综放工作面供电方案.doc

中国矿业大学银川学院 2013届本科毕业设计（论文） 题 目 四股泉煤矿综采工作面供电系统所 在 系 机电动力与信息工程系 专业班级 工业工程（2）班 姓 名 安丽娜 指导教师 孟庆春 教务处制四股泉大型综采采区工作面供电设计The power supply design for Siguquan large fully mechanized working face.摘 要本设计是针对四股泉煤矿大型综采采区工作面进行供电设计，通过选用的配套机械设备，对采煤方法，巷道布置以及采区变压器设备容量的计算等的采区供电系统设备的布置方案和设计，以保证综采设备能够正常地投入运行。 由于煤矿综采采区的生产规模渐渐地扩大，供电系统设计也要随着改变，为了满足煤矿采区工作面生产的供电设备的需求，必须对所需的设备和线路进行微小的改进设计，对采区的安全性、可靠性的提高。因此，本设计阐述了采区供电系统中各用电设备的选型，其负荷计算过程以及校验和整定，如变压器、电缆、开关的选择等，煤矿用电气设备及电缆的选择原则，供配电系统各种装备的保护装置等。关键词：变压器、电缆、开关、系统装备的保护、电气设备Abstract This paper is designed for power supply for large-scale mechanized mining working face of Si Gu Quan coal mine, by the selection of supporting machinery and equipment, mining method, roadway layout design, mining area transformer capacity computing and the plan and design of power supply system of the mining area and equipment, in order to ensure the mechanized mining equipment in normal operation.Because of the scale of production fully mechanized mining gradually expanding, the design of the power supply system should be changed with it.In order to meet the needs of the power supply equipment of coal mining working face,the required equipment and line must be a slight improvement design,to increased the security and reliability of the mining area.So this paper expound the selection,checkout and load calculation process of all the electrical equipment in minning area.Such as selection of transformers, cables and switch.The selection principle of electrical equipment and line for coal mine and the protection device for power supply system equipment.Keywords: transformers, cables, switches, system protection, electrical equipment目录绪论 .11 综采采区工作面的概述 .21.1 综采工作面的位置及基本参数 .21.2 工作面负荷统计 .21.3 工作面供电的基本要求 .22 采区变电所的变压器选择 . 绪论随着我们的生活对电力能源的随着我们的生活对电力能源的重视与不断应用，电力设施与设备已与现代人类的工作与生活密不可分，电力也成了矿山开采的重要项目，此设计为了保证四股泉煤矿综采采区供电正常进行运行，对一些工作面位置和采区内设备的配置，并且对供电系统运行应做到安全性、可靠性和经济性、合理的供电，确保安全和正常生产的需求，要符合煤矿安全规程和煤矿井下供电设计技术规定和煤炭工业设计规范的有关规定，确保其供电的安全性、可靠性，并且尽量减少关于供电系统和设备出现的问题。在保证安全和可靠供电的前提下，还要保证供电的质量，用电设备在额定值下运行性能最好。 因此，要求供电质量方面有稳定的电压、频率、波形、平衡度等供电指标。其中电压和频率是用来衡量电能质量的重要指标。根据采区的实际情况，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，在现场了解了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。本设计对综采工作面设备选型情况，如：移动变电站与各配电点位置选定，并且还确定变压器容量、型号；确定电缆型号、长度和截面等方面的选择及计算。1综采采区工作面的概述11综采工作面的位置及基本参数在S2429工作面井下位于四股泉煤矿S区W部+350水平上山部份，S区8#轴部巷以南，S2428工作面以西，S2429运输巷以东（S2429工作面以西为打通建筑物下保护煤柱），S2429切割巷以北，位于S2528、S2529保护层工作面采区以下，属于以保护的8#煤层采煤工作面。工作面地表位于打铁沟、福龙岗、牛滚凼坪、双龙湾、大顶一带。表1-1工作面基本参数名 称参数值名 称参数值工作面走向长250m本层煤仓容量135t工作面倾斜长923m煤层埋藏水平+350m煤层倾角1.5储 量937025t煤层标高+309 +383服务年限12个月1.2工作面负荷统计该工作面为高效工作面，根据工作面基本参数，结合综采配套设备重新定型,其采区工作面电源电压为10kv，根据用电设备的电压等级、容量及布置，采用660V、1140V和3300V三种电压等级供电。照明灯电压270V，工作面用电设备及负荷统计见表1-2：表1-2 综采工作面设备及负荷统计序号采取内设备配置设备台 数单台设备电机数量（台）电机技术参数设备名称 电机型号Pe(Kw)Ue(V)1采煤机MG150/375YBCS4-150121501140 YBQYS-75B1752工作面运输机SGZ630/500YBSD-250/1251225011403桥转机SZD630/90DSB-90119011404乳化泵WRB-200/31.5YBK2-315M-4211256605皮带机SD-80DSB-40/422406606皮带张紧绞车JZH-4JBO22146607回柱绞车JH-14BJO271-631176608调度绞车JD-25YBJ-25-421256609调度绞车JD-11.4JBJ-11.41111.46601.3工作面供电的基本要求（1）供电安全 在电能的供应、分配和使用过程中，不应发生人身伤亡和设备损坏事故。对于煤矿生产来说，由于主要是地下作业，工作环境特殊，供电线路和电气设备易受损坏，可能造成人身触电、电气火灾和电火花引起的爆炸等事故，所以必须严格按照煤矿安全规则的有规规定进行供电，一是要做到设备完好、保护齐全；二是严格执行操作规程，确保安全生产。煤矿安全供电的三大任务是防爆、防火、防触电。（2）供电可靠 供电可靠就是要求供电不间断。对煤矿企业的重要负荷，如井下主排水、地面主通风设备等，一旦中断供电，可能发生矿井淹没或瓦斯爆炸事故，采掘、运输、提升、压气、机修及照明等中断供电，也会造成不同程度的经济损失和人身事故。（3）供电质量 是指供电频率和额定电压的电压偏差不得超过允许的范围。我国规定供电设备使用的交流额定频率为50Hz，额定频率允许偏差为（0.20.5）Hz。电压不超过7。如下：电动机5%,白炽灯+3%2.5%。（4）供电经济 在以上三项基本要求的基础上，尽量使供电系统简单，易操作，降低基本投资；尽可能降低设备、材料及有色金属的消耗量；尽量降低供电系统的电能损耗及维护费用。2.采区变电所的变压器的选择2.1 供电电压确定煤矿安全规程规定，井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级应符合下列要求：(1) 高压不超过10Kv,低压不超过1140V；(2) 照明、信号、电话和手持电气设备的供电额定电压不超过127V；(3) 远距离控制线路的额定电压不超过36V；(4) 采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。2.2选择变压器负荷统计综采工作面用电设备负荷计采用需用系数法，该计算方法是借助一些统计数据，由各用电设备的额定功率求取一组用电设备的计算负荷。一组用电设备的计算负荷容量为： 8 (2-1) （2-1） 式中: - 变压器计算容量(视在功率), Kr-需用系数； -移动变电站供电系统中所有用电设备额定功率之和，KW； -加权平均功率因数，综采工作面功率因数取0.7； -移动变电站供电系统中最大的一台电动机额定功率，KW。矿井及采区其它用电负荷的需用系数和加权平均功率因数见表2-1：表2-1 矿井用电负荷计算需用系数和加权平均功率因数8用 电 设 备需用系数加权平均功率因数采煤工作面 综合机械化工作面自移支架 一般机械化工作面单机支架 一般机械化工作面倾斜机采面 缓倾斜煤层炮采工作面 急倾斜煤层炮采工作面 0.4 + 0.6 P/P0.286 + 0.714 P/P0.60.750.40.50.50.60.70.60.70.60.70.60.7掘井工作面采用掘井机不采用掘井机的0.50.30.40.60.70.6井下运输 蓄电池电机车 其他运输设备如输送机、绞车等 架线电机车0.80.50.50.650.90.70.9井底车场 有主排水设备 无主排水设备0.60.70.750.80.70.82.3变压器容量的选择及计算容量2.3.1 A01移动变电站选择在S2429工作面运输巷口处设置一台变压器，A01移动变电站向乳化泵、皮带机、和安全绞车供电，变压器编号为:A01,使用需用系数法计算变压器容量：根据公式计算： =802+40+125+172+252=409kW Pmax最大电机的额定功率(kW)，乳化泵电机最大125kW =802+42+1252+173+254+11.4=580.4kW-联接到变压器的用电设备的总额定容量(kW)其中查表2-1中的加权平均功率因素为0.7根据计算，查矿用隔爆型移动变电站数据表8，选择一台KBSGZY01-500/6的移变，根据公式：SB.eST式中: SB.e变压器的额定容量(kVA)故能满足要求.即选择变压器为：KBSGZY01-500/62.2 2 A02移动变电站的选择A02移动变电站拟向采煤机、工作面运输机和桥转机等供电，变压器编号为:A02,使用需用系数法计算变压器容量：根据公式，计算变压器容量：Pmax最大电机的额定功率(kW)，采煤机电机最大375kW联接到变压器的用电设备的总额定容量(kW)=375+250其中 电动机的加权平均功率因素取0.7根据计算，查矿用隔爆型移动变电站数据表8，选择一台KBSGZY02-1000/1.2的移动变电站，根据公式：SB.eST式中: SB.e变压器的额定容量(kVA)故能满足要求.即选择变压器为：KBSGZY02-1000/1.23 供电系统的拟定3.1供电系统的拟定原则 在保证供电安全可靠的前提下，力求减少电缆的根数和长度，尽量避免回头供电； 采煤机功率相对较大，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线路供电；上山及顺槽的带式输送机可以采用干线式供电，对于多台大容量带式输送机，也可以用辐射式线路供电；一台启动器原则上控制一台电动机。对采煤机等重要生产机械设备用启动器，即一用一备；对控制刮板输送机的启动器，采用两用一备；采区综采工作面设置为集中配电点，一般距离工作面50100m，随工作面的推进而移动；对输送机及其他附属机械，因位置的分散可分别设置配电点；配电点在三台及三台以下启动器时，可以不设进线总馈电开关；移动变电站低压侧已有低压馈电开关，而且保护齐全，可以不在移动变电站之外在设置低压馈电开关。3.2综采工作面供电系统的确定依照采区供电系统拟定原则及用电设备分组情况，对于本设计所示综采工作面机电设备的布置方式选用大断面巷道布置方案，参照矿井供电技术课本第一章图1-8所示，确定供电系统的方案参照图1-7所示。序号采取内设备配置设备台 数单台设备电机数量（台）电机技术参数设备名称 电机型号Pe(Kw)Ue(V)1采煤机MG150/375DMB-300B121501140 YBQYS-75B1752工作面运输机SGZ630/500YBSD-250/1251225011403桥转机SZD630/90DSB-90119011404乳化泵WRB-200/31.5YBK2-315M-4211256605皮带机SD-80DSB-40/422406606皮带张紧绞车JZH-4JBO22146607回柱绞车JH-14BJO271-631176608调度绞车JD-25YBJ-25-421256609调度绞车JD-11.4JBJ-11.41111.4660工作面所有供电设备的总额定功率：1545.4 Kw4 高低压电缆的选择4.1 电缆型号的确定及走向4.1高压电缆选择向采区综采工作面移动变电站供电的6kV或10kV的高压电缆，应选用矿用监视型高压橡套屏蔽电缆。中央变电所至采区变电所的电缆采用铝芯电缆，其他地点必须采用铜型电缆，井下严禁使用铝包电缆，电缆应带有供保护接地用的足够的截面的导体。其主芯线截面的确定，通常按经济电流密度初选，按长时允许负荷电流校验，按允许电压损失校验，按电缆线路电源端最大三相短路电流校验热稳定。1 按经济电流密度选电缆截面 电力线路的经济截面是指按降低电能损耗、线路投资、节约有色金属等因素，综合确定出的运行费用最低截面。按经济电流密度选择电缆主截面为 （4-1）式中 经济截面， ；正常运行时，通过电缆的最大长时负荷电流，当两条电缆并联运行时应考虑一条线路故障时的最大负荷电流，A；经济电流密度，A/，经济电流密度取2.252；2 按长时允许负荷电流校验 由于运行中电缆的电流超过长期允许电流时，电缆芯线的电阻产生的热量就会超过允许值，加速绝缘老化，从而造成漏电或短路事故。通常电缆允许电流是以环境温度25、最高允许工作温度65时的值确定的，当环境温度不等于25时，应乘以修正系数，不同环境温度下的电缆载流量修正系数见表4-1：表4-1 不同环境温度下的电缆载流量修正系数4电缆芯线实际工作温度/51015202530354045修正系数1.221.171.121.061.00.940.870.790.71供电线路工作最大长时负荷电流的计算如下。向三台及以上移动变电站供电时，最大长时负荷电流为 向一台移动变电站供电时，取变电站一次侧额定电流 (4-2式中 移动变电站额定容量，kVA； 移动变电站高压侧额定电压，V； 移动变电站高压侧额定电流，A； 向两台移动变电站供电时，最大长时负荷电流为两台移动变电站高压侧额定电流之和，即 4-3 4-4式中 折算至移动变电站高压侧最大长时负荷电流，A； 由移动变电站供电的各用电设备额定功率总和，kW； 用电设备额定电压，V； 变压器的变化； 用电负荷加权平均功率因数。3 按短路电流热稳定校验电缆截面 为确保最大短路电流通过时电缆绝缘受热不被老化，高压电缆所选主芯线截面应大于等于最小热稳定截面的要求。最小热稳定截面计算如下。 4-5 4-6式中 电缆的最小热稳截面，； 通过电缆的最大短路电流, A； 短路电流的持续时间，取井下高压配电装置断路器跳闸时间，约为0.25秒。 C电缆芯线热稳定系数，见表4-2。表4-2 10kV及以下电缆的热稳定系数5芯线绝缘材料短路允许温度/铝线铜线120150200120150200230橡胶聚乙烯交联聚乙烯7563538770100871009580120100145141 注：电缆线路中间有压接接头时，最高允许温度为150，锅焊接头时为1204 按允许电压损失校验电缆截面 电压损失是指线路首末两端电压的数值差，用表示。对于10kV及以下高压电缆线路电压损失率，我国规定的标准为7%，在计算电压损失时，其长度应从地面变电所至移动变电站进线处。电压损失计算公式为 100% 4-7式中 电缆线路电压损失率，%通过电流的最大长时工作电流，A； 分别为电缆所带负荷的功率因数和对应的正切值； P负荷有功功率，W； 电缆线路的额定电压，V； 电缆长度，km； ,分别为电缆线路单位长度的电阻和阻抗， ，可由表4-3和表4-4求取。 表4-3 矿用1kV橡套电缆单位长度电阻和阻抗5 单位：相阻抗电缆型号截面 /2.546101625355070电阻MZ、MZPMY、MYPMC、MCP8.835.394.663.131.831.851.161.250.7320.7940.5220.5790.3800.4160.267电抗0.1010.0950.0920.0900.0880.0840.081 注：表中的数值为20时的值，换算到65的电阻值为 1.18 表4-4 矿用千伏级及以上屏蔽橡套电缆电阻和阻抗5 单位： 截面/型 号MYP、MCPMCPT、MCPTJMYPJ、MYPTJ、610kVXXX101625355070951.831.160.7320.5220.3800.2670.1952.1591.3690.8640.6160.4480.3150.2300.0920.0900.0880.0840.0810.0780.0760.5790.4160.2930.2090.6830.4190.3460.2470.0840.0810.0780.076(1.24)(0.795)0.522(0.566)0.370(0.393)0.6160.4370.0840.084.2高压电缆计算 按照上边所述的计算方法，对于部分线路电缆进行选择计算如下所示： 4.2.1 (1) 按经济电流密度选择主截面向A01移动变电站供电的总负荷电流为 由表中选MYPJ-3.6/6-325+32.5金属屏蔽型矿用橡胶套电缆，其长度时允许载流量I=121A(参见表)，大于I=46.4A,满足发热条件。 取电力电缆经济电流密度=2.25A/ 5，则=20.622 选型号为MYPJ-3.6/6-325+32.5高压电缆，长度 (2) 按长时最大允许负荷电流校验 查表得MYPJ-6-335型2电缆的长时最大允许负荷电流 满足要求。 (3) 按热稳定条件校验电缆截面 电缆首段三相最大短路电流短路电流作用假想时间：=0.25秒热稳定系数：C=93.4 满足热稳定要求。 (4) 按允许电压损失校验电缆截面 查表得MYPJ-335型2电缆/km，/km。取负荷的功率因数，。计算高压电缆损失百分数u%为：100%=0.63% 向KBSGZY02-1000/1.2KV移动变电站供电系统电缆满足要求。6.矿用电缆的敷设及故障处理6.1电缆的敷设1.电缆在敷设过程中的注意事项（1）电缆在地面装车时应采用滚轮将电缆盘架起来，弯曲出应有足够的曲率半径，电缆在矿车内应成“”型盘放。（2）在水平巷道或倾角30以下的井巷中，电缆应用吊够悬挂。（3）在立井井筒或倾角30及以上的井巷中，电缆应用夹子、卡或其他夹持装置进行敷设。夹持装置应能承受电缆重量，并不得损坏电缆。（4）水平巷道或倾斜巷道中悬挂的电缆应有适合的弛度，并在承受意外重力时能自由坠落；其悬挂高度应使电缆在有矿车掉道时不致受撞击，在电缆坠落时不致落在轨道或输送机上。（5）电缆悬挂点的间距在水平巷或倾斜井巷内不应超越3m；在立井井筒内不应超过6m；在硐室内不得超过2m；在电缆沟内不的超过1m。（6）沿钻孔敷设的电缆必须绑紧在钢丝绳上，钻孔必须加装套管。（7）电缆不应悬挂在压风管或水管上，不得遭受淋水或滴水。在电缆上严禁悬挂任何物件。如果电缆同压管、供水管在巷道同一侧敷设时，必须敷设在管子上方，并保持0.3m以上的距离。电缆通风筒等易燃物品应挂在巷道两侧，否则，互相之间应保持0.3m以上的距离。电缆不应带电盘圈，但采煤机等电缆车的电缆不受此限。（8）井筒和巷道内的通信和信号电缆应同电力电缆分挂在井巷两侧。如果受条件所限，在井筒内，通信和信号电缆应敷设在距电力电缆0.3m以外的地方；在巷道内，通信和信号电缆应敷设在电力电缆的上面，并保持0.1m以上的距离。（9）高、低压电力电缆敷设在巷道同一侧时，高、低压电缆相互的间距应大于0.1m；高压电缆和低压电缆之间的距离不得小于50mm，以便摘挂。（10）井下巷道内的电缆，沿线每隔一定的距离、拐弯或分支点处，应在吊钩或夹持装置上悬挂注有供电方向（）、用途、型号、截面、长度、电压等的标志牌，以便识别。（11）硐室内和木支架的井巷中敷设的电缆，必须将黄麻外皮剥除，并应定期在铠装层上加涂防锈和防潮的油漆。电缆穿过墙壁部分，应用套管保护，并严密封堵管口。 (12) 照明、通信、信号和控制用电缆，应采用铠装或非铠装通信电缆、橡套电缆或MVV型塑料电缆。2、电缆的固定和悬挂 （1）电缆在倾角为45以上的井筒或巷道中，必须采用牢固的卡子固定，并卡子具有一定的弹性，以不致损坏电缆。（2）电缆在倾角为45以下的巷道中敷设时，应根据巷道的支护情况选择适当的悬挂方法。 在砌碹的巷道中，电缆可采用金属电缆钩子悬挂； 在木支架或金属支架的井巷中，为了防止电缆被落石砸坏，应采用木耳子或帆布带吊挂电缆，木耳子和帆布带不可钉的太牢，当有落石时应使木耳子或帆布带与电缆一起落下，不致砸坏电缆。6.2用电缆连接器连接电缆及修补 电缆的连接处往往是电缆绝缘最薄弱的环节，大部分电缆线路故障都发生在这些地方，电缆连接质量对保证供电的可靠性与安全性的重要。因此，使用的MYPJ-335型矿用隔爆高压电缆连接器。电缆的修补方法有硫化热补法、冷不法和不延燃自粘胶带的应急冷包法等方法修补使煤矿供电正常运行。1.电缆的修补 在运行中的橡套电缆因为砸、压、挤等原因会造成绝缘和护套部损坏，若其他部位的绝缘性能合格，可对其损坏部分进行修补。修补后的电缆必须用摇表测量其绝缘电阻，合格后方可使用。橡套电缆的修补方法有硫化热补法、冷不法和不延燃自粘胶带的应急冷包法等方法修补使煤矿供电正常运行。2.电缆常见的故障 （1）电缆故障种类 电力电缆故障时由于电缆的绝缘损坏而引起的，故障的类型大体上分为两大类：低阻的短路、开路（短路）故障；高阻的泄漏故障和闪络性故障。 低阻故障 凡是电缆故障点绝缘电阻下降至该电缆的特性阻抗，甚至直流电阻为零的故障均称为低阻故障或短路故障。电缆绝缘电阻无穷大或虽与正常电缆的绝缘电阻值相同，但电压却不能馈至用户端 的故障均称为开路（断路故障。 高阻故障电缆故障点的直流电阻大于该电缆的特性阻抗的故障称为高阻故障。泄漏故障 在作电缆髙压绝缘试验时，泄漏电流随试验电压的增加而增加。在试验电压 升高到额定值时（有时还远远达不到额定值)泄漏电流超过允许值，称为高阻泄漏故障。 即电缆绝缘介质损坏并形成固定的电阻通道，但阻值比较高。闪络性故障 试验电压升至某值时，监视泄漏电流的电表指示值突然升高，且表针呈闪 络性摆动，电压稍下降时，此现象消失，但电缆绝缘仍有极高的阻值，这表明电缆存在有故 障，而这种故障点的绝缘介质虽然损坏但是没有形成固定的电阻通道，只有放电间隙或闪络 表面的故障。-3.电缆着火电缆容易着火的主要原因是因为电缆本身具有可燃部分，防止矿用橡套电缆着火的措施有：（1）必须采用合格的矿用不延燃橡套电缆。（2）必须有继电保护，其整定参数必须符合要求。（3）采用带有漏电闭锁和短路闭锁的开关，防止强仃送电。（4）保证电缆热补质量。（5）电缆的悬挂要符合煤矿安全规程要求。（6）避免外力打击电缆。（7）开关在电缆短路跳闸后，不查明原因不得反复强行送电。防止措施：加强电缆维护；加强过电流保护的管理；采用阻燃性电缆。4.电缆故障的寻找方法电缆常见的故障一般有断芯线和一相对地短路。一相对地的故障可由检漏继电器检测出来，断芯线的故障则可由兆欧表或试电笔来测定。故障点的寻查，首先应根据具体情况找出可疑区域，然后进一步确定其故障点。测定故障区最好分段进行，铠装电缆故障区多半在受 碰撞或者挤压处，橡套电缆最容易发生故障的区域为电缆入口处、遭到砸压及受拉力处。有断线的橡套电缆如果在可疑点拉伸，会出现电缆不均匀伸长，由此来判定故障点。如果是一相对地故障，应找出橡套破口处或者滴水处，用试电笔检查是否漏电，否则可以使用烧穿法来寻找故障点。以上所述，对电缆的敷设维护、故障的处理、运行维护及修补等应按照煤矿安全规程有关规定进行，为了保证供电系统的安全性、可靠性、经济性和供电的质量，能使煤矿供电系统的正常运行。6短路电流的计算6.1计算短路电流的目的 在采区综采工作面