综采工作面供电设计——毕业设计.doc

论文

综采工作面供电设计

申请人：学科（专业）：电力系统及其自动化
指导教师：

网络教育学院
毕 业 设 计 (论 文) 任 务 书

专业班级 电力系统及其自动化 层次 专升本 姓名 学号
一、毕业设计（论文）题目 综采工作面供电设计
二、毕业设计（论文）工作自 2010 年 3 月 17 日起至 2010 年 4 月 9日止
三、毕业设计（论文）基本要求：
1、阐述综采工作面供电系统；
2、根据要求设计综采工作面供电系统；
3、提交符合要求的论文（包括电子版）；
4、论文字数大于8000.

指导教师：

网络教育学院
毕业设计(论文)考核评议书
指导教师评语：论文首先阐述了综采工作面供电系统，然后根据设计要求，通过选择变压器、高、低压电缆以及短路电流的计算等完成了综采工作面供电系统的设计。论文写作规范，条理清楚，达到了网络学院毕业设计的要求，同意论文答辩。

建议成绩： 指导教师签名： 年 月 日
答辩小组意见：

负责人签名 年 月 日
答辩小组成员

毕业设计（论文）答辩委员会意见：

负责人签名： 年 月 日

35

目 录
论文题目：综采工作面供电设计
学科（专业）：电力系统及其自动化
摘　要
通过综采工作面选定的配套机械设备，正确选择配套的电气设备，以保证综采设备能够正常地投入运行。
综采工作面供电是否安全、可靠、技术和经济合理，将直接关系到人身、矿井和设备的安全及采区生产的正常进行。由于煤矿井下工作环境十分恶劣，因此在供电上除采取可靠的防止人身触电危险的措施外，还必须正确地选择电气设备的类型及参数，并采用合理的供电、控制和保护系统，加强对电气设备的维护和检修，以确保电气设备的安全运行和防止瓦斯、煤尘爆炸。
综采工作面供电系统设计中，遵循煤矿企业对供电的基本要求及《煤矿井下供电设计技术规定》。根据工作面用电设备的技术参数，对移动变电站进行选择计算、高压低压电缆进行选择计算、高压低压开关进行选择、短路计算及继电保护装置进行整定。

关键词：综合机械化采煤  负荷统计计算  设备选型  移动变电站

论文类型：设计报告

Title: Fully mechanized coal face power supply design
Speciality: Power System and Automation
ABSTRACT
Mechanized mining face by supporting selected mechanical equipment, electrical equipment supporting the right choice to ensure the fully mechanized mining equipment to normal operational.
Fully mechanized coal mining face power supply is safe, reliable, technical and economic rationality, will be directly related to the physical, mines and equipment, safety and production of normal mining area. As the coal mine working environment is very bad, so in addition to the power supply on the risk of electric shock and reliable measures to prevent the physical, but also have the right to choose the type of electrical equipment and parameters, using reasonable power, control and protection systems, strengthen electrical equipment maintenance and repair to ensure the safe operation of electrical equipment and to prevent gas and coal dust explosion.
Working Face the design of power supply system, follow the mine's basic requirements for power supply companies and the "technical requirements of Mine Power Design." Face of electrical equipment according to the technical parameters of the mobile substation to select terms, selection and calculation of high voltage low voltage cables, high pressure low pressure switch to choose short-circuit calculations and protective device setting.

KEY WORDS: Mechanized coal mining, Load statistical computing, Equipment Selection, Mobile Substation

TYPE OF THESIS: Design Report

目 录
摘　要 I
ABSTRACT III
目 录 V
1 绪论 1
1.1 综采工作面供电概述 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 综采工作面负荷统计 2
2 选择变压器 3
2.1 1#变压器容量的选择 3
2.2 2#变压器容量的选择 3
2.3 3#变压器容量的选择 4
3 选择高压电缆 5
3.1 计算公式及参数： 5
3.1.1 电缆：1#移变 5
3.1.2 电缆: 2#移变 6
3.1.3 电缆：3#移变 6
4 选择低压电缆 9
4.1 低压电缆长度的确定原则： 9
4.2 计算公式及参数： 9
4.3 正常运行时回路电压损失校验 11
5 短路电流计算 15
6 选择低压开关、起动器 19
6.1 低压开关型号的确定 19
6.2 分断能力校验 19
7 高压开关整定 21
7.1 1#移变高压开关的整定 21
7.2 2#移变高压开关的整定 21
7.3 3#移变高压开关的整定 22
8 低压开关和移变低馈保护装置整定 25
8.1 移变低馈过流保护装置整定 25
8.2 磁力启动器过流保护装置的整定 25
9 结论与展望 29
致 谢 31
参考文献 33
附 录 35
声 明…………………………………………………………………………………….37

CONTENTS
CONTENTS
1Preface……………………………………………………………………………………….1
1.1 Mechanized mining face Supply Overview……………………………………………1
1.1.1 Overview………………………………………………………………………………..1
1.1.2 Mechanized mining face Load Calculation…………………………………….. 2
2 Select transformer …………………………………………………………………… ……3
2.1 1#Transformer capacity choice…………………………………………… …………..3
2.2 2#Transformer capacity choice………………………………………………………...3
2.3 3# Transformer capacity choice………………………………………………………..4
3 Selec thigh-voltage cable………………………………………………………………….. 5
3.1Formula and the parameters……………………………………………………………….5
3.1.1Cable: conveyor, crusher, loader…………………………………………………….5
3.1.2 Cable: shearer, milk pump, spray pump…………………………………………… 6
3.1.3 Cable: Belt………………………………………………………………………… 6
4 Select low-voltage cables…………………………………………………………………. 9
4.1 Low voltage cable length to determine the principles………………………………..9
4.2Formula and the parameters…………………………………………………………...9
4.3 Normal operation circuit voltage loss calibration…………………………………...11
5 Short-circuit current calculation…………………………………………………………..15
6 Select low-voltage switch, starter……………………………………………… …………19
6.1 Low switch models determine………………………………………………………19
6.2 Check breaking capacity…………………………………………………………….19
7 High-pressure switch setting………………………………………………………………21
7.1 1# Variant high-pressure switch setting……………………………………………..21
7.2 2# Variant high-pressure switch setting……………………………………………..21
7.3 3# Variant high-pressure switch setting……………………………………………..22
8 Low-voltage switches and Variant low feed protection setting…………… ……………..25
8.1 Variant low fed overcurrent protection device tuning………………… ……………25
8.2 Magnetic starter overcurrent device tuning………………………………………… 25
9 Conclusion and Outlook……………………………………………………………… ….29
Acknowledgements………………………………………………………………………….31 References…………………………………………………………………………………...33 Appendix…………………………………………………………………………………….35
Declaration…………………………………………………………………………………..36

9 结论与展望
1 绪论
随着煤炭工业的现代化，综采工作面机械化程度越来越高，综采工作面机电设备的单机容量增大，综采工作面总容量由几百千瓦增加到了几千千瓦。机械化程度的提高，加快了工作面的推进速度。使综采工作面供电出现新的问题。为解决这一供电问题，都采用了提高供电电压等级和缩短低压供电距离的方法，采用移动变电站供电方式，将工作面各用电设备有效距离缩短，从而使低压电缆的电压损失下降，保证了供电的质量及设备的正常运行。
设计的主要内容有：根据所设计综采工作面设备选型情况，选定移动变电站与各配电点位置；确定变压器容量、型号、台数图；确定电缆型号、长度和截面；选择高低压开关；做继电保护的整定计算。
设计要求：设计应符合《煤矿安全规程》、《煤矿工业设计规范》和《煤矿井下供电设计技术规定》；设备应选用定型产品并尽量选用新产品和国产设备；设计要保证技术先进、经济合理、安全可靠。
1.1 综采工作面供电概述
1.1.1 概述
1）综采工作面供电是否安全、可靠、技术和经济合理，将直接关系到人身、矿井和设备的安全及采区生产的正常进行。由于煤矿井下工作环境十分恶劣，因此在供电上除采取可靠的防止人身触电危险的措施外，还必须正确地选择电气设备的类型及参数，并采用合理的供电、控制和保护系统，加强对电气设备的维护和检修，以确保电气设备的安全运行和防止瓦斯、煤尘爆炸。
2）随着煤炭工业的现代化，综采工作面机械化程度越来越高，机电设备的单机容量和工作面总容量都有了很大的增加。以采煤机为例从70年代初期的150KW左右，增加到现在的375×2KV，目前国外采煤机单机功率已超过1000KW；综采工作面总容量也从几百千瓦增加到2000～3000KW。由于机械化程度的提高，加快了工作面的推进速度，这就要求采区走向长度加长，从而使供电距离增大，给供电带来了新的问题。因为在一定的工作电压下，输送功率越大，电网的电压损失也就越大，电动机的端电压越低，这将影响用电设备的正常工作。解决的办法有：增大电缆截面，但有一定限制，因为电缆截面过大，不便移动和敷设，而且也不经济；采用移动变压站使高压电深入到工作面顺槽来缩短低压供电距离，可使电压质量得到较大的提高；提高用电设备的电压等级也是一个提高电压质量的相当有效的措施。目前我国综采工作面用电设备的电压等级已提高到1140V，而且还将继续提高。
3）高产高效工作面供电、控制系统有以下几个特点：
（1）变压器容量大。
（2）电压等级高。
（3）向工作面供电的变压器中性点采用不接地的方式，并与保护装置配合，以减小单相接地时的故障电流。
（4）变压器一次侧和二次侧均采用六氟化硫（SF6）断路器或真空断路器，具有可靠、灵敏的保护和试验功能，并且可以指示和观察断路器的工作状态及各种保护的动作情况，还具有直观的故障查询系统，有些还带有自动重合闸装置，迅速回复供电。
（5）控制负荷的组合开关可同时控制多台负载电动机，最多可配有12个出线模块，每个出线模块包括真空接触器和控制，保护装置。
（6）使用微机控制技术，如在各控制开关上采用可编程控制器等进行控制和通信，增强了这些设备的功能，可以实现多种控制方案。
1.1.2 综采工作面负荷统计
表1-1 综采工作面负荷统计报表
负荷
名称
设备
台数
电动机
需用
系数
加权平均
功率因数
同时
系数
额定
功率
额定
电压
采煤机
1
700
1140

0.60         

0.7
1.00
刮板输送机
1
400×2
1140
带式输送机
1
160×2
1140
转载机
1
 315
1140
破碎机
1
160
1140
喷雾泵
2
45
1140
乳化液泵站
2
250
1140

2 选择变压器
按照«煤矿井下供电设计技术规定»,综采工作面移动变电站需用容量按下式计算:
(2-1)
(2-2)
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，综采工作面取0.7；
Pnmax-移动变电站供电系统中最大的一台电动机额定功率，KW。
2.1 1#变压器容量的选择
变压器编号:1#,型号:刮板输送机、破碎机、转载机、变 KBSGZY-1600/6

变压器容量为：1600＞1414
选择变压器为：KBSGZY-1600/6
2.2 2#变压器容量的选择
变压器编号：2#,型号:采煤机、乳泵、喷雾泵、变KBSGZY-1250/6

2#变压器容量为：1250＞1166
选择变压器为：KBSGZY-1250/6

2.3 3#变压器容量的选择
变压器编号：3#，型号：胶带输送机、变KBSGZY-500／６

３#变压器容量为：500＞457
选择变压器为：KBSGZY-500/6
表2-1 低压开关统计报表
编号
型号
额定电压(KV)
数量
1#
KBSGZY-1600/6
6
1
2#
KBSGZY-1250/6
6
1
3#
KBSGZY-500/6
6
1

Equation Chapter (Next) Section 1

3 选择高压电缆
3.1 计算公式及参数：
(A) （3-1）
（V） （3-2）
式中：
Igmax-线路最大工作电流；
-需用系数；
-电缆负荷功率(KW)；
-电压；
-功率因数；
△ U-电压损失；
Ro-电缆电阻；
Xo-电缆电抗。
3.1.1 电缆：1#移变
1)电缆基本参数
编号：1#；型号：UGSP-3x50；长时载流量：170（A）；
长度：2200 m；电压：6（KV）；电缆负荷功率：1275（KW）；
2)按持续工作电流计算与校验
= = 136<170（A）
校验结果：合格
3)按电压损失计算与校验
电压损失绝对值：

= = 188.1<300（V）
校验结果：合格
4)按经济电流密度计算与校验
计算所得电缆截面：
== 68>50（） (3-3)
校验结果：合格
5)按热稳定性计算与校验
计算所得电缆截面：
= = 14.55<50（） (3-4)
校验结果：合格
3.1.2 电缆:2#移变
1)电缆基本参数：
编号：2#；型号：UGSP-3x50；长时载流量：170（A）；
长度：2200m；电压：6（KV）；电缆负荷功率：1166（KW）；
由于采煤机、乳泵、喷雾泵高缆长度与刮板输送机、破碎机、转载机高缆长度相等，且负荷小于刮板输送机、破碎机、转载机，根据以上刮板输送机、破碎机、转载机电缆经校验合格，故采煤机、乳泵、喷雾泵电缆合格。
3.1.3 电缆：3#移变
1)电缆基本参数
编号：3#；型号：UGSP-3x10；长时载流量：72（A）；
长度：2200 m；电压：6（KV）；电缆负荷功率：320（KW）
2)按持续工作电流计算与校验
= = 44<72（A）
校验结果：合格
3)按电压损失计算与校验
电压损失绝对值：

= =264.34<300（V）
校验结果：合格
4)按经济电流密度计算与校验
计算所得电缆截面：
== 22>10（）
校验结果：合格
5)按热稳定性计算与校验
计算所得电缆截面：
= = 11.21<50（）
校验结果：合格

表3-1 高压电缆统计报表
编号
型号
额定电压（Kv）
长度(m)
1#
UGSP-3x50
6
2200
2#
UGSP-3x50
6
2200
3#
UGSP-3x50
6
2200

4 选择低压电缆
4.1 低压电缆长度的确定原则：
（1）电缆长度＝巷道长度×1.1
（2）移动设备用的橡套软电缆：使用长度＋机头部分的活动长度（3-5m）
4.2 计算公式及参数：
长时负荷电流计算公式：
(A) （4-1）
Iw-长时负荷电流；
-需用系数；
-电缆负荷功率(kW)；
-工作电压(V)；
-功率因数。
1）电缆编号：1#.型号：UCPQ--0.66/1.14—3×70+1×16+4×6；工作电压：1140(V) 。
电缆负荷功率：700(kW)
= = 208.16<215（A）
按照双根70平方经校验合格
选择电缆为：1#，长度为：370m；校验结果：合格
2）电缆编号：2#、3#型号：UPQ--0.66/1.14—3×10+1×10；工作电压：1140(V)。
电缆负荷功率：45(kW)
= = 26.76<64（A）
选择电缆为：2#，长度为：10m；3#，长度为15m 校验结果：合格
3）电缆编号：4#、5#型号：UPQ—0.66/1.14-3×50+1×16；工作电压：1140(V)。
电缆负荷功率：250(kW)
= = 148.68<173（A）
选择电缆为：4#，长度为：25m；5#，长度为30m 校验结果：合格
4）电缆编号：6#型号：UCPQ--0.66/1.14—3×95+1×35+4×6；工作电压：1140(V)。
电缆负荷功率：400(kW)
= = 221.68<260（A）
选择电缆为：6#，长度为：360m；校验结果：合格
5）电缆编号：7#型号：UPQ—0.66/1.14-3×95+1×25；工作电压：1140(V)。
电缆负荷功率：400(kW)
= = 221.68<260（A）
选择电缆为：7#，长度为：160m；校验结果：合格
6）电缆编号：8#、型号：UCPQ--0.66/1.14—3×95+1×35+3×6；工作电压：1140(V)。
电缆负荷功率：315(kW)
= = 174.58<260（A）
选择电缆为：8#，长度为：420m;校验结果：合格
7）电缆编号：9#.型号：UCPQ--0.66/1.14—3×50+1×10+3×4；工作电压：1140(V)。
电缆负荷功率：160(kW)
= = 88.67<138（A）
选择电缆为：9#，长度为：390m； 校验结果：合格
8）电缆编号：10#型号：UPQ—0.66/1.14-3×95+1×25；工作电压：1140(V)。
电缆负荷功率：320(kW)
= =221.40<260（A）；
选择电缆为：10#，长度为：50m；校验结果：合格
9）电缆编号：11#.12#.型号：UPQ—0.66/1.14-3×25+1×16；工作电压：1140(V)。
电缆负荷功率：160(kW)
= = 110.70<113（A）
选择电缆为：11#，长度为：10m；12#，长度为：10m;校验结果：合格
4.3 正常运行时回路电压损失校验
原则：
正常运行时，回路的电压损失应≤额定电压的7%
计算公式及参数：
电压损失：

(V) （4-2）
式中:
Iw-长时负荷电流；
-电缆长度；
-每公里电阻；
- 每公里电抗；
-需用系数；
-电缆负荷功率(kW)；
-工作电压(V)；
-功率因数。
1）回路编号：L3
第一段低电缆编号：1#
电压损失绝对值：

＝=39.74（V）
第二段低电缆编号：3#
电压损失绝对值：

＝=1.10（V）
第三段低电缆编号：5#
电压损失绝对值：

＝=2.87（V）
回路电压总损失:
39.74+1.10+2.87 = 43.71<79.8 (V);
校验结果：合格。
2）回路编号：L4
第一段低电缆编号：6#
电压损失绝对值：

＝=31.40（V）
第二段低电缆编号：7#
电压损失绝对值：

＝=13.22（V）
第三段低电缆编号：8#
电压损失绝对值：

＝=2.86（V）
第四段低电缆编号：9#
电压损失绝对值：

＝=21.03（V）
回路电压总损失:
31.40+13.22+2.86+21.03 = 68.51<79.8 (V)
校验结果：合格。
3）回路编号：L5
第一段低电缆编号：11#
电压损失绝对值：

＝=2.68（V）
回路电压总损失:
2.68<79.8(V)
校验结果：合格。

表4-1 低压电缆统计报表
编号
型 号
额定载流量
工作电流
长度
1#
UCPQ—0.66/1.14—3×70+1×16+4×6
215
208.16
370
2#
3#
UPQ--0.66/1.14—3×10+1×10
64
26.76
10
15
4#
5#
UPQ—0.66/1.14-3×50+1×16
173
148.68
25
30
6#
UCPQ—0.66/1.14—3×95+1×35+4×6
260
221.68
360
7#
UPQ—0.66/1.14-3×95+1×25
260
221.68
160
8#
UCPQ—0.66/1.14—3×95+1×35+3×6
260
174.58
420
9#
UCPQ—0.66/1.14—3×50+1×10+3×4
138
88.67
390
10#
UPQ—0.66/1.14-3×95+1×25
260
221.40
50
11#
12#
UPQ—0.66/1.14-3×25+1×16
113
110.70
10

5 短路电流计算
1) 1#变压器二次出口端的短路电流Id计算：
变压器二次电压1200V，容量1600KVA，系统短路容量按50MVA计算。
系统电抗：
XX=0.0288Ω
6KV高压电缆2200m电阻R0=0.412Ω/km、电抗X0=0.075Ω/km
Rg=0.437×2.2=0.9064Ω
Xg=0.08×2.2=0.1760Ω
变压器电阻、电抗：
Rb=0.0101Ω Xb=0.0931Ω

（5-1）
2)破碎机电机处短路电流Id计算：
UCPQ--0.66/1.14—3×50+1×10+3×4型电缆且L=390m的电阻、电抗：
R0=0.419Ω/km X0=0.081Ω/km
Xz=0.081×0.39=0.03159Ω
Rz=0.419×0.39=0.16341Ω
∑R=0.0447+0.16341=0.20811Ω
∑X= 0.1282+0.03159=0.15979Ω

3)转载机电机处短路电流Id计算：
UCPQ--0.66/1.14—3×95+1×35+3×6型电缆且L=420m的电阻、电抗：
R0=0.247Ω/km X0=0.075Ω/km
Xz=0.075×0.42=0.0315Ω
Rz=0.247×0.42=0.10374Ω
∑R=0.0447+0.10374=0.15144Ω
∑X= 0.1258+0.0315=0.1573Ω

4)工作面刮板输送机后电机处且L=160m短路电流Id计算：
UPQ—0.66/1.14-3×95+1×25型电缆的电阻、电抗：
R0=0.247Ω/km X0=0.075Ω/km
Xz=0.075×0.16=0.012Ω
Rz=0.247×0.16=0.03952Ω
∑R=0.0447+0.03952=0.08422Ω
∑X= 0.1282+0.012=0.1402Ω

5)工作面刮板输送机前电机处且L=360m短路电流Id计算：
UCPQ--0.66/1.14—3×95+1×35+4×6型电缆的电阻、电抗：
R0=0.247Ω/km X0=0.075Ω/km
Xz=0.075×0.36=0.027Ω
Rz=0.247×0.36=0.08892Ω
∑R=0.0447+0.08892=0.13362Ω
∑X= 0.1258+0.027=0.1528Ω

6) 2#变压器二次出口端的短路电流Id计算：
变压器二次电压1200V，容量1250KVA，系统短路容量按50MVA计算。
系统电抗：
XX=0.0288Ω 6KV电缆L g=2.2 km
R0=0.437Ω/km X0=0.08Ω/km
高压电缆电阻、电抗：
Rg=0.437×2.2=0.9614Ω
Xg=0.08×2.2=0.176Ω
变压器电阻、电抗：
Rb=0.0101Ω Xb=0.0931Ω

7)1#乳化液泵站电机处短路电流Id1计算：
UPQ—0.66/1.14-3×50+1×16型电缆且L=30m的电阻、电抗：
R0=0.491Ω/km X0=0.081Ω/km
Xz=0.081×0.03=0.00243Ω
Rz=0.419×0.03=0.01257Ω
∑R=0.0447+0.01257=0.05727Ω
∑X= 0.1282+0.00243=0.13063Ω

8)2#乳化液泵站电机处短路电流Id2计算：
UPQ—0.66/1.14-3×50+1×16型电缆且L=25m的电阻、电抗：
R0=0.491Ω/km X0=0.081Ω/km
Xz=0.081×0.025=0.002025Ω
Rz=0.419×0.025=0.010475Ω
∑R=0.0447+0.010475=0.055175Ω
∑X= 0.1282+0.002025=0.130525Ω

9)1#喷雾泵电机处短路电流Id计算：
UPQ--0.66/1.14—3×10+1×10型电缆且L=10m的电阻、电抗：
R0=2.159Ω/km X0=0.092Ω/km
Xz=0.092×0.01=0.0092Ω
Rz=2.159×0.01=0.02159Ω
∑R=0.0447+0.02159=0.06629Ω
∑X= 0.1282+0.0092=0.1374Ω

10)2#喷雾泵电机处短路电流Id计算：
UPQ--0.66/1.14—3×10+1×10型电缆且L=15m的电阻、电抗：
R0=2.159Ω/km X0=0.092Ω/km
Xz=0.092×0.015=0.00