煤矿采区供电设计

内蒙古蒙发煤炭有限责任公司呼和乌素煤矿煤矿4101综采工作面供电设计单 位： 机电科编 制： 刘江鑫日 期：2011年8月1日煤矿采区供电设计一、 原始资料：1、 井田设计能力 120万吨/年。2、 井田内布置方式：采区式，运输大巷底板岩巷。3、 矿井瓦斯等级：低等级。4、 采区煤层倾角：0°─5°设计煤层:4#。1/255、二、 设计要求：１、 设计要符合煤矿安全规程、煤矿工业设计规程、煤矿井下供电设计技术规定。２、 设计遵循煤炭工业建设的方针政策，在保证供电安全可靠的基础上进行技术经济比较，选用最佳方案。３、 设备选型时，应采用定型的成套设备，尽量采用新技术、新产品，积极采取措施减少电能损耗，节约能源。４、 设计质量要确保技术的先进性、 经济合理性、安全适应性。第1页共25页目录第一节、采区移动变电站位置的确定 4一、采区供电对电能的要求 4二、环境要求 5第二节 拟定采区供电系统的原则 5一、采区高压供电系统的拟定原则 5二、采区低压供电系统的拟定原则 6第三节 采区主要设备 6第四节 采区负荷的计算及变压器容量、台数确定 8一、变压器选择注意事项 8二、台数的确定 8三、采区负荷的计算及变压器容量、台数确定 8第五节 采区低压供电网络的计算 10一、电缆型号确定 11二、电缆长度确定 11三、选择支线电缆 12四、干线电缆的选择 16第六节 采区电气设备的选择 18一、矿用低压隔爆开关选择 18三、磁力起动器的选择 18第2页共25页第七节 采区接地保护措施 19第八节 采区漏电保护措施 21第3页共25页第一节、采区移动变电站位置的确定一、采区供电对电能的要求1、电压允许偏差电压偏差计算公式如下：实际电压—额定电压电压偏差＝ ×100%《电能质量供电电压允许偏差》 （GB12325—90）规定电力系统在正常运行条件下，用户受电端供电电压允许偏差值为：1）35KV及以上供电和对电压有特殊要求的用户为额定电压的+5%—－5%；2）10KV及以上高压供电和低压电力用户的电压允许偏差为用户额定电压的+7%—－7%；3）低压照明用户为+5%—－10%。2、三相电压不平衡根据《电能质量三相电压允许不平衡度》规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为 2%，短时间不得超过4%。在采区变电所供电情况下，交流额定频率为 50HZ电力系统正常运行方式下由于负序分量而引起的 pcc点连接点的电压不平衡度能满足规定要求。3、电网频率《电能质量电力系统频率允许偏差》 （GB/T15543—1995）中规定：电力系统频率偏差允许值为 0.2HZ，当系统容量较小时，偏差值可放宽到+5%HZ—－5%HZ，标准中没有说明容量大小的第4页共25页界限的电网容量在 300万KW以上者为 0.2HZ；电网容量在 300万KW以下者为0.5HZ。4、波形正常情况下，要求电力系统的供电电压（或电流）的波形为正弦波，在电能的输送和分配过程中不应该使波形产生畸变， 还应注意负荷中谐波源（装整流装置等）的影响，必要时采取一定措施消除谐波的影响。5、供电可靠性供电可靠性是衡量电能质量的一个重要指标，必须保证供电的可靠性。二、环境要求采区移动变电站要要满足顶板坚固，无淋水且通风良好，保证变电所硐室内的温度不超过附近巷道5℃。根据采区巷道布置，要使采区移动变电站能顺利的通过运输顺槽向整个采区的负荷中心（采煤工作面）进行供电。在主运顺槽，低压供电距离合理，所以把移动变电站布置在主运顺槽。第二节 拟定采区供电系统的原则一、采区高压供电系统的拟定原则1、供综采工作面的采区移动变电站由单回路电源线进行供电；2、不设采区变电所，由移动变电电站组成采区配电点；第5页共25页3、采区变电所的高压馈出线宜用专用的开关柜。二、采区低压供电系统的拟定原则1、在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的设备最省；2、原则上一台启动器只能控制一台设备；3、当采区变电所动力变压器超过一台时，应合理分配变压器负荷；4、变压器最好不要并联运行；5、从变电所向各配电点或配电点到用电设备采用辐射式供电，顺槽运输机采用干线式供电；6、工作点配电点最大容量电动机的启动器应靠近配电点进线；7、供电系统应尽量避免回头供电；第三节 采区主要设备根据采区巷道的布置和采区的实际情况将采区的主要设备选型如下：采区主要设备选型表序设备名称设备型号台数电动机安装号功率kw电压v地点1刮板输送机SGZ1000/1401台2×7003300工作面02滚筒式采煤MG650/1480W1台15103300工作面第6页共25页机D3转载机SZZ1200/4001台4001140工作面4胶带输送机DSJ120/1201台2×3551140顺槽5张紧绞车1台18.51140顺槽6液压卷带装JY-12001台151140顺槽置7破碎机PLM35001台3751140工作面3台8乳化液泵站BRW400/31.5（12501140工作面台备用）2台9喷雾泵站BPW315/12.5（1751140工作面台备用）10双速绞车JSDB-131台22660工作面11潜水泵BQS20-50/7.3台7.5660顺槽5阻化剂喷射2台12BH-4.0/2.5（一3660工作面泵用一第7页共25页备）第四节采区负荷的计算及变压器容量、台数确定一、变压器选择注意事项变压器是供电系统中的主要电气设备，对供电的可靠性、安全性和经济性有着重要意义。如果变压器容量选择过大，不仅使设备投资费用增加，而且变压器的空载损耗也将过大，促使供电系统中的功率因数减小；如果变压器容量选择过小，在长期过负荷运行情况下，铜损耗将增大，使线圈过热而老化，缩短变压器寿命。既不安全又不经济。二、台数的确定采区变压器在一般情况下是按计算容量选设，不留备用量。降低供电成本。三、采区负荷的计算及变压器容量、台数确定本工作面采用MG650-1480（1510）WD型滚筒式采煤机为综合机械化采煤，为保证供电质量和安全，根据采区巷道布置，按需用系数法计算变压器容量和台数。1、采区电压等级为 3300V变压器容量及台数的确定SB1＝ΣPeKxKc/cos φpj2910×0.69×1/0.72868.43KVA式中：ΣPe——供电设备额定功率之和第8页共25页ΣPe ＝2*700+1510＝2910KWKx——需用系数，Kx＝0.4＋0.6×1400÷2910＝0.69cosφpj——加权平均功率因率，按综采工作面，取0.7Kc——采区重合系数，取 1根据计算结果选择 KBSGZY2-T-4000/10/3.45 型矿用隔爆型移动变电站一台。2、采区电压等级为 1140V变压器容量及台数的确定SB1＝ΣPeKxKc/cos φpj1350×0.58×1/0.71118.58KVA式中：ΣPe——变电所供电设备额定功率之和ΣPe ＝400+375+2*250+1*75＝1350KWKx——需用系数，Kx＝0.4＋0.6×400÷1350＝0.58cosφpj——加权平均功率因率，按综采工作面，取0.7Kc——采区重合系数，取 1所以根据计算结果选择 KBSGZY2-T-2000/10/1.2 矿用隔爆型移动变电站一台。3、采区电压等级为 660V变压器容量及台数的确定SB1＝ΣPeKxKc/cos φpj47.5×0.68×1/0.7第9页共25页46.15KVA式中：ΣPe——变电所供电设备额定功率之和ΣPe ＝22+3×7.5+3＝47.5KWKx——需用系数，Kx＝0.4＋0.6×22÷47.5＝0.68cosφpj——加权平均功率因率，按综采工作面，取0.7Kc——采区重合系数，取 1因我矿考虑后续排水负荷增加，所以根据计算结果选择KBSGZY-T-315/10/0.69矿用隔爆型移动变电站一台。4、采区顺槽皮带机头变压器容量及台数的确定SB1＝ΣPeKxKc/cos φpj726.5×0.7×1/0.7726.5KVA式中：ΣPe——变电所供电设备额定功率之和ΣPe ＝2×355+11+5.5＝726.5KWKx——需用系数，Kx＝0.7cosφpj——加权平均功率因率，按综采工作面，取0.7Kc——采区重合系数，取 1所以根据计算结果选择 KBSGZY-T-1000/10/1.2矿用隔爆型移动变电站一台。第五节 采区低压供电网络的计算第10页共25页一、电缆型号确定根据供电电压、工作条件、敷设地点环境，确定电缆型号为:MYP、MY、MYPTJ和MCPT型。其中MYP、MCP型电缆用于额定电压为1140V的设备，MYPTJ型电缆用于中央变电所高压开关至移变的电缆，MCPT用于采煤机组及工作面刮板运输机的电缆，其余所需电缆用MY型。二、电缆长度确定由式：Lz＝α·LX式中: α—系数，橡套电缆取 α＝1.1，铠装电缆取 α＝1.05LX—巷道实际长度 m电缆长度计算结果表序地巷道长选取电缆电压备度（m）长度（m）号点注1橡套2Z24555003300V橡套3Z332351140V橡套4Z455601140V橡套5Z52102301140V橡套6Z62202401140V橡套7Z791100660V橡套8Z81091201140V橡套第11页共25页9G118203300V橡套10G29101140V橡套11G34650660V橡套12G9101140V橡套4三、选择支线电缆1、由机械强度初定电缆截面橡套电缆满足机械强度的最小截面用电设备名称2最小截面（mm）采煤机组35—50可弯曲刮板输送机16—35一般输送机10—25回柱液压绞车16—25装岩机16—25调度绞车4—6局部风机4—6煤电钻4—6照明2.5—4查书得各电缆截面的长时允许电流IP值如下：24610162535507095120主芯线截面mm长期允许电流A37466385110135170205250295各支线电缆的实际长时工作电流计算如下公式：第12页共25页I＝(K3ηcosφ)nΣP10)/(1.732Uepjxepj式中:In——电缆中通过的实际工作电流AKx——电动机负荷系数ΣPe ——电缆所带负荷有功功率之和 KWUe——电网额定电压 Vηpj——电动机额定效率cosφpj——电动机功率因数1、满足采煤机组机械强度要求的截面初步截面确定为其IP=170A。采煤机组电缆 Z1当中的实际长时工作电流Iz1＝(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)＝0.75×1510×103/1.732×3300×0.85×0.85＝274.24AIP=170A＜Iz1＝274.24A

250mm，采煤机组初选电缆截面不能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以采煤机组电缆截面取 120mm2（其载流量为295A）。2、满足刮板输送机机械强度要求的截面初步截面确定为 352mm，其IP=135A。刮板输送机机组电缆 Z2当中的实际长时工作电流Iz2＝(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)＝0.8×700×103/1.732×3300×0.9×0.85＝128.1A第13页共25页IP=85A＜Iz2＝128.1A刮板输送机机组初选电缆截面不能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以刮板输送机电缆要更大些截面取270mm(载流量为205A)。23、满足喷雾泵站机械强度要求的截面初步截面确定为 35mm，其IP=135A。喷雾泵站电缆 Z3当中的实际长时工作电流Iz2＝(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)75×103/1.732×1140×0.9×0.85＝49.6AIP=135A＞Iz3＝49.6A喷雾泵站初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电2流的要求，所以喷雾泵站电缆截面取 35mm。4、满足乳化液泵站机械强度要求的截面初步截面确定为225mm，其IP=110A。乳化液泵站电缆 Z4当中的实际长时工作电流Iz4＝(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)0.95×250×103/1.732×1140×0.9×0.85＝157.24AIP=110A＜Iz4＝157.24A乳化液泵站初选电缆截面不能够满足该支线的长时实际工2作电流的要求，所以乳化液泵站电缆截面取 70mm（载流量为205A）。第14页共25页5、满足转载机机组机械强度要求的截面初步截面确定为 252mm，其IP=110A。转载机机组电缆 Z5当中的实际长时工作电流Iz5＝(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)0.9×400×103/1.732×1140×0.9×0.85＝238.3AIP=110A＜Iz5＝238.3A转载机机组初选电缆截面不能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以转载机机组电缆要更大些截面取295mm(载流量为250A)。6、满足破碎机机组机械强度要求的截面初步截面确定为 252mm，其IP=110A。破碎机机组电缆 Z6当中的实际长时工作电流I(K3ηcosφ)z7xΣP10)/(1.732Upjeepj＝0.95×375×103/1.732×1140×0.9×0.85＝235.85AIP=110A＜Iz7＝235.85A破碎机机组初选电缆截面不能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以破碎机机组电缆截面要更大些取295mm(载流量为250A)。7、满足采面调度绞车机械强度要求的截面初步截面确定为24m，其IP=37A。第15页共25页采面调度绞车电缆 Z7当中的实际长时工作电流I＝(KΣP103)/(1.732Uηcosφpj)7xeepj＝0.95×22×103/1.732×660×0.9×0.85＝24AIP=37A＞I7＝24A采面调度绞车初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，但是由于液压安全绞车的供电距离较远， 所以液2压安全绞车电缆截面取 16mm。8、满足顺槽胶带输送机机组机械强度要求的截面初步截面确2定为35mm，其IP=135A。顺槽胶带输送机机组电缆 Z8当中的实际长时工作电流I＝(KΣP103)/(1.732Uηcosφpj)8xeepj0.85×350×103/1.732×1140×0.9×0.85＝196.96AIP=135A＜I8＝196.96A顺槽胶带输送机机组初选电缆截面不能够满足该支线的长时实际工作电流的要求，所以顺槽胶带输送机机组电缆截面应更2大些取95mm（其载流量为 250A）。四、干线电缆的选择因采面干线电缆供电距离短，因此无需安允许电压损失进行截面选择，按长时工作电流进行校验。按长时工作电流对 G1电缆进行校验第16页共25页I ca1＝KdeΣPN103/1.732UNcosφ0.69×2910×103/1.732×3300×0.7501.86A所以干线电缆 G1的电缆选用 2根截面相同的电缆并联，选用95㎜2。按长时工作电流对 G2电缆进行校验I ca2＝KdeΣPN103/1.732UNcosφ0.58×1350×103/1.732×1140×0.7566.51A所以干线电缆 G2的电缆选用 2根截面相同的电缆并联，选用70㎜2。按长时工作电流对 G3电缆进行校验I ca3＝KdeΣPN103/1.732UNcosφ0.68×47.5×103/1.732×660×0.740.465A因我矿考虑后续排水负荷增加，所以干线电缆 G3的电缆截面取70㎜2。按长时工作电流对 G4电缆进行校验I ca1＝KdeΣPN103/1.732UNcosφ0.7×350×103/1.732×1140×0.7177.26A所以干线电缆 G4选用95㎜2,其载流量为250A。第17页共25页最终选出各段电缆的截面如下：线 路 G1 G2 G3 G4 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8主芯线截面95 70 70 95 12070 35 70 95 95 16 952mm第六节 采区电气设备的选择一、矿用低压隔爆开关选择1、选择原则1）矿用隔爆型开关可使用于沼气突出矿井的任何地点及有沼气和煤尘爆炸危险矿井的采区进风巷、回风巷道以及采掘工作面。矿用本质安全型和矿用隔爆兼本质安全型开关的应用范围同矿用隔爆型开关。2）在选用矿用低压隔爆型开关时，其额定电压必须小于或等于被控制线路的额定电压， 其额定电流要大于或等于被控制线路的负荷长期最大实际工作电流。 同时应根据控制线路需要选定过流保护继电器的整定电流值。3）矿用低压开关的接线喇叭口数目及内径要符合受控线路所选用的电缆的条数及内径要求。一个喇叭口只允许接一条电缆。2、根据电缆的长时工作电流选择低压开关。因移动变电站设有低压保护箱，故无需增设馈电开关。三、磁力起动器的选择1、选择原则第18页共25页1）磁力起动器的额定电压必须大于或等于受控电动机的额定电压，其额定电流应大于或等于受控电动机的最大工作电流。 同时要根据过流保护需要对过流保护需要对过流继电器选定适当的整定电流值。2）磁力起动器进出线及控制线喇叭口内径必须符合连接电缆的最大外径要求，并且一个喇叭口只能接一条电缆。3）工作机械不要求带负荷改变旋转方向时， 可选用不可逆的磁力起动器。4）磁力起动器必须具备良好的隔爆性能及可靠的过载和短路保护装置。对使用环境的要求与隔爆自动馈电开关相同。第七节 采区接地保护措施井下保护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.井下保护接地网按 <<煤矿安全规程>>第448~第453条规定执行.第448条36V以上和由于绝缘置换可能带有危险电压的电气设备的金属外壳，构架等必须有保护接地。电气保护接地工作，应按煤炭工业部颁发的有关矿井保护接地装置的安装、检查与测定工作细则执行。第449条接地网上任一保护接地点测得的接地电阻值不得超过2Ω，每一个移动式和手持式电气设备同接地网之间的保护接地用的电缆芯线（或其他相当接地导线，一以下各条同）的电阻值不得大于1Ω。第19页共25页第450条所有电气设备的保护接地装置（包括电缆的铠装、铠皮、接地芯线）和局部接地装置都应同井下住接地接成一个总接地网。井下主接地极应在主副水仓中各埋设一快。 主接地极应用钢板或耐腐蚀的钢板制成其面积不大于 0.7m2,厚度不小于5mm。第451条下列地点应装设局部接地极1、每个装有电气设备的硐室。2、每个（套）单独装设的高压电气设备。3、每个低压配电点。如果煤采工作面的机巷，回风巷和掘进巷道内无低压配电点时，上述巷道内至少应分别设置一个局部接地极。4、连接动力铠装电缆的每个接线盒。局部接地极可设置于巷道水沟内或其他就近的潮湿处。 设置在水沟中的局部接地极应用面积小于 0.6m2，厚度不小于 3mm的钢板或具有相同有效面积的钢管制成。 并应平放于水沟深处； 设置在其他地点的局部接地极，可用直径不小于 35mm，长度不小于1.5m的钢管制成，管上至少钻 20个直径不小于 5mm的透眼，并垂直埋入底下。第452条连接主接地极的接地母线，应用截面不小于250mm2的铜线截面不小于 100mm的镀锌铁线或厚度不小于 4mm，截面不2小于100mm的扁钢。第20页共25页电气设备的外壳同接地母线地母线局部接地极的连接电缆接2线盒两头的铠装、铠皮的连接，应用截面不小于 25mm的铜线，截面不小于24mm，截面不小于250mm的镀锌线或厚度不小于50mm的扁钢。第453条橡胶电缆的接地芯线，除用做监测接地回路处，不同兼作其他用途，采用屏蔽橡胶电缆，用于本质安全回路，不受此限。第八节 采区漏电保护措施一、变压器中性点不直接接地供电系统的漏电保护措施。1、装设灵敏可靠的漏电保护装置（漏电继电器）并与屏蔽电缆配合使用，提高工作可靠性。2、采用保护接地装置。3、对电网对地电容电流进行有效的补偿，减小漏电电流值。4、提高漏电保护装置和自动馈电开关的动作速度，采用超前切断电流装置等。二、对低压电网漏电保护的要求1、正常情况监视电网的绝缘状态，当绝缘电阻降低到下列数值时，应切断供电电源；1140v电网——相对地绝缘电阻为30kΩ。660v电网——相对地绝缘电阻为11kΩ.380v电网——相对地绝缘电阻为3.5kΩ第21页共25页2、动作速度。3、检漏继电器只监视电网对地的绝缘电阻值， 不反应电容大