采区高压系统供电设计

1、采区高压系统供电设计一、已知资科某低瓦斯矿井的一个机械化采区的已知资料如下：(1)采区开拓为中间上山，其倾角为17°,分东、西两翼，每翼走 向长600m采区分三个区段，每段长150nl工作面长130m煤层厚 度1. 8mi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。(2) 回采工作面采用mls3-170型采煤机，并用hdja-1200型金 属较接顶梁与dz22单体液压支柱组成支架，支护煤层的顶板。回采 工作面设有yaj-13型液压安全绞车。(3) 煤的运输方式为：在工作面内，采用

2、sgw-1501刮板输送机 及sgz-40型转载机；在区段平巷内，采用 dsp1040/800型带式输送 机；在采区上山，采用胶带宽度为 800m的spj-800型带式输送机； 在轨道上山，采用75kw单滚筒绞车。(4)煤巷掘进采用打服爆破.装煤机装煤，调度绞车调车。二、采区高压系统供电设计步骤(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)采区用电设备的负荷统计，确定采区动力变压器的容量、型 号、台数。(3)拟订采区供电系统图。(4)选择高压配电装置和高压电缆。(5)对高低压开关中的保护装置进行整定。(6)绘制采区供电系

3、统图和来区变电所设备布置图*班曷t 4 * « a _3也通机咐修世名 ra mt £电支 耻罡春，aht定限 msw* 中固电 ra*f*,迂h翱哂比电耀春馨后糊耻定弊*%乐乩uh效赛 叫班马屯政 曲1dmm处11l»血m*j»5.5i力的vj5234刘型国铁赢04 rr 邮uwf*i1215g龈ostuon。餐piml修净电通式看送机 一廉r网邱 nqb-ioi x<2m g1a*o.m*«_ 一is 一电闸0 &5uhmq11«*s口餐is也处0 u5*我叫周“化斌* i犬中工柞1itjf*德竺_majd.9*xi

4、喝里崎虱郎(次嫌即面】c 12n2k»».s k7a口”0.0 71得13型录用衣金也七(单鳖t,作jo-1311|jmq1ij70 t?一q®q75hilj*鼻上千；飙消卜的，_jikthi1tt-isrf -.。融卜05v则心挈津式界塞班收帚店上i.n叱l2jq17a ar得ndli 9 3|h e.fl.w，曲9明口也*风透界面】rsk,1i3xit«0»lz_msii1kli工型度城萃廉最力)jvt41.j41mil*mo11 «t5 «q静0.75n电钻空压因蛾杵为开lxiewss)nranu2.5)ljki.21

5、 il/w.f中1_l_a-r-一产1u导明ft风机偶遇15)wraa 211h iiw1xs4.<tq,幡0 «14小京津怫叫-，!414m4下屏qliiit0.mfl-wis端明曦号鼎员收看?1 112工snlisao.tq.w1设印»?.三、变电所及配电所位置的确定1 .变电所位置选择根据采区变电所位置选择原则，采区变电所要位于负荷中心，顶 底板稳定且无淋水、通风好、运输方便的地方。对照图61,而考虑到用尽可能少的变电所向全采区供电的原则，采用一个采区变电所 和一台移动变电站联合向全采区供电的方案。 即先在采区负荷中心的 n处建立一个固定采区变电所，另外再加一个

6、移动变电站向回采工作nunu nu nu nunununununu曰行艺,a&h始 m-u翳garf 蜃部易誓注导型票和普口格斗需网就国1喊n©面采煤机等设备供电。本方案虽有投资增加之缺点，但却可将高压深 入负荷中心，具有提离供电质量的优点，因而选定这一方案。2 .对于移动变电站，通常有三种可供选取的布置方法，即：(1)设置在工作面巷道口，向平巷输送机供电。(2)设置在运输巷内，且在输送机侧敷设供移动变电站专用轨道，并 将其设在距工作面100-150m处。3)为缩小巷道截面，不为移动变电站专设轨道，可通过工作面运输巷与下一工作面回风巷的联络巷，将移动变电站设在未进行开采的下

7、一工作面的回风巷内(此巷有轨道)。鉴于此矿井是西冀开采、东翼掘进，故拟参照上述移动变电站布 置方式(1)和(2),将其设在回来工作面运输平巷内。在此情况下，由 表1 6查得，若采煤机电缆截面为50mm则其删低压于线的最大 供电距离为182m因计及除采煤机外，移动变电站还要向其他设备 供电，故其实际最大供电距离要比由表 16查到的值小，所以，最 后考虑将移动变电站设在距工作面150m处的回来工作面运输平巷内。3 .工作面配电点的布置(1)采区用电设各的布置根据采区具体的开采情况，首先对题目给定的负荷作全面分析， 从中了解其设备名称、数量、每台设备的电气性能，并了解它们在采 区的分布情况及相互关系

8、.将各用电设备标明在图 61中。(2)采区配电点的配置关于此项内容因在本书第一章第二节中已有介绍，故此不再赘述。结合本题情况，采区工作面配电点的具体布置为：回采工作面配 电点设在运输平巷内.它与工作面相距 50m；工作面回风巷配电点距 工作面70m(掘进工作面配电点有两个，它们分别设在东冀第一区段 上、下部的平巷内，且距掘进头 80nl在上山采区绞车房附近设一配 电点。四、负荷统计及变电所容量选择1、负荷统计(1)概括在按本章第二节介绍的过程确定了变电所的位置后，接下来就 需进行采区用电负荷的统计，并据此决定采区变电所变压器的容量、 型号及台数。变压器选择是否合适，与采区供电的技术、经济性能关

9、系极大。 若其容量偏小，将会使由它所带的电气设备和丁作机械不能正常运 转，影响供电的安全、可靠；若其容量偏大，则又会导致变电所投资 的提高和变压器能量损耗的增加，造成浪费。很明显，若正确选定变压器，必先推确求得备用电设备的实际负 荷。但是，由于各用电设备在运行中的负荷是随时变化的，且不应超 过其额定容里(即铭牌功率)，又由于各用电设备一般并不都同时出 现，所以各用电设备的实际负荷之和，总是要比它们铭牌佰直接相加 的数值低。因此，在选择变压器前，必须先介绍实际负荷的求取力祛。目前.有多种计算实际负荷的方法.其中由概率理论导出的需用 系数法，的应用。(2)需用系数法需用系数法是一种借助于一些统计数

10、据， 通过计算手段，由各种 用电设备的额定功率求取计算负荷的方法，该法所使用的公式为_、- pnkdesca-cos wm_ kloksi de-wm 7w式中sca-组用电设备的计算负荷，kva;e pn-具有相同需用系数kde的一组用电设备的额定负荷之和， kw;coswm -组用电设备的加权平均功率因数，即各用电设备的功 率与功率因数的乘积之和与他们的总功率之比；kde需用系数；ko-负荷系数，因一组用电设备中的各用电设备未必全能在满负 荷下运行，故以其表示在最大负荷时，工作着的用电设备的实际所需 功率与全部用电设备容量比值；ksi-同时工作系数，因各用电设备不同时工作，故以其表示在 最

11、大负荷时，工作着的用电设备的容量与全部用电设备总容量的比 值；"wm-同时工作设备的加权平均效率，它反映各用电设备的平 均功率损耗，即各用电设备的功率与效率的乘积之和与总功率之比；“w 电网效率，它反映给该组用电设备供电的线路在输送功率时，所产生的线路功率损耗占输送功率的比值，对井下供电线路,一般取 0.9 0.95 ;用电设备需用系数kde加权平均功率因数cosa wm采煤工作面综合机械化工作面（自移支架）0.4+0.6pmax/ep n0.7一般机械化工作面（单体支架）0.286+0.714pmax/epn0.6-0.7一般机械化工作面（倾斜机采面）0.6-0.750.6-0.7

12、缓倾斜煤层（炮采工作面）0.4-0.50.6急倾斜煤层（炮采工作面）0.5-0.60.7掘进工作面：采用掘进机的0.50.6-0.7|非掘进机的0.3-0.40.6电动车：架线式电动车0.5-0.650.9蓄电池电动车0.80.9其他运输设备（如输送机.绞车等）0.50.7井底车场：无主排水设备0.6-0.70.7有主排水设备0.75-0.8510.8表6-2 矿井电力负荷计算需用系数kde及加权平均功率因数coscwm要强调指出的是，虽然在上面分别介绍了需用系数kde中各项因子的含义，但在实际计算时，并不是根据它们求得需用系数。这是因为 要计算式中的因子，本身就是既困难又复杂的。所以，通常的

13、做法是： 根据统计实测，先将不同类型、不同工作条件下的用电设备的需用系 数列成一个表，再根据实际情况查表求得。对于加权平均功率因数 cos 0c ,也采用同样的方法处理。表6-2列出了井下用电设备的需用 系数x6及它们的加权平均功率因数cos 0c。2、采区动力变压器的选择（1）原则根据设计部门和施工现场的经验，在确定变压器台数和容量时， 应当根据采区供电系统的几种情况及变压器配套设备的费用、变电所 碉室的尺寸及开托费用、对负荷供电的经济性(即效率)和是否有适当 的备用容量等因素，加以综合分析.再拟出几种可行的方案.进行技 术、经济比较，最后再确定出最好的方案。考虑到采区的电气设备是 可以重复

14、使用的，故在选择采区动力变压器时，可只从技术方面进行 分析比较，然后确定方案。目前在采区变电所中主要采用 ksj或ks7、ks9系列等矿用变压 器，有条件时应优先采用 kbs现隔爆干式变压器。因本例属新设计 采区，故拟采用kbs留隔爆干式变压器。(2)采区变压器容量、台数的确定1)步骤(1)先依式(61)技需用系数法，初步选取。此时，一般可先根据设 备布置及容量确定几个方案，分别求出个方案下的各组的计算容量， 再据它们初选变压器的容量及台数，然后根据不同方案进行后续的比 较。(2)计算所选变压器的经济负荷率1 ec：t _ :to(apid, t + kec, reaqid, t) ec =(

15、pn,t kec, re)式中-ec 考虑了变压器的年有功、无功电能损耗后的综合效 率最高的负荷率；t0 变压器的年受电小时数，一般取 8760h;变压器的年最大功率损耗小时数，实际进行汁算财，可先从表63查出各类 用户年最大负荷利用小时数 tmax再从图6 2的e = f (tmax)曲线，按用电设备的功率因数cos中值求得一 kec, re-无功功率经济当量，指每输送ikv盯无功功率 所消耗的有功功率数值，一般取 0. 1kw/kar。 pid t-变压器空载有功功率损耗，kw； pn，t-变压器短路有功功率损耗,kw； qid，t -变压器空载无功功率损耗，它可借式 qid't=

16、 lid,ts/100求出，其中lid,t为变压器空载电流的百分 数.sn为其额定功率值。(3)计算变压器的无功和有功功率损耗 八qt及a pt： (qt = aqid, t + aqn ,t( t )2snpt =/pid, t +apn,t( sca,t)2 + kec reaqn,tsn(4)计算变压器的年运行费用f:f =z|(1-3 n-1 .zfz (:pidt kec,reaqn,t)( fj+tofd) +scat, t .(pn,t kec, snre =qn,t)(fj tmaxfd)式中z-变压器的一次设备投资，元；-资金利用率.取10%;n-变压器服务年限，一舶取20年

17、；fz-变压器固定运行费比率.取8%;qn ,t -变压器短路无功功率损耗； 格,t -厂变压器的容量，kv a;fj 基本电价，按11元/(kw 月)计；fd-电阻电价，按0.5元/ (kwh)计，2)确定本例采区变压器的容量及台数(1)容量和台数方案。我们提出如下1个方案.我们的方案是1台移动变电站，2台电力变压器。负荷分组及变压器容量选择：i组：采煤机、刮板输送机、转载机、喷雾泵2台、乳化泵2台、 调度绞车、电钻变压器、小水泵。总负荷pn = (170 2 75 40 2 30 2 55 11.4 1.2 4) kw = 546.6kw据表6-2中式子算出kde=0.286+0.714

18、出=0.286+0.714 170kw =0.508,再根据表 6-2 取epn546.6 kwcos 每早0.6 ,依式(6-1 )求得 sca,t1 = 546.6kw 迅508 =462.788kv a,0.6选择kbsgzy-500/6型移动变电站一台。ii组：带式输送机、液压安全绞车、小水泵、调度绞车、采区上 山带式输送机、煤电钻。出组：装煤机两台、局部通风机两台、调度绞车两台、电钻变压器两 台、小水泵两台、采区上山绞车、照明变压器。总负荷汇pn=166.2kvv由附录三可知选取需用系数ke=0.4,加权平均功率因数cos每m=0.6,则变压器计算负荷sca,t3 =166.2 kw

19、 >.4 =110.8囚 a,选择 kbsg-200/6型变压器一台。0.6五、采区供电系统的拟定1 .拟定采区供电系统图的原则(1)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。(2)尽可能由一台变压器向一个生产环节或者工作面的机械供 电，以便缩小事故所引起的停电范围。(3)对单电源进线的采区变电所，当其变压器不超过两台且无 高压馈出线时，通常可不设电源断路器；而当其变压器超出两台并有 高压窥出线时，则应设进线断路器。(4)在对生产量较大的综合机械化工作面或下山排水设备进行 低压供电时，应尽量采用双回路高压电源进线及两台或者两台以上的 变压器，使得当一回线路或一台变

20、压器发生故障时，另一回线路或另一台变压器仍能保证工作面正常生产以及排水供电。(5)对第一类负荷为高压设备(如高压水泵)或变压器在四台 以上(即采掘工作面比较集中的盘区)的采区变电所，因其已处于能 影响矿井安全的地位，故应按前述井下中央变电所的接线原则加以考 虑。(6)变压器尽量采用分列运行。这是由于当采用并列运行时， 线路对地电流的增加会对安全造成威胁； 电网绝缘电阻的下降可使漏 电继电器的运行条件恶化，在发生漏电事故时又因一台检漏继电器控 制两台变压器的亏电开关，而使停电范围加大，从而使可靠性降低。(7) 一个开关只能控制一种用电设备，容量愈大的开关，应排得离电源愈近。(8)为了防止采用局部

21、通风机通风的工作面发生瓦斯爆炸事故， 根据风电瓦斯闭锁系统技术规范规定，对高瓦斯以及瓦斯突出的 矿井，局部通风机的供电系统应该装设专用变压器、专用电缆、专用 高低压开关配捡漏继电器以及因停风或者瓦斯超限均需切断掘进工 作面的电源的闭锁系统。对低瓦斯矿井局部通风机，仅实行风电瓦斯 闭锁。由于局部通风机独立于其它供电设备线路， 故不受其它电气设 备故障(如漏电、短路等)跳闸的影响。2实例的供电系统参照上述原则，初步拟制出本设计题目的采区供电系统图，如图 6-3 所示。六、高压电缆选择1 .下井电缆截面的选择过程1)对主排水泵由井下中英变电所供电的下井电缆(1)取矿井最大涌水量是井下的总计算负荷，按

22、一回路不送电情 况，依允许载流量选择电缆截面。(2)取矿井正常涌水量是井下的总额定量，按全部下井电缆送电 的情况，依经济电流密度选择电缆截面。(3)按三相短路电流稳定值，选择电缆截面。(4)去上述三个所选截面的最大值，再按正常涌水量时全部下井 电缆送电，及最大涌水量时一回路不送电两种情况， 分别校验电压损 失。2.现结合供电系统实例，选择采区变电所至 kbsgzy-500/理移动变电站的高压电缆。1 ）型号选择向移动变电站供电的高压电缆，应选取 uypj-3.6/6型屏蔽监视 型矿用橡胶电缆。矿用橡胶电缆的单位长度的电阻和阻抗见表一， uypj-3.6/6型屏蔽监视型矿用橡胶电缆的规格见表二。

23、表阻抗z 0(q km-1)截面/mnm4610162535507095电阻r05.53.692.151.360.860.610.440.310.233993860845101电抗x）0.100.090.090.090.080.080.080.070.071520841852）截面选择w，2干线电缆最大长时工作电流为sca,t426.788kv ?ai ca：44.53av3vnkscv3 x6kv由表二中可知选取 uypj-3.6/6-3 x25+3x 16/3+3x2.5型屏蔽监视型矿用橡胶电缆，具长时允许载流量ip=121a,大于ica=44.53a,满 足发热条件 表二芯线x截面/主芯

24、线绝缘厚内护套外护套电缆外2 mm导体结度/mm厚度/mm厚度/mm径/mm构根数/最最直径小大/mnm值值3x25+3x 16/3+3196/0.442.55.56470x2.5.8.83x35+3x 16/3+3275/0.46874x2.5.3.33x50+3x 16/3+3396/0.47177x2.5.7.7注：3x16/3为接地芯线（兼作屏蔽），3x2.5为监视芯线3）长度的确定电缆实际长度应按下式进行计算式中lea 电缆实际长度，m;kin电缆敷设路径长度，m;l wa 增长系数，对橡套电缆为1.1,对铠装电缆为10 5。由于此设计中在变电所内和变电所至第一区段工作面进风巷电缆的

25、长度分别为20m及75m采区一翼走向长度为600nl移动变电站与工作面的距离为150m,供货长度为150m版，故每150m应设一个中间接头，共设3个，且中间防爆接线盒两端又需增加 3m的充裕量，并且考虑到软电缆应该比巷道长度加长 10%故可求得采区变电所至移动变电站的高压电缆总长度l ca为lca= (20+75+600-150+3x2x3) mx 1.1=619m4)校验(1)短路热稳定校验。满足热稳定条件的最小电缆截面a min按下式 计算：anin = iss-lph c式中i ss通过电路的最大短路电流，ka;c 电缆芯线的热稳定系数，通过查表可得出，铜芯橡套绝缘电缆最高允许温度200

26、0 c时的c值是145;tph假想时间。根据式 tph=tse+t br + 0.05 彳导出 tph = 0.1s+0.1s + 0.05s = 0.25s式中t se 短路保护动作时间，井下高压配电装置速断动作时间t se< 100ms = 0.1s,取 t se = 0.1s ；tbr 开关动作时间，真空断路器分闸时间tbr = 0.1s；0.05考虑短路电流非周期分量影响增加时间。一直所选电缆主芯线截面为25mm该截面满足热稳定条件允许通过的最大短路电流imax,s为amin c _ 25a xi45<0.25=7250a=7.25ka相应的，满足该截面热稳定要求的最大短路

27、容量smax, ssmax-ar i max,s = p x 6.3kv x 7.25ka=79.1mv . a一般矿井地面变电所6kv母线短路容量均限制在50mv a以下，小于 uyp典3x 25mm电缆热稳定要求白最大短路容量 79.1mv a,满足热 稳定要求。(2)按允许电压损失校验允许电压损失，从地面变电所6kv母线到采区移动变电站高压端子 的允许电压损失不允许超过7%电缆电压损失计算a.下井电缆的电压损失 v。本例假定在故障情况下每条下井电缆负 荷功率ra=1105kw下井电缆长778m,截面为95mm铜芯)。查资料可 知r=0.226 q/km, xo=0.060 q/km;取井

28、下负荷的功率因数cosc=0.65 jan c=1.17代入式 v=calca (r+为tan。尸1105早 778km 10vn2100乂 6v )( 6v )(0.226 q/km+0.060 q/kmx 1.17) x 100%=0.71%b.中央变电所是采区变电所的电压损失 上。根据资料可知，此段电 缆为铝芯，截面为25mm长600nl总负荷为890.2km。取负荷功率 因数 cosc=0.65, tanc=1.17。查资料可矢 r=1.445 q/km, x=0.066 q/km。代入式 v2=pcalca (r+xtan c)得小62.26%10vn2c.采区变电所至移动变电站的电

29、压损失为查资料可知，此段电缆为uypj©,截面为25mm(铜芯)，长610m所带负荷为546.6kw, 功率因数 cosc=0.6, tanc=1.33。由表一查彳血=0.8638 q/km,xf0.088 q/km。代入式 vpalca (r+xtan c)得 j=0.89%10vnd.总电压损失 v=av+av2+av3=0.71%+2.26%+0.89%=3.86%<5w 合要求。所以，选取uypj-3.6/6-3 x 25电缆作为向移动变电站的供电电缆。七、短路电流计算首先根据保护装置整定需要确定的短路点，然后计算出各短路点 的短路电流。计算短路电流前，我们给出井下主变

30、电所6kv母线的短 路容量ss=50mv a。1. kbsg-200/6 型隔爆干式变压器的供电系统短路电流计算（参 见图6-3）。以向装煤机供电的电缆在s37处短路为例，计算通过磁力起动器 s随的最小两向短路电流。1、短路回路阻抗计算。（1）系统电抗。因为变压器二次侧空载电压（即平均电压）mr=690v, 井下主变电所短路容量 s=50mv a,所以系统电抗 xy=vl =（0.69kv）=0.0095 qss50mv ?a（2）高压电缆阻抗。查表6-1 ,得高压电缆电阻、电抗值为别为r0=0.0857 q/km, xo=0.066 q/km。一直这段电缆长 l 为 0.6km、变压 器变比

31、ksc=6300v/690v=9.13,求得折合到低压侧的电阻 r及电抗x 分别为rl1 =rl=0.0857q/km 26km =0.00619 qksc9.13scx ti,1 =a2k = 0.066/km2 x0.6km =0.000475 qksc9.13(3)变压器的阻抗。查资料可得kbsg-200/6型干式变压器的vs=4, r,t=1400w 变压器额定电流 i2n= sn = 200kw =167av3vn 33 x690v得舟二mt =1400v 069”2 =0.0167 qs2（200kv?a）zt=mn =<=0.0952 q100st200mv ?axt=，；

32、-r； =j0.09542-0.01672 =0.0939 q 从短路点s37至变压器间的低压电缆阻抗。uyp-0.38/0.66 3 x 70+1x25-795型橡套干线电缆 w9的阻抗。根据表一可得 r=0.3151 q/km, x=0.078q/km。又已知其实际长l为795nl故得其电阻和阻抗分别为r ti, 9=rl=0.3151 q/kmx0.795km=0.2505qxi,9 =x0l=0.078 q /km x 0.795km=0.0620 qucp0.38/0.66-3 x16+1x4+4x2.5-130型屏蔽支线电缆的阻抗。根据表一得 r=1.369 q/km,k=0.09

33、q/km。又已知其实际长l为130m, 故有r bi = rl=1.369 q /kmx 0.13km=0.178 qxbi =xl=0.09 q /kmx 0.13km=0.0117 q至此，可求得低压电缆的总电阻rlv, e =0.2505 q +0.178 q =0.4285 qxlv, e =0.0620 q +0.0117 q =0.0737 q并知至短路点s 3 7的每项总电阻r = rlv, e+ft+ ri,1 +rca = 0.4614 qx e= x lv, "x+x1,1 +xy=0.1776 q2）短路电流计算将上述各已知值代入 医=一"20_=69

34、0=698 （a）2r| +；xj 2, 0.46142+0.17762ls3y = ls27 =806a3经过与上相同的方法，算得t 2、t 3变压器供电系统其它各短路点的 短路电流值，并列入表三中。t 2、t 3变压器供电系统其它各短路点的短路电流值2.kbsgzy-500/6型移动变电站（）的短路电流计算（参见图6-3）1）求系统电抗和高压电缆的换算长度（1）系统电抗换算长度l st。查资料可得，我们假定井下中央变电所6kv母线短路容量为50mv a, xt 660v系统，l st = 20.9m。（2）求高压电缆换算长度。由井下中央变电所至采区变电所高压电缆的换算长度：lct =kt lgl式中kct0 高压电缆的换算系数，查资料可得。lgl 高压电缆的实际长度。由井下中央变电所至采区变电所 （铜芯）电缆主芯线截面积为25mm电缆长度为600m,查资料可知kt =0.023,则电缆换算长度为lct,gl =kct,gl lgl =0.023 x600m=13.8m采区变电所至移动变电站高压电缆的换算长度。这段电缆是铜芯， 截面为35mm长度为610m,查资料可得kt =0.017,则换算长度为lct,g2 =kt,g2 lg2=0.01