煤矿采区供电设计.doc

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： 张东东
日 期： 2012年8月1日

呼和乌素煤矿采区供电设计
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 / 26
5、
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。

目录
第一节、采区移动变电站位置的确定 2
一、采区供电对电能的要求 2
二、环境要求 3
第二节 拟定采区供电系统的原则 3
一、采区高压供电系统的拟定原则 3
二、采区低压供电系统的拟定原则 4
第三节 采区主要设备 4
第四节 采区负荷的计算及变压器容量、台数确定 6
一、变压器选择注意事项 6
二、台数的确定 6
三、采区负荷的计算及变压器容量、台数确定 6
第五节 采区低压供电网络的计算 8
一、电缆型号确定 9
二、电缆长度确定 9
三、选择支线电缆 10
四、干线电缆的选择 14
第六节 采区电气设备的选择 16
一、矿用低压隔爆开关选择 16
三、磁力起动器的选择 16
第七节 采区接地保护措施 17
第八节 采区漏电保护措施 19

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：
电压偏差＝×100%
《电能质量供电电压允许偏差》（GB 12325—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/T 15543—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；
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
序号
设备名称
设备型号
台数
电动机
安装
地点
功率kw
电压v
1
刮板输送机
SGZ1000/1400
1台
2×700
3300
工作面
2
滚筒式采煤机
MG650/1480WD
1台
1510
3300
工作面
3
转载机
SZZ1200/400
1台
400
1140
工作面
4
胶带输送机
DSJ120/120
1台
2×355
1140
顺槽
5
张紧绞车

1台
18.5
1140
顺槽
6
液压卷带装置
JY-1200
1台
15
1140
顺槽
7
破碎机
PLM3500
1台
375
1140
工作面
8
乳化液泵站
BRW400/31.5
3台
（1台备用）
250
1140
工作面
9
喷雾泵站
BPW315/12.5
2台
（1台备用）
75
1140
工作面
10
双速绞车
JSDB-13
1台
22
660
工作面
11
潜水泵
BQS20-50/7.5
3台
7.5
660
顺槽
12
阻化剂喷射泵
BH-4.0/2.5
2台（一用一备）
3
660
工作面

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 ＝ΣPe Kx Kc / cosφpj
＝2910×0.69×1/0.7
＝2868.43KVA
式中：ΣPe——供电设备额定功率之和
ΣPe ＝2*700+1510＝2910KW
Kx——需用系数，Kx＝0.4＋0.6×1400÷2910＝0.69
cosφpj——加权平均功率因率，按综采工作面，取0.7
Kc——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 ＝ΣPe Kx Kc / cosφpj
＝1350×0.58×1/0.7
＝1118.58KVA
式中：ΣPe——变电所供电设备额定功率之和
ΣPe ＝400+375+2*250+1*75＝1350KW
Kx——需用系数，Kx＝0.4＋0.6×400÷1350＝0.58
cosφpj——加权平均功率因率，按综采工作面，取0.7
Kc——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 ＝ΣPe Kx Kc / cosφpj
＝47.5×0.68×1/0.7
＝46.15KVA
式中：ΣPe——变电所供电设备额定功率之和
ΣPe ＝22+3×7.5+3＝47.5KW
Kx——需用系数，Kx＝0.4＋0.6×22÷47.5＝0.68
cosφpj——加权平均功率因率，按综采工作面，取0.7
Kc——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 ＝ΣPe Kx Kc / cosφpj
＝726.5×0.7×1/0.7
＝726.5KVA
式中：ΣPe——变电所供电设备额定功率之和
ΣPe ＝2×355+11+5.5＝726.5KW
Kx——需用系数，Kx＝0.7
cosφpj——加权平均功率因率，按综采工作面，取0.7
Kc——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
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＝1.05
LX—巷道实际长度m
电缆长度计算结果表
序 号
地 点
巷道长度（m）
选取电缆长度（m）
电 压
备 注
1
Z1
436
480
3300V
橡套
2
Z2
455
500
3300V
橡套
3
Z3
32
35
1140V
橡套
4
Z4
55
60
1140V
橡套
5
Z5
210
230
1140V
橡套
6
Z6
220
240
1140V
橡套
7
Z7
91
100
660V
橡套
8
Z8
109
120
1140V
橡套
9
G1
18
20
3300V
橡套
10
G2
9
10
1140V
橡套
11
G3
46
50
660V
橡套
12
G4
9
10
1140V
橡套
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 最小截面（mm2）

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：
主芯线截面mm2
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
长期允许电流A
37
46
63
85
110
135
170
205
250
295
各支线电缆的实际长时工作电流计算如下公式：
In ＝( KxΣPe 103)/(1.732Ueηpjcosφpj )
式中: In——电缆中通过的实际工作电流A
Kx——电动机负荷系数
ΣPe ——电缆所带负荷有功功率之和KW
Ue ——电网额定电压V
ηpj——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50 mm2，其IP=170A。
采煤机组电缆Z1当中的实际长时工作电流
Iz1＝( KxΣPe 103)/(1.732Ueηpjcosφpj )
＝0.75×1510×103/1.732×3300×0.85×0.85
＝274.24A
IP=170A＜Iz1＝274.24A
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120 mm2（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35 mm2，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＝( KxΣPe 103)/(1.732Ueηpjcosφpj )
＝0.8×700×103/1.732×3300×0.9×0.85
＝128.1A
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70 mm2(载流量为215A)。
3、满足喷雾泵站机械强度要求的截面初步截面确定为35mm2，其IP=135A。
喷雾泵站电缆Z3当中的实际长时工作电流
Iz2＝( KxΣPe 103)/(1.732Ueηpjcosφpj )
＝75×103/1.732×1140×0.9×0.85
＝49.6A
IP=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流的要求，所以喷雾泵站电缆截面取35mm2。
4、满足乳化液泵站机械强度要求的截面初步截面确定为25mm2，其IP=110A。
乳化液泵站电缆Z4当中的实际长时工作电流
Iz4＝( KxΣPe 103)/(1.732Ueηpjcosφpj )
＝0.95×250×103/1.732×1140×0.9×0.85
＝157.24A
IP=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作电流的要求，所以乳化液泵站电缆截面取70mm2（载流量为205A）。
5、满足转载机机组机械强度要求的截面初步截面确定为25 mm2，其IP=110A。
转载机机组电缆Z5当中的实际长时工作电流
Iz5＝( KxΣPe 103)/(1.732Ueηpjcosφpj )
＝0.9×400×103/1.732×1140×0.9×0.85
＝238.3A
IP=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95 mm2(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25 mm2，其IP=110A。
破碎机机组电缆Z6当中的实际长时工作电流
Iz7( KxΣPe 103)/(1.732Ueηpjcosφpj )
＝0.95×375×103/1.732×1140×0.9×0.85
＝235.85A
IP=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95 mm2(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4m2，其IP=37A。
采面调度绞车电缆Z7当中的实际长时工作电流
I7＝( KxΣPe 103)/(1.732Ueηpjcosφpj )
＝0.95×22×103/1.732×660×0.9×0.85
＝24A
IP=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，所以液压安全绞车电缆截面取16mm2。

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定为35 mm2，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
I8＝( KxΣPe 103)/(1.732Ueηpjcosφpj )
＝0.85×350×103/1.732×1140×0.9×0.85
＝196.96A
IP=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大些取95 mm2（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
Ica1＝KdeΣPN103/1.732UNcosφ
＝0.69×2910×103/1.732×3300×0.7
＝501.86A
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
Ica2＝KdeΣPN103/1.732UNcosφ
＝0.58×1350×103/1.732×1140×0.7
＝566.51A
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
Ica3＝KdeΣPN103/1.732UNcosφ
＝0.68×47.5×103/1.732×660×0.7
＝40.465A
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
Ica1＝KdeΣPN103/1.732UNcosφ
＝0.7×350×103/1.732×1140×0.7
＝177.26A
所以干线电缆G4选用95㎜2,其载流量为250A。

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mm2
95
70
70
95
120
70
35
70
95
95
16
95

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
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50mm2的铜线截面不小于100mm2的镀锌铁线或厚度不小于4mm，截面不小于100mm2的扁钢。
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线盒两头的铠装、铠皮的连接，应用截面不小于25mm2的铜线，截面不小于50mm2的镀锌线或厚度不小于4mm，截面不小于50mm2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
2、动作速度。
3、检漏继电器只监视电网对地的绝缘电阻值，不反应电容大小。
4、电网的绝缘电阻值无论是对称下降还是不对称下降，动作电阻值不变。
5、检漏继电器内部阻抗值应很大，正常时保证电网对地的绝缘，不增加人身触电的危险
6、动作灵敏可靠，既不拒绝动作也不误动作。
7、检漏继电器的动作电阻不受电网波动的影响。
8、对电网对地电容电流能够进行有效补偿。
9、送电前，发现漏电，应该将电源开关闭锁，以防向故障电网送电。
10、动作要有选择性，以便缩小故障范围。

附采区机电设备一览表
序号
设备名称
设备型号
台数
电动机
安装
地点

备注
功率kw
电压v
1
刮板输送机
SGZ1000/1400
1
2×700
3300
工作面

2
滚筒式采煤机
MG650/1480WD
1
1510
3300
工作面

3
转载机
SZZ1200/400
1
400
1140
工作面

4
胶带输送机
DSJ120/120
1
2×355
1140
顺槽

5
张紧绞车

1
18.5
1140
顺槽

6
液压卷带装置
JY-1200
1
15
1140
顺槽

7
破碎机
PLM3500
1
375
1140
工作面

8
乳化液泵站
BRW400/31.5
3
（1台备用）
250
1140
工作面

9
喷雾泵站
BPW315/12.5
2
（1台备用）
75
1140
工作面

10
双速绞车
JSDB-13
1
22
660
工作面

11
潜水泵
BQS20-50/7.5
3
7.5
660
顺槽

12
阻化剂喷射泵
BH-4.0/2.5
2（一用一备）
3
660
工作面

13
矿用组合开关
QJZ9215-1600/3300-6
1
----
3300
工作面

14
矿用组合开关
QJZ9215-1800/3300-8
1
----
1140
工作面

15
磁力启动器
QJZ-30/660(380)
3
----
660
顺槽

16
磁力启动器
QBZ-200/1140(660)
1
----
660
工作面

17
磁力启动器
QBZ-80/1140(660)
1
----
660
工作面

18
软启动器
QJR-250
2
----
1140
顺槽

19
馈电开关
BKD-500/1140(660)
2
----
1140
顺槽

20
馈电开关
KBZ-400/1140(660)
1
----
1140
顺槽

21
移动变电站
KBSGZY3-T-4000
1
----
3300
工作面

22
移动变电站
KBSGZY3-T-2000
1
----
1140
工作面

23
移动变电站
KBSGZY3-T-315
1
----
660
工作面

24
移动变电站
KBSGZY3-T-1000
1
----
1140
顺槽

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