新版 矿山电工 第六章 chapter2.ppt

第六章采区供电设计计算 作业 已知某高 低 瓦斯30万吨煤矿 具有两回10KV高压进线 距离分别为6公里和4公里 该矿在地面建有10KV变电所 一 在地面将高压降为380V和660V分别向地面生产系统和井下生产系统供电 二 在地面将高压降为380V供地面生产系统用电 10KV下井降为660V向井下生产系统供电 全矿电力荷统如下表 试计算 1 完成负荷统计计算 2 对负荷分组确定变压器型号 最少台数 计算容量 3 确定高压架空线的型号及截面 确定下井电缆的型号及截面 4 确定低压开关 5 绘制供电系统草图 地面10KV变电所至工作面配电点1 8公里 平均负荷率在0 7 0 85之间 取0 8 补偿后的功率因数应在0 90 0 95之间 取0 90 第六章采区供电设计计算 设计一个安全 可靠 经济 实用的井下供电系统 对保证井下安全生产有重大意义 本章将在综合运用前几章所学知识的基础上 以供电设计为线索 重点介绍供电设计计算 一 己知资料1 地质条件 第一节概述P282 2 地质条件 某低瓦斯矿井的一个机械化采区的已知资料如下 采区开拓为中间上山 其倾角为l70 分东 西两翼 每翼走向长600m 采区分三个区段 每段长150m 工作面长130m 煤层厚度1 8m 煤质中硬 一次采全高 采用走向长壁后退式采煤方法 西翼开采 东翼掘进 掘进超前进行 两班出煤 一班修整 掘进三班生产 采区巷道布置如图6 1所示 3 采掘工作面上设备的型号 容量 数量 P284表6 1 采1 采1 运 运 采1 采2 采2 采2 掘 掘 掘 掘 采掘 采掘 二 设计项目和步骤 P282 1 根据采区地质条件 采煤方法 巷道布置以及采区机电设备容量 分布情况 确定采区变电所及采掘工作面配电点位置 2 确定变压器台数 型号及供电的范围 拟订采区供电系统图 3 确定电力系统高低压额定电压等级 4 用需用系数法统计负荷 确定每台变压器的容量 5 选择高压配电装置和高压电缆 6 选择采区低压电缆 7 选择采区供电系统中的隔爆低压馈电开关 隔爆起动器 8 对高低压开关中的保护装置进行整定 9 绘制采区供电系统图和采区变电所设备布置图 10 所择高低压设备必须严格按照 煤矿安全规程 444条P85表2 5选用 并且每台设备要有MA标志 合格证等 电缆MT818标准 走向长壁后退式采煤法 一 工作面配电点位置P24回采工作面配电点通常设在邻近的运输平巷的槽龛内或平巷的一侧 距工作面50 70m 掘进工作面节配电点大多设在掘进巷的一侧 距掘进工作面80 lOOm 二 采区变电所位置确定原则 P22 第二节变电所和采掘工作面配电点位置确定 1 位于负荷中心 并保证向采区内最远距离 最大容量设备供电 2 一个采区尽量采用一个采区变电所位置 3 尽量设在顶底板稳定 无淋水的地点 通风 运输方便 方案一 采区变电所选在 处 负荷中心 直接向工作面配电点供电 采煤机实需电缆长 20 75 600 50 1 1 654m 460m 方案二 掘前期还是设在 处 采掘后期设在 处 方案三 采区变电所选在 处 10KV 移动变电站 1140V 660V 查P25表6 1 采煤机功率 170KW 采煤机电缆最大截面积 70m 查P25表1 6干线允许供电距离 230m 2 460m 所以 方案一不可行 方案二不可行 可行 三 采区供电电压等级的参考选择 第三节负荷统计及变电所容量选择P286一 负荷统计1 估算 矿山各种企业用电的总最大负荷Pmax 小型企业 9 15 21 中型企业 30 45 60 大型企业 90 120 150 180 240 300 2 按需用系数 Kde 法统计负荷ScaP30 需用系数法是通过考虑各用电设备的额定功率PN 功率因数cos 电机效率 m 电网效率 wn 0 95 负荷率KLo 同时工作系数KSI等因素借助数据统计手段 求取计算负荷的方法 在实际工作中如不考虑这些因素则变压器容量选择必然过大 造成浪费 1 多台用电设备的需用系数Kde 按P30表1 8 按P286表6 2 选择 3 电网损耗即电网效率 m 0 9 0 95 5 同时工作系数 同时率 KSI 0 8 0 95 二 采区变电站负荷统计P30 cos wm 补偿前的加权平均功率因数 PN 额定功率之和 KW P 有功功率之和 KW 需用系数Kde cos wm按P263表6 2选择 KSi 各级变电所的故障保证系数 第四节 拟定采区供电系数图 选择采区变压器 一 采区动力变压器选择原则1 技术经济最优2 应优先选用干式隔爆变压器 KBSG 1 煤矿安全规程 第四百四十一条 矿井应有两回路电源线路 当任一回路发生故障停止供电时 另一回路应能担负矿井全部负荷 矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷 二 拟定供电系统图原则 P291 2 正常情况下 矿井电源应采用分列运行方式 一回路运行时另一回路必须带电备用 以保证供电的连续性 10kV及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设 矿井电源线路上严禁装设负荷定量器 3 尽可能由一台变压器向一个生产环节或工作面的机械供电 以便缩小事故所引起的停电范围 原则上一台启动器只控制一台低压用电设备 一台高压配电箱只控制一台变压器 当高压配电箱或低压启动器有三台及以上时 应设置进线开关 采区为双电源供电时 应设置二台进线高压配电箱 二 拟定供电系统图原则 P291 4 在保证供电可靠的前提下 力求所拟图中使用的开关 电缆等设备最省 5 大容量设备的启动器应靠近配电点的进线端 以减小启动器间电缆的截面 6 由于工作面配电点到各用电设备宜采用放射式供电 上山及运输平巷的输送机宜采用干线式供电 供电线路应走最短的路线 但应注意采煤工作面 机采除外 不应敷设电缆 溜放煤 矸石 材料的溜道中严禁敷设电缆 并尽量避免回头供电 7 采区变电所 上山绞车房 装车站及综采工作面应设照明灯 因此 要设照明变压器综合保护装置 8 低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机供电要求达到 二专 专用开关和专用线路 高瓦斯矿井 煤 岩 与瓦斯 二氧化碳 突出矿井掘进工作面的局部通风机供电要求达到双电源供电 且主供电电源应达到 三专 专用变压器 专用开关和专用线路 并要求运行风机和备用风机自动切换 确保局部通风机供电的可靠性 连续性 三 拟定供电系统方案 分三组 1 采煤机 刮板机 转载机2 上山输送机 平巷输送机3 喷雾泵 乳化泵 小水泵 液压安全绞车 调度绞车 煤电钻 局部通风机 装煤机 照明综保 照明综保 分四组 1 采煤机 刮板机 转载机2 上山输送机 平巷输送机3 喷雾泵 乳化泵 小水泵 调度绞车 液压安全绞车4 小水泵 调度绞车 煤电钻 局部通风机 装煤机 照明综保 照明综保 上山绞车 三 拟定供电系统方案P334 方案一 分三组 电力变压器T2 供运输系统 PN 324KW 方案二 分四组 一台移动变电站T1 供采煤机配电点 PN 730KW 电力变压器T3 供工作面其他设备 图6 16 PN 220 5KW P335图6 14采煤机300 转载机110 刮扳输送机160 2 730KW P336图6 16煤电钻1 2 液压安全绞车13 小水泵5 5 2 调度绞车11 4 2 喷雾泵30 2 乳化泵55 2 照明2 5 220 5KW P335图6 15上山输送机160 平巷输送机160 照明4 324KW 电力变压器T4 供掘进工作面工作面 图6 17 PN 221 2KW P337图6 17煤电钻1 2 2 小水泵5 5 2 调度绞车11 4 2 液压安全绞车13 装煤机17 2 局部通风机11 2 照明2 5 上山绞车125 218 7KW 电力变压器T3 供掘进和采煤工作面其他设备工作面 PN 218 221 2 439 2KW 同方案一 例6 1 表6 4采区变压器选择方案比较表 相同部分不比较 方案比较 技术和经济比较 采区变压器选择方案比较表 相同部分不比较 6 6 高压配电装置及电缆选择P294 普通型 地面 矿用一般型 矿用隔爆型 表3 6 3 7 3 8 6 6 1 高压配电装置选择原则 6 6 1 1 型式选择 符合 煤矿安要规程 444条P73 表3 4 和 矿山电子装置设计规范 中规定的有关要求 6 6 1 2 按正常条件选择额定电压和电流 额定电压VN选择 额定电压VN与电网的额定电压相同 额定电流IN选择 ICa 被控设备实际的常时工作的最大电流 A K 温度校正系数按P300表6 9查取 SN T 变压器额定容量 6 6 1 3 高压电气设备的动热稳定校验P62 动稳定校验 iim N iim ca或Iim N Iim caP62 2 48 热稳定校验 对电缆满足短路时热稳定的最小截面Amin为 tph 短路电流作用的假想时间 s 电力系统容量 150MVA时或井下中央变电所 tph取0 25 地面变电所向井下供电时 tph取0 65 Iss 稳态短路电流 Iss Is 3 kA C 导体热稳定系数 见P63表2 13 断流能力校验 INa SNd Imas Smax Imax Smax 最大短路电流 容量 INa SNd 额定开断电流 容量 例6 2 高压开关柜选择及整定P292图6 3P297 1 计算变压器最大长时工作电流T ca A 型号 P91表3 8BGP43 100 6额定电压6KV 额定电流 100A K温度校正系数按P276表6 8查取 K 1 一 DB1型号 额定电压 额定电流选择 250 200 查表 91满足承载能力要求 例6 3 DB DB1 DB2 DB3 DB3承载能力校验P297表6 18 参数满足 P62公式 2 48 imax Imax Smax iim Iim Sim 短路参数 计算S1短路电流表6 16P323 高压开关柜承载能力校验 例6 4 DB1灵敏度校验P330 满足要求 P293图6 4计算S3的两相短路电流 查表6 16P323 DB2用S8两相短路电流计算P294DB3用S14两相短路电流计算 那个小用那个 DB4用S27两相短路电流计算 那个小用那个 DB用S1两相短路电流计算 高压开关柜灵敏度校验 6 6 2 高压电缆选择P298 6 62 1 类型选择 6 6 2 2 电缆长度确定铠装电缆 实际长度LCa 1 05Lwa橡套电缆 实际长度LCa 1 1Lwa Lwa电缆敷设长度 6 6 2 3 电缆截面选择 1 按经济电流密度Ie计算电缆截面Ae 2 Ica Imax w 正常运行时 通过电缆最大长时负荷电流 n 正常运行时 同时并联工作的电缆条数 Ied 经济电流密度P299表6 6 PN 额定功率之和 KW P 有功功率之和 KW Kde 需用系数 cos wm 加权平均功率因数 6 6 2 按长时允许载流量IP 发热条件 选择电缆截面Ae 2 根据计算的经济截面Ae 按P2996 7 P141 149表3 34 54查取IP 若K IP Ica max则满足要求 K 环境温度不同于 25 时 载流量校正系数 按表6 8查取 IP 环境温度不同于 25 时 允许载流量 3 按允许电压损失 u 校验电缆截面 我国规定 电缆线路电压损失百分数的标准为 对l0 35kV及以上的线路为 5 对10kV及以下的线路为4 7 同时还规定 对矿井高压电缆 在计算电压损失时 其长度应从地面变电所至采区变电所 Ica max 实际通过电缆的最大长时工作电流 3 按允许电压损失 U 校验电缆截面 Pi 支接的各负荷的有功功率 KW Li 电缆长 Km R0 i X0i 分别为电缆每公里的有效电阻和电抗 Km P301表6 10 u 负荷矩 1 MW Km tan wm 补偿后的功率因数的正切值 u 可查表 4 按热稳定 短路电流 校验电缆最小截面Amin P140公式 2 80 Amin 导体热稳定最小面积 ISS 稳态短路电流 ISS IS 3 tPh 短路电流作电假设时间 电力系统容量 150MVA时或井下中央变电所 tph取0 25 地面变电所向井下供电时 tph取0 65 c 导体热稳定系数 表2 17 例6 5 Wtl 2高压电缆选择P302 1 型号 3 按允许载流量Ip校验截面 按表P149表3 53选择35 mm 2 2 按经济电流密度计算截面 mm2 满足发热条件 MYPTJP145表3 44 4 按允许电压损失校验Wtl 1 3 50 600 Wtl 2 3 25 620 例6 6 Wtl 1高压电缆选择 1 型号MYJV MVV MYPP141 表3 463 54 2 按经济电流密度计算截面 mm2 满足发热条件 按表P149表3 53选择70 mm 2 3 按允许载流量Ip校验截面 4 按允许电压损失校验查表P301表6 10Wtl 2 3 35 620 R0w2 0 588 X0w2 0 078Wtl 1 3 70 600 R0w1 0 294 X0w1 0 072 满足要求 幻灯25 601 1 291 6 165 4 131 2 1189 3 KW 6 7 采区低压电缆的选择计算 6 7 1 选择原则 选型号 截面 P281 铠装 LCa 1 05LNa 橡套 LCa 1 1LNa 6 7 2 长度确定 6 7 3 低压电缆芯线数的确定 铠装电缆 只有三个芯线 接地芯就是外皮 外皮接地 橡套电缆 4 6 7 8 11等类 其中 三根动力线 一根接地线 余下控制线 6 7 4 低压电缆主芯线截面确定 6 7 4 1 低压电缆选择总原则 支线 干线 电缆的正常工作负荷电流Ica 计算值 电缆长时允许载流量IP P299表6 7 6 8 发热条件 支线 干线 考虑保护装置电缆的最小截面 P217表4 7 支线 橡套电缆应从机械强度考虑最小截面 P306表6 12 干线 对距离最远 容量最大的电机 在重载情况下 应保证其端电压不能低于75 VN 干线 按正常允许电压损失确定主芯线截面P306表6 11 两台及以下设备不考虑需用系数和功率因数即 Kde 1 cos 1 P309图6 9采区低压电网的电压损失分布图 干线 按正常允许电压损失确定主芯线截面P283表6 12 电网电压损失 V VT Vtl Vbl VP 方法一 电网允许的电压损失 VPP306表6 12 a 变压器上电压损失 VT KL0 变压器负荷系数 SN 变压器额定容量 PN T 变压器铜损 短路损耗 VS 变压器阻抗压降 b 支线电压损失 Vbl Vtl VP VT VblP3086 14 C 干线电压损失 Vtl 方法二电力网络中电压损失 U 允许值P8表1 5P1640 表7 4 19 我国规定 电缆线路电压损失百分数的标准为 对l0 35kV及以上的线路为 5 对10kV及以下的线路为4 7 6 7 4 2 支线电缆截面 型号选择 例6 7 选择连接采煤机支线电缆 解 查P284表6 1 PN 300 KW VN 1140V IN 190A 查P300表6 8Ica 152 A IP 170 A 50mm2 但IN 190 A 截面应选70mm2 按长时允许载流量IP 发热条件 计算截面 cos 0 86 tan 0 593 型号规格 查P141 143表3 36 41 可选MC MCP MCPTJ MCPT其中之一 机械强度考虑最小截面 P306表6 12满足要求 支线电缆截面 型号选择支线P307表6 13 3 干线电缆截面选择 按电网允许的电压损失计算截面 按截面允许通过最大工作电流校验截面 两台及以下设备不考虑需用系数和功率因数即 Kde 1 cos 1 例6 8 P312图6 11上山绞车干线Wtl 11截面 型号 干线无分支 解 1 型号 P144表4 42 MY MYPMYPTP149表3 54MVV MYJV其中之一 IN 11 153A 2 02A 155 2A IN 2 02A IN 153A 2 计算干线Wtl 11电缆截面 T4掘进 例6 5 1 选择图6 10上山绞车干线Wtl 11截面 型号 1 确定电网允许的电压损失 VP 63VP306表6 11 2 计算变压器电压损失 P286表6 2 非掘进机 cos T 0 60 sin T 0 8 负荷率KLo 131 2 200 0 66 VR PN T 10SN 1550 10 200 0 775 6 22P310 P123表3 28KBSG 200参数 额定容量SN 200KVA 负载损耗 PN T 1550 W 阻坑电压VS 4 2 计算干线Wtl 11电缆截面 T4掘进 3 计算支线电缆电压损失 Vbl 上山绞车参数 P284表6 1 PN 125 KW VN 660 V INand 153 A 幻灯44Abl 50 mm2 Lbl 10 m P56表2 7电导率 sc 42 5 m mm2 4 计算干线电压损失 VP tl VP tl VP VT Vbl 63 16 03 0 89 46 08V 6 计算出干线Wtl 11电缆截面大小Atl 7 按长时允许载流量为选择 查P300表6 8得 Wtl 11标准截面AS 16mm2 14 mm2IP 85A 8 按截面允许通过最大工作电流进行校验 Wtl 11标准截面改选50mm2即可满足要求 Wtl 11 IN 155 02A 例6 9 选择图6 9上山绞车干线Wtl 9截面 型号 干线有分支 IN 20A IN 12 9A IN 12 5A IN 6 5A IN 2 18A IN 9 2 20 12 9 6 5 2 18 41 6A IN 9 1 20 12 9 6 5 2 18 12 5 63 1A 解 1 型号 P144表4 42 MY MYPMYPTP149表3 54MVV MYJV其中之一 2 确定变压器至电机间电缆网路的允许电压损失 VP 63VP306表6 11 3 计算变压器电压损失 VT 16 03V 前面计算过 幻灯47 4支线电缆电压损失 Vbl 若有几条支线 求供电距离最远的 容量较大的支线 V P284查表6 1 上山绞车PN 17 KW P307查表6 13Abl 16 mm2 Lbl 130 m 支线计算中先计算出来 5 干线电压损失电网电压损失 VP tl VP tl VP VT Vbl 63 14 3 4 92 43 78V P56表2 7电导率 sc 42 5 m mm2 6 计算出干线电缆截面大小Atl 7 按长时允许载流量为选择 查P300表6 8得 Wtl 9标准截面AS 16mm2 10mm2IP 85A 8 按截面允许通过最大工作电流进行校验 Wtl 9标准截面选择16mm2即可满足要求 Wtl 9 IN 63 1A 6 8 低压电器设备选择原则 P314隔爆自动馈电开关 隔爆磁力起动器 煤电钻 照明 综合保护6 8 1 按使用环境选择严格按照 煤矿安全规程 第四百四十四条选用的井下电气设备 P85表2 5 应一律应为隔爆型 本质安全型或隔爆兼本质安全型的 6 8 2 低压电器设备选择1 矿用真空隔爆型馈电开关作用 总开关或分路开关 型号 BKD KBZ等系列P111表3 15选择条件 额定电压和额定电流2 隔爆型磁力起动器作用 直接控制电动机型号 QBZ QJZ QJR等系P233 表5 3 5 4 5 5 5 6选择条件 额定电压和被控电机额定功率3 ZBZ系矿用隔爆型煤电钻综合保护P121表3 264 ZXZ8系列矿用隔爆型照明信号综合保护装置 P316表6 15 KBZ9 400 1140 660 矿用隔爆型真空馈电开 BKD 400Z矿用隔爆型真空馈电开关价格 40000人民币 台简要说明 用途 馈电开关由ZKD 400 1 14型真空断路器改装在DW80 350矿用隔爆型馈电开关外壳中 取代原DW80 350馈电开关 用于煤矿井下交流至400A的三相电力线路中 作为配电系统的总开关或分支开关使用 详细介绍 保护功能 馈电开关具有欠压 失压 过载 短路及漏电闭锁等保护 额定电压AC1140VAC660V额定电流400A额定频率50Hz额定短路接通与分断能力1140V7 5KA 660V9KA机械寿命1 0万次电寿命3000次保护特性短路 过载 过压 欠压 漏电保护 漏电闭锁等操作方式手动合闸手动分闸注 DW80 350开关改造仅限用660V KBZ系列矿用隔爆型真空馈电开关 馈电开关用于煤矿井下交流50Hz 电压为1140V或660V 额定电流至400A的三相电力线路中 作为配电总开关或分支开关用 当与漏电继电器配合使用时 可以对被控测线路进行漏电保护 KBZ自备漏电检测与漏电闭