新版矿山电工第六章chapter.ppt

1、,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

2、0.70.85之间,取0.8; 补偿后的功率因数应在0.900.95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18m，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

3、，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

4、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5070m。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80lOOm。,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

5、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+60050）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

6、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Sca P30,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wn0.95、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

7、耗即电网效率m = 0.90.95,5)同时工作系数（同时率）KS I = 0.80.95,二. 采区变电站负荷统计 P30,coswm -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 、 coswm 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

8、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

9、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

10、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 P 334-,方案一：分三组：,.电力变压器T2 ：供运输

11、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*

12、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 P 294,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-

13、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.ca P62 （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

14、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6-3 P297,1.计算变压器最大长时工作电流T.ca. (A),型号：P91表3-8 BGP43-100/6 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

15、求,例6-3 DBDB1DB2DB3DB3承载能力校验P297表6-18,参数满足： P62公式(2-48) i max （Imax 、Smax） iim （Iim 、Sim）,短路参数,计算S1短路电流表6-16 P323,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6-16 P323,DB2用S8两相短路电流计算 P294 DB3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 P298,6.6

16、2.1.类型选择：,6.6.2.2.电缆长度确定 铠装电缆：实际长度 LCa = 1.05 Lwa 橡套电缆：实际长度LCa = 1.1 Lwa,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I e 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；coswm：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

17、Ae ,按P299 6-7；P141-149表3-3454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l035kV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、

18、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),tanwm -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-

19、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,MYPTJ P145 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，MYP P141-表3-46 3-54,2.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6-10 Wtl.2(3*35-620) : R0w2=0.588; X0w2=0.078 Wtl.1(3*70-600

20、) ：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

21、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。 P 306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 +

22、 Vbl VP,方法一. 电网允许的电压损失 VP P306 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 - Vbl P308 6-14,C、干线电压损失Vtl,.方法二电力网络中电压损失(U%)允许值 P 8 表1-5 P1640, 表7-4-19,我国规定，电缆线路电压损失百分数的标准为：对l035kV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

23、6-1 ：PN=300（KW）、VN=1140V、IN =190A,查P300 表6-8 Ica =152（A） IP =170（A） 50 mm2 但 IN =190（A） 截面应选70 mm2,.按长时允许载流量IP（发热条件）计算截面,cos=0.86tan=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。 P 306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

24、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、MYP MYPT P149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 = 63V P306 表6-11,（2）计算变压器电压损失,P286表6-2（ 非掘进机 ） cosT = 0.60 ，sinT=0.

25、8,负荷率KLo = 131.2/200=0.66,VR=PN.T/10 SN = 1550/10*200=0.775 （6-22 P310）,P123 表3-28 KBSG-200参数：额定容量 SN =200 KVA,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44 Abl =50(mm2) ， Lbl =10(m),P56表2-7 电导率sc = 42.5（m / mm2）,（

26、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.mm2 IP=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50 mm2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

27、.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、MYP MYPT P149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 = 63V P306 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6-13 Abl =16(mm2) ， Lbl =130(m) -支线计算中先计算出来,5.干线电

28、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 10mm2 IP=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16 mm2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

29、 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3-26 4）. ZXZ8系列矿用隔爆型照明信号综合保护装置,P316 表6-15,KBZ9-400/

30、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