矿井采区变电所设计.docVIP

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。 目录前言-7第一章 采区变电所变压器的选择-8一 采区负荷计算-8二 变压器容量计算-9三 变压器的型号、容量、台数的确定-9第二章 采区变电所及工作面配电点位置的确定-10一 采区变电所位置-10二 工作面配电点的位置-10第三章 采区供电系统的确定-11一 供电系统的拟定原则-11二 按照采区供电系统的拟定原则确定供电系统图-11第四章 采区低压电缆的选择-14一 电缆长度的确定-14二 电缆型号的确定-14三 电缆选择原则-14四 电缆截面的选择-14五 采区电缆热稳定校验-19第五章 采区高压电缆的选择-22一 选择原则-22二 选择步骤-22第六章 采区低压控制电器的选择-24一 低压控制电器的选择-24二 开关选择结果-24第七章 低压保护装置选择与整定- 26一 保护装置整定细则-26二 保护装置的整定与校验-26第八章 高压配电箱的选择与整定-31一 高压配电箱的选择原则 -31二 高压配电箱的选择-31三 高压配电箱的整定与灵敏度校验-32第九章 静下漏电保护装置的选择与整定-33一 井下漏电保护装置的作用-33二 漏电保护装置的选择-33三 井下漏电保护装置的要求-33四 井下漏电保护装置的整定-33第十章 井下保护接地系统-35设计总结-37设计参考资料-37 前言按照实习的需要，我到阳煤集团五矿进行毕业实习，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。本设计是以阳煤集团五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。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cos效率j设备名称设备型号上山绞车JT1600/12241106601212420.860.93电动翻车器J02-5.5-65.56606.639.6照明1.2127煤电钻MZ2-121.21279540.790.795回柱绞车JB3160M-81166014.5870.840.885喷浆机YB112M-45.56607.1460.80.85局部扇风机BKY60-5.55.56606.3440.80.85耙斗装岩机P-15B1166012.173.60.820.84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4-42电动翻车器FDZ-1 1T台2-23回柱绞车JH-8台2-24耙斗装岩机P-15BII台-225喷浆机FHP-20A台-226局部扇风机JBT51-2台4487电瓶车CDXA1-2.5台224表1-2 采区机械设备配备表二、变压器容量计算：1.+50水平绞车变电所变压器容量：ST1 =Pe1KxKc /cospj=111.20.41/0.6=74.13KVA式中：cospj 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，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；Pe1110+1.2=111.2kw2.-130水平采区变电所变压器容量:ST2 =Pe2KxKc/cospj=143.80.50.9/0.6=107.848KVA式中： cospj 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cospj =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+5.52+11+4+8+5.52+11+1.22+8)2=143.8kw三、变压器的型号、容量、台数的确定：根据SteSt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13（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（）重量（KG）参考价格（元）UdUrUx空载短路RXKSJ2-75/6754.52.503.7449018750.1590.2368152800KSJ2-135/61354.52.273.8883030700.08010注：动力变压器T1选KSJ2-75/6,T2选KSJ2-135/6,上表数据查设指表22，表23；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；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。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。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图1所示。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+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=L1.05=294m，取300 m.同理 其他电缆长度亦可计算出来如图2、图3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，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。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-1000 316+16 100m,用负荷矩电压损失计算支线电缆电压损失：UZ% = KfPeLZK%=11110010-30.327=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=0.036660/100=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% =(Ur%cospj+Ux%sinpj)= 0.80(2.270.6+3.880.8)=3.57式中： UB%变压器电压损失百分比；变压器的负荷系数, =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=107.848 KVA；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；cospj加权平均功率因数, 查设指表1-2,取cospj =0.6, sinpj=0.8；UB =UB%Ue/100=3.57660/100=23.56V3) .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 = KxPeLgy/(UerUgypj)=0.7340.6/(66042.537.040.8)=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=5.52+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/(mm2)取r=42.5mm2；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；pj加权平均效率,V,取pj=0.8；根据计算选择干线电缆为U-1000 325 +110 600m(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% = KfPeLZK%=11115010-30.327=0.54UZ =UZ%Ue/100=0.054660/100=3.564V2) .干线电缆允许电压损失为：Ugy =UY-UZ-UB=63-3.564-23.56=35.876V3) .干线电缆截面确定：Agy = KxPeLgy/(UerUgypj)=0.732.40.7/(66042.535.8760.8)=19.7mm2式中：Pe干线电缆所带负荷额定功率之和,KW, Pe=5.52+11+1.22+8=32.4KW；根据计算选择干线电缆为U-1000 325+110 700m(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KSJ 2-75/6 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%cospj+Ux%sinpj) =(74.13/75)(2.50.6+3.740.8) =4.44 UT =UT%U2e/100 =4.44400/100 =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 = KxPeLgy/(UerUgypj)=0.71100.08/(38042.521.240.8)=10.5mm2根据计算选用ZQP20-1000 325 80m 型电缆.五. 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 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=Error! No bookmark name given. 2.5。2) . 起动时工作机械支路电缆中的电压损失： UZQ=（IQLZcosQ103）/（rAZ） =（60.30.55103）/(42.525) =54V式中: r 支线电缆芯线导体的电导率,m/(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 电动机最小起动电流,V;查表1-1,取UQmin=87V；Ue 电动机额定电压,V；AZ支线电缆的芯线截面, mm2； cosQ电动机起动时的功率因数，估取cos=0.55,sin=0.84 3)、 起动时电缆中的电压损失： UgQ=（IgQLZcosgQ103）/（rAZ） =(101.17000.57)/(42.525) =65V式中: r 干线电缆芯线导体的电导率,m/(mm2)； LZ 干线电缆实际长度,Km；AZ支线电缆的芯线截面, mm2；IgQ干线电缆中实际实际起动电流,A；IgQ= = =101.1A中: Ii其余电动机正常工作电流，A；Ii =Pe/（Uepjcospj） =（22103）/(6600.790.6) =40.6AcosgQ干线电缆在起动条件下的功率因数,cosgQ =(IQcosQ+Iicospj)/IgQ =(60.30.55+40.60.6)/101.1 =0.574) . 起动时变压器的电压损失： UBQ% = (IBQ/IBe)( Ur% cosBQ+Ux%sinBQ ) =(101.1/113)(2.270.57+3.880.82) =4.004UBQ =UBQ%UBe/100=6904.004/100=27.63V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；cosBQ =(IQcosQ+Iicospj)/IgQ =(60.30.55+40.60.6)/101.1 =0.575) . 起动状态下供电系统中总的电压损失：UQ =UZQ + UgQ + UBQ =54+65+27.63 =146.63V6) .检验条件：U2e-UQ =690-146.63=543.37V457.26V又因为543.5V相对于额定电压的百分数为543.5/660100%=82.3%，超过磁力起动器吸合线圈要求的电压。所以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=7.2/11.73 =4.2mm2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=SB1/(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，取J=1.73Amm2；A2 =In/nJ=13.84/11.73 =7.92 mm2式中： In电缆中正常负荷时持续电流，In=SB2/(Ue) =143.8/( 6) =13.84A；由设指表2-9查取电缆型号为：L1：ZLQP20-6000 350；L2：ZLQP20-6000 370。2、校验方法： （1）、按持续允许电流校验电缆截面： KIP=(55.875167.5)10AIa=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=125；K环境温度不同时载流量的校正系数,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=(55.875167.5)Ia,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) =4582.4A Amin = (Id（3）)/C =(4582.4)/90 =25.46mm2A1=50 mm2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=90； 符合要求。 (3)、按电压损失校验电缆截面：U% =KPL/1000 =2.498111.20.3/1000 =0.08%7%式中： U%电缆电缆中电压损失的百分数；K兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失百分数, 由设指表2-15查取6KV铝芯电缆兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失K=2.498；PL电缆输送的有功功率；7%允许电压损失百分数；故满足要求。因此所选ZLQP20-6000 350 的高压电缆符合要求。第六章 采区低压控制电器的选择一、电器选择按照下列一般原则进行：1）按环境要求，采区一律选用隔爆型或隔爆兼本质安全型电器。2）按电器额定参数选择（1） 低压控制电器的额定电流要大于或等于用电设备的持续工作电流，其额定电压也应与电网的额定电压相符合。（2） 控制电器的分断能力，电流应不小于通过它的最大三相短路电流。4） 工作机械对控制的要求选择（1） 工作线路总开关和分路开关一般选用自动馈电开关，如DW80型或新系列的DZKD型自动馈电开关。（2） 不需要远方控制或经常起动的设备，如照明变压器，一般选用手动起动器，如QS型等。（3） 需要远方控制，程控或频繁起动的机械，如采煤机、装岩机、输送机等一般选用QS83系列，DQBH型磁力起动器或新系列隔爆型磁力起动器等。（4） 需要经常正、反转控制的机械，如回柱绞车、调度绞车等，一般选用QC8380N型或新系列可逆磁力起动器等。5） 开关电器的保护装置，要适应电网和工作机械的保护要求：（1） 变压器二次的总开关要有过电流和漏电保护。（2） 变电所内各分路的配出开关及各配电点的进线开关要有过电流保护。（3） 大型采掘机械，如采煤机组、掘进机组等需要短路保护、过负荷保护，有条件的增设漏电闭锁保护。（4） 一般小型机械，如电钻、局扇、回柱绞车及小功率输送机等需要有短路保护和断相保护。6） 开关电器接线口的数目要满足回路和控制回路接线的要求，其内径应与电缆外径相适应。二.据已选定的电缆截面、长度来选择开关、起动器容量及整定计算：1、计算开关的工作电流Ig（以110KW的上山绞车的控制开关为例） Ig （KfPe103）/（Uecosee）（0.8110103）/（6600.860.93）167.17A其余开关的工作电流如表61所示。2、开关的选择结果：根据Ig、Ue查P88表263设指选110KW上山绞车的控制开关选DW80200A馈电开关一台。11KW的装岩机控制开关的选择：Ig（KfPe103）/（Uecosee） （0.811103）/（6600.820.84）=11.18A根据Ig、Ue查设指P88表265选QC8330型磁力起动器一台。1.2KW电钻控制开关的选择：S =Pe/cose=1.2/0.79=1.52KVA根据S1.5 ， 符合要求。其余各各开关短路点、短路电流及灵敏度校验详如图4和表7-1所示。表7-1 供电系统中各点短路电流值及灵敏度校验短路点两相短路电流（A）开关保护整定值（A）灵敏系数d137 50d 2466.2继电器200A2.331.5d 2194.97熔断器 100A1.951.5d 3308熔断器 20A1.541.5d 4345熔断器 45A7.77d 5208.02熔断器 15A13.87d 6534.9继电器200A2.671.5d 6148.4熔断器 50A2.971.5d 7306.7熔断器 40A7.77d 8328.6熔断器 20A16.437d 92299继电器200A11.491.5d 10112.8熔断器 15A7.527第八章 高压配电箱的选择和整定一、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。二、高压配电箱的选择： 1、T1负荷长期工作电流： In=Sn/(Ue) =74.13/(6) =7.13A UseUx=6kv IseIg=7.13A SseSd(3)=50MVA 式中： Sn受控制负荷的计算容量，KVAUe电网额定电压，KVUse高压开关额定电压，KV Ise高压开关额定电流，KASse 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