩、中粒长石石英砂岩组成，总厚大 于 300m，为一背斜构造，有数层不透水的页岩、泥质砂岩。深部断裂不发育，形 成自流水，接近地表处裂隙较发育，形成风化裂隙潜水带。埋深一般小于 10m， 其水主要由大气降水补给，并排泄于低洼地及沟谷。在下部中粗粒砂岩形成孔隙 含水带，厚约 200m。该层中地下水出露普遍，泉水流量一般小于 3 公升/秒，多 沿层面裂隙或构造裂隙涌出。 4）、中三叠统雷口坡组 11 以泥质类岩为主，夹砂质页岩，结晶泥质灰岩厚大于 50m，未见喀斯特现象， 只有雨季在局部见有泉水流出，流量 2.5 公升/秒，旱季无水，属微弱至不含水 层。 上述岩层中，细砂岩、长石石英砂岩为含水层，页岩、泥质砂岩、泥岩为隔 水层。 综上所述，地下水类型主要为坚硬裂隙、孔隙水，由大气降水补给，水文地 质条件属简单类型。 据我矿测定，矿井+818m 水平正常涌水量 10m3/h，最大涌水量 20m3/h，矿井 水主要来自斜井揭穿含水层水；+775m 水平涌水量极少，正常涌水量 0.3m3/h，最 大涌水量 0.6m3/h。 2、5 矿井开采条件矿井开采条件 1、瓦斯 依据雅市安监【2010】340 号雅安市安全生产监督管理局对该市 2010 年度矿 井瓦斯等级鉴定结果的批复：矿井 ch4绝对涌出量为 6.19m3/min，相对涌出量为 53.03m3/t，属高瓦斯矿井。 2、煤尘 根据四川省煤炭产品质量监督检验站检测报告，本矿开采的双龙煤层煤尘无 爆炸危险性。 3、煤层自燃倾向性 根据四川省煤炭产品质量监督检验站检测报告，本矿开采的双龙煤层自燃倾 向性等级为级，属不易自燃煤层，历年开采未发生过煤层自燃现象。 4、地温 矿井地温正常，无热害影响。 12 5、冲击地压 根据本矿井及周边矿井开采情况，矿井无冲击地压。 第三章第三章 供电系统供电系统 3.13.1 供电电源供电电源 设计矿井采用两回路电源供电。一回来至荥经县木梯岩电站（属荥经县石滓 皇仪供电所管理） ，电压 10kv，供电距离 8km，采用一趟架空线路输送至地面变 电所。另一回来至荥经县皇仪乡岗上电站，电压 10kv，供电距离 3km，采用一 趟架空线路输送至地面变电所。 正常情况下。矿井电源应采用分列运行方式。若一回路运行，另一回路必须 带电备用，以保证供电的连续行和可靠性。带电备用电源的变压器应热备用；若 冷备用，必须保证备用电源能及时投入正常运行。 3.2 电源线路截面选择电源线路截面选择 1、按经济电流密度选择电源线路截面: 开采后期井下最大负荷时计算有功电力负荷 654.4kw. 电源线路截面; a1=in/j =41.98/1.15 =36.5 mm2 式中： a电源线路计算截面, mm2； in电源线路中正常负荷时持续电流，in=sb1/(ue cos) 3 =654.4/( 100.9) =41.98； 3 j经济电流密度，a/mm2,，钢芯铝绞线取 j=1.15a/mm2 由设指查取电源线路型号为：lgj-350 型钢芯铝绞线 2、校验方法： （1） 、按持续允许电流校验电缆截面： 查表得线路 lgj-350 型钢芯铝绞线安全载流量；环境温度为 25时为 13 220a,考虑环境温度 40时温度校正系数 0.81，则 ix2 =2200.81=178.2(a), ix=178.2ai=41.98a, 电源线路安全载流量符合要求。 (2)、按电压损失校验电源线路截面： 查表得线路 lgj-350 型钢芯铝绞线单位负荷矩电压损失百分数；当 cos=0.9 时为 0.824%/mw.km.计算有功电力负荷 654.4kw. 来至荥经县木梯岩电站电源线路电压降（长度 8km） u1%=0.654480.824%=4.31%7 ， 符合要求。 式中：id(2) 被保护线路末端最小两相短路电流，a； 7灵敏度系数，可参考工矿企业供电设计指导书表 3-39； idz线路末端最小两相短路整定电流，a。 30 其余各开关短路点、短路电流及灵敏度校验均按以上计算方法校验。 、 第六章第六章 高压配电箱的选择和整定高压配电箱的选择和整定 6、1 高压配电箱的选择原则高压配电箱的选择原则 1、配电装置的额定电压应符合井下高压网络的额定电压等级。 2、配电装置的额定开断电流应不小于其母线上的三相短路电流。 3、配电装置的额定电流应不小于所控设备的额定电流。 4、动作稳定性应满足母线上最大三相短路电流的要求。 6、2 高压配电箱的选择高压配电箱的选择 1、中央变电所电源总开关负荷长期工作电流： in=sn/(uecose) 3 =316.97/(100.75) 3 =24.4 a useux=10kv iseig=24.4a ssesd(3)=50mva 式中： sn受控制负荷的计算容量，kva ue电网额定电压，kv use高压开关额定电压，kv ise高压开关额定电流，ka sse 高压开关铭牌上标示的额定断流容量，kva 根据以上这些计算结果，按煤矿安全规程的规定选用，查设指表 2-62，选择高压配电箱型号为 pbg-10，其技术数据如下； 高压配电箱技术数据表 型号 额定电 压 （kv） 最高工作 电压 （kv） 额定电流 （a） 额定开断 电流（ka 额定动稳 定电流 （ka） 额定短路开 合电流 （ka） 10s 热稳 定电流 （ka） pbg-1010125012.531.531.512.5 6、3 高压配电箱的整定和灵敏度的校验高压配电箱的整定和灵敏度的校验 1、中央变电所电源总开关的整定 31 in=sn/(uecose) 3 =316.97/(100.75) 3 =24.4 a 查设指表 2-83，取 idz=25 灵敏度校验： id(2)=1245a km = id(2)/(ktkiidz) =1245/(1025) =4.981.5 符合要求。 式中： ki电流互感器的变流比，ki=50/5=10； 其它高压开关选择、整定、灵敏度校验均按以上计算方法进行。 。 32 第七章第七章 井下漏电保护装置的选择井下漏电保护装置的选择 7、1 井下漏电保护装置的作用井下漏电保护装置的作用 1、工作电表经常监视电网的绝缘电阻，以便进行预防性维修。 2、接地绝缘电阻降低到危险值或人触及一相导体，或电网一相接地时，能 很快的使自动开关跳闸，切断电源，防止触电或漏电事故。 3、当人触及电网一相时，可以补偿人身的电容电流，从而减少通过人体的 电流，降低触电危险性。当电网一相接地时，也可以减少接地故障电流，防止 瓦斯、煤层爆炸。 7、2 漏电保护装置的选择漏电保护装置的选择 由于选用 kbz 型馈电开关，其自带漏电保护，无需再外设检漏继电器。 7、3 井下检漏保护装置的整定井下检漏保护装置的整定 检漏继电器动作电阻值，是根据保护人身触电的安全确定的。人触电 安全电流规定为 30ma，在不考虑电网电容情况下，通过人体的电流根据下 式计算，即 in3uq/3rn+r 在给定电网电压下，人体电流 30ma 计算，则可确定出允许的电网最低 对地绝缘电阻值 rmin，以井下 660v 电网为例计算如下： rmin=(3uq/in)-3rn =3(660/)/30103-31000 3 =35000 计算检漏继电器的动作电阻值 rdz时，应考虑三相电网对地绝缘电阻值 时并联通路，其整定值为： rdz= rmin/3 =35000/3 =11700 井下低压电网的最低允许对地电阻值及检漏继电器的动作值表所示。 对地电阻值及检漏继电器的动作值表 33 电压 （v） 每相允许最 低电阻值 （k） 动作电阻 计算值 （k） 动作电阻 整定值 （k） 漏电闭锁动 作电阻值 （k） 1274.31.431.1 38010.23.43.57 6603511.71122 保护 660v 电网： 单相接地漏电电阻：rz(单)=11 k 两相接地漏电电阻：rz(两)=22 k 三相接地漏电电阻：rz(三)=33 k 第八章第八章 井下保护接地系统井下保护接地系统 井下接地系统是由主接地极、局部接地极、接地母线、接地导线和接地引 线等组成。 所谓保护接地，就是用导体将电气设备正常不带电的金属部分与接地体连 接起来，它是预防人体触电的一项重要措施。 若没有保护接地，一旦电气设备内部绝缘损坏而使一相带电体与外壳相碰时， 人若触及带电金属外壳，则其它两相对地电容电流全部流过人体，造成人身触 电事故。 有了保护接地，人体触及带电外壳时，电容电流通过的路径是接地装置