毕业设计论文综合机械化采煤工作面供电系统设计.doc

---------煤业有限公司

综合机械化采煤工作面
供电系统设计

设计：

目录

一、概 ... 述........................ ...

二、采区供电系统拟定........................

三、采区供电计算........................ ...

四、电气设备选择............................

五、电缆选择与校验..........................

六、短路电流计算............................

七、 照 明...............................

一、 概述
-----------煤业有限公司煤矿是由---县地方国营---煤矿和已关闭的---县----村---煤矿整合而成，井田面积4.7538km2，储量5831万吨。
该矿现在正在矿井改造期间，计划2011年6月份完成改扩建工程，并进行验收，投产工作。
1、井田开拓
井田开拓为斜井开拓，布置3个井筒，及主斜井、副斜井和回风井。
主斜井：斜长826m分两段，其中倾角15°、斜长530m，延伸部分斜长296m、倾角21.8°
副斜井：斜长761m、倾角19°
回风井：斜长276m、倾角30°
2. 提升、运输
主提升采用DTL—100/63—2×315，大倾角强力胶带输送机提升。
3、 供电系统
地面新建35KV站和6KV站电源分别引自吴家窑35KV站和王坪35KV站、6KV站供地面生产用电及生活用电，井下供电引自35KV站。
副井提升选用JK—2.5型提升绞车，电机功率为450KW，电控系统选用PLC变频控制。
井下主运输采用胶带输送机运输，辅助运输现采用调度绞车牵引矿车运输。
4、 采区布置
首采区布置于5﹣1号煤层，选用综合机械化采煤工艺。现在首采工作面设备以安装就绪。
首采工作面长度为150m，走向长度1280m，煤层平均厚度3.73m
5、 首采工作面主要设备
采煤机：MG—300/700—WD
刮板机：SGZ—764/500
转载机：SZZ—764/160
破碎机：PCM132
顺槽胶带机：SSJ—1000/2×125
乳化液泵站：BRW—400/31.5
喷雾泵站：BPW—250/6.3
移动变电站：KBSGZY—1000/6 2台
低压馈电开关：KBZ2—630 2台
组合开关:QJZ—1600/4
QJZ—1600/8 2台

二、 采区供电系统拟定
根据砂石煤矿井下的现状：首采工作面距井下中央变电所距离较近；5﹣1水平未设计采取变电所，决定采区的高低压设备均由井下中央变电所直接供电。
1、 工作面设备布置图。(附后）
2、 工作面供电系统和系统图
设备名称
设备型号
设备容量
采煤机
MG—300/700—WD
700KW
刮板机
SGZ—764/500
500KW
转载机
SZZ—764/160
160KW
破碎机
PCM132
132KW
乳化液泵站
BRW—400/31.5
2×250KW(1用1备)
喷雾泵站
BPW—250/6.3
2×45KW(1用1备)
胶带输送机
SSJ—1000/6.3
250KW

三、 采区供电设计
1、 采区负荷统计、分配及移动变电站的选择
（1）负荷统计：
序号
设备名称
设备台数
每台设备电动机台数
额定功率KW
额定电压V
额定电流A
备注
1
采煤机
1
2
700
1140
185

2
刮板输送机
1
4
2×250 2×125
1140
149/92.5

3
转载机
1
2
160/80
1140
95.7/62.4

4
破碎机
1
1
132
1140
92.4

5
乳化液泵
2
2
250
1140
31.5

6
喷雾泵
2
2
45
1140
6.3

7
调度绞车
8
1
25KW
660V
25.3

8
调度绞车
5
1
11.4KW
660V
13.6

9
潜水泵
9
1
4KW
660V
10

（2）负荷分配，工作面设备选用2台移动变电站供电，其中：
1#变电站所供设备：采煤机（700KW）、转载机(高低速240KW)、破碎机(132KW)。
2#变电站所供设备：乳化液泵(2台500KW)、喷雾泵(2台90KW)、刮板输送机（高低速750KW）。
运输顺槽与回风顺槽设备均由中央变电所供电：
运 输 顺 槽：胶带输送机、调度绞车（4台45.6KW）、回柱绞车(30KW)、潜水泵（5台20KW）、照明综保（2台）。
回 风 顺 槽：调度绞车（1台11.4KW,8台25KW共211.4KW）、潜水泵（4台16KW）
（3）移动变电站的选择：
变压器编号：1#移变
负荷额定总功率∑P6：1072KW
最大电机功率Pd355KW
需用系数Kχ＝0.4＋0.6
=0.4＋0.6
=0.6
P6—电机最大功率
∑P6—负荷总功率
视在功率：
=
=756.7＜1000
—取0.85
根据现有设备选用KBSGZY—1000/6型矿用隔爆移动变电站一台，其额定容量1000KVA，额定电压为6KV ； 满足要求
变压器编号：2号变压器
需用系数Kχ＝0.4＋0.6
=0.4＋0.6
=0.51
视在功率：
=
=804＜1000
根据现有设备选用KBSGZY—1000/6型矿用隔爆移动变电站一台，其额定容量1000KVA，额定电压为6KV ； 满足要求
2、 电缆的选择
（1） 根据煤矿井下的特殊工作环境及行业规定，所有高低压电缆均选用矿用分相屏蔽的橡胶绝缘电缆。
（2） 电缆长度的确定；中央变电所至工作面设备列车移动变电站的高压电缆：1950m
采煤机电缆：由双电缆供电，每根电缆长350m
采煤机主电源—
Ig=Ie=
=252.35A
井筒内温度为25℃，此时K=1所以选用MCP—3×70＋4＋1型电缆，符合要求。

采煤机副电源—
Ig=Ie=
=238.33A
井筒内温度为25℃，此时K=1所以选用MCP—3×70＋4＋1型电缆，符合要求。

刮板机尾高低速电缆长度均：300m
刮板机头高低速电缆长度均：150m
刮板机尾电缆—
Ig=Ie=
=87.62A
井筒内温度为25℃，此时K=1所以选用MYP—3×50＋1型电缆，符合要求。

刮板机头电缆—
Ig=Ie=
=175.24A
井筒内温度为25℃，此时K=1所以选用MYP—3×50＋1型电缆，符合要求。

转载机高低速电缆均为：90m
转载机低速—
Ig=Ie=
=56A
井筒内温度为25℃，此时K=1所以选用MYP—3×35＋1型电缆，符合要求。

转载机高速—
Ig=Ie=
=112.15A
井筒内温度为25℃，此时K=1所以选用MYP—3×50＋1型电缆，符合要求。
破 碎 机 电 缆：130m
破碎机—
Ig=Ie=
=92.53A
井筒内温度为25℃，此时K=1所以选用MYP—3×50＋1型电缆，符合要求。
乳化液泵电缆：
乳化液泵—
Ig=Ie=
=175.24A
井筒内温度为25℃，此时K=1所以选用MYP—3×50＋1型电缆，符合要求。
喷雾泵电缆：
喷雾泵—
Ig=Ie=
=
=35.1A
井筒内温度为25℃，此时K=1所以选用MYP—3×16＋1型电缆，符合要求。

四、电器设备的选择
根据以下资料与实际情况选电器设备QJZ—1600/1140（660）—8
1、 周围环境温度﹣5℃—﹢4℃。若环境温度范围不同时须在铭牌上标有，以最高环境温度计算温升。
2、 大气压力80kPa—110kPa
3、 周围空气相对温度不大于96％（﹢25℃）
4、 在具有甲烷和煤尘矿井中，且无破坏绝缘气体和蒸气的环境中
5、 在无显著摇动与冲击振动的地方
6、 在有防止滴水的场所
7、 与水平的安装倾斜度不超过15°
8、 污染等级3级
其次QJZ—1600/1140（660）—8保护功能有：过载、短路、短相、漏电闭锁、控制功能组合、接通与分段能力、工频耐压。

用电设备
选用开关
型号
额定电压（V）
额定电流（A）
备注
采煤机
QJZ—1600/8
1140
185

刮板机
QJZ—1600/8
1140
149/92.5

乳化泵
QJZ—1600/4
1140
31.5

转载机
QJZ—1600/8
1140
95.7/62.4

破碎机
QJZ—1600/8
1140
92.4

喷雾泵
QJZ—1600/4
1140
6.3

五、电缆选择与校验
1、 供电网络计算
向移动变电站供电高压电缆选择
（1） 按长时允许工作面 选择电缆截面
KIy≥Ig
高压电缆最大持续工作电流Ig为：
Kχ=0.4＋0.6
=0.4896
Ig=
=
=157.28A
井筒内温度为25℃ K=1 选用电缆MYPTJ—3×120型，允许电流＞157.28A 符合要求。
（2） 按经济电流密度反算
可供最大负荷电流I=Aj
=120×2
=240A
可供最大容量S=
=×240×600×10﹣3
=2494.15KVA
（3） 按长时允许负荷电流计算可以供电容量
S=
=
=1634.5KVA
负荷总容量：
=
=1389KVA
电缆长时允许负荷电流1634.5＞1389. 符合要求
2、低压电缆选择
工作面1000（1#）移变—630馈电的电缆选型
工作电流计算
Ig=Ie=
=
=326.72A
kIy≥Ig
井筒内温度为25℃，此时K=1所以选为MYPTJ—3×120＋4＋1型电缆，符合要求。

工作面1000（2#）移变—630馈电的电缆选择
Ig=Ie=
==429.6A
井筒内温度为25℃，此时K=1所以选用MYPTJ—3×120＋4＋1型电缆，符合要求

中央变电所至工作面设备列车移动变电站的高压电缆：
Ig=
=
=790.84A
井筒内温度为25℃，此时K=1所以选用MYPTJ—3×120＋3×50型电缆，符合要求。

3、按允许电压损失校验副选用电缆截面：
（1）电缆支线上的电压损失
乳化液泵—
=
==
=2.456
=
=2.947

刮板机高、低速—
=
=
=29.47
=
=
=14.74
采煤机—
=
=
=43.44

4、 按正常工作时允许电压损失校验电缆截面
变压器的负荷容量：
ST=
=
=
=756.7
变压器的电抗压降百分数
UX％=
=×100=0.11
变压器的电阻压降百分数
UR％=
==5.498
变压器的电压损失
=
==0.592
=
==5.5746
电缆线路的电压损失
=
=
=145.58
低压电网的总电压损失为
=＋
=145.58＋5.5746
=151.15＜164
所以电缆截面满足电压损失要求
5、变压器供采煤机单台电动机启动验算
（1）电动机实际启动电流值为：
Iq===831.17972
式中 ——电源变压器二次侧额定电势，V；
——起动电流回路电阻之和，Ω；
——起动电流回路电抗之和，Ω。
(2)电动机每相阻抗：
Zq=
Rq=Zqcomψq=0.508×0.71=0.36068
Xq=Zqsinψq=0.508×0.78=0.39624
式中 ——电动机额定电压，V
——电动机额定起动电流，A
——电动机起动时每项电阻，Ω；
——电动机起动时每项电抗，Ω；
、——电动机起动时的功率因数及相应的正弦值
（3）1#变压器每相阻抗：
Rb==
Xb==
式中 ——变压器短路损耗，W，查产品目录；
——变压器二次侧额定电流，A，查产品目录；
——变压器二次侧额定电压，V；
——变压器电抗上压降的百分数，求法同前。
（4） 1#移变到采煤机电缆芯线电阻和电抗：
RL=ROL=0.315×0.35=0.11025
XL=XOL=0.078×0.35=0.2228571
=
=
=745V
式中 ——电缆实际长度，km；
、——电缆芯线每公里长的电阻和电抗
电动机启动电压为745V＜855V,满足要求。
6、 变压器供刮板输送机两台电动机用时启动验算
采用前面的方法求电动机D1、D2的启动阻抗Zq1、Zq2；电阻Rq1、Rq2；电抗Xq1、Xq2及线路电阻RL1=ROL1;电抗XL1=XOL1,求出两台电机功率相同
Z=
=
=0.7783

Zq=
Rq=Zqcomψ=0.63×0.71=0.448
Xq=Zqsinψq=0.63×0.78=0.492
Rc=ROL=0.448×0.3=0.1344
Xc=XOL=0.081×0.3=0.0243
电动机D1支路的电导电纳（即D2的电导电纳）
gq2==
Bq2==
电动机D1和D2支线并联后的电导、电纳为：

并联后的总导纳为：
X2=
=
=1.382
并联后的总阻抗：

并联后总电阻和电抗：

启动回路总电阻、电抗、阻抗

=0.484+0.1344+0.0036581
=0.622

=0.381+0.0243+0.06
=0.4653

=
=0.77678
通过变压器和电缆的启动电流：
Iq=
=
=884.48
电动机启动电流：
Iq1==
=770.87
电动机启动电压：
Uq=
=843.45V
电动机启动电流为843.45＜855

六短路电流计算

1、 热稳定校验
最大三相短路电流为：
I∞=
==4811A
Amin=
==25.7mm2
所需最小截面 Amin=25.7mm2＜1250mm2 MYPTJ—3×120型满足采煤工作面高压供电热稳定要求。

中央变电所的母线以前电源系统的电抗：
Xy=
中央变电所至移动变电站高压电缆的阻抗：
R1=roL=0.315×2.05
=0.646Ω
X1=XOL=0.078×2.05
=0.1599Ω
高压系统总阻抗：
R=R1=0.646Ω
X=Xy+X1=0.7938＋0.1599
=0.9537Ω
折算到移动变电站二次侧后的阻抗：
Rc==
Xc==
移动变电站变压器的阻抗：
RT=
XT=
采煤机干线电缆阻抗：
Rms=roLms
=0.26×0.015
=0..39
Xms=XoLms
=0.018×0.015
=0.00027
采煤机支线电缆阻抗：
Rb1=roLb1=0.315×0.35
=0.11375
Xb1=XoLb1
=0.078×0.35
=0.0273
采煤机短路回路总阻抗：
R=Rc+RT+Rms
=0.023437+0.01316+0.11375
=0.15
X=Xc+XT+Xms
=0.0303673+0.00026385+0.0273
=0.0579
最小两项短路电流：
Id(2)=
=
=8794A

2、高压配电装置中过电流继电器的整定与低压开关整定
（1）过电流继电器动作电流计算值

=
=
=139.35075
式中 ——变压器负荷中最大电动机的额定起动电流，A；
——其余负荷额定电流之和，A；
——可靠系数，一般取；
——变压比；
——电流互感器的变流比；
——需用系数。

过电流继电器动作电流整定值
根据值到高压配电装置产品说明书中选定过电流继电器的动作电流整定值。要求
140≥139.350
灵敏系数校验

=1.963≥1.5
校验结果：合格
式中 ——变压器二次侧母线上的两相短路电流，A。
中央变电所高压开关整定
IQe＋KxΣIe
Kb Ige

0.94
取最接近于计算值的数值，即n=1
式中
Kb-----变压器的变压比，6000/1200时，Kb=5
IQe-----容量最大的电动机的额定起动电流,一般IQe=(5～7)Ie
Kx------需用系数,取1.0
ΣIe-----其余电动机的额定电流之和,A
Ige-----高压配电装置的额定电流,A

（2）低压开关整定
K1馈电开关
Iz ≥IQe＋KxΣIe
Iz ≥157＋1.0×28
Iz ≥203 整定为250（A）
式中
Iz------过电流保护装置的电流整定值,A
IQe-----容量最大的电动机的额定起动电流,一般IQe=(5～7)Ie
Kx------需用系数,取1.0
ΣIe-----其余电动机的额定电流之和,A
K2馈电开关
Iz ≥IQe＋KxΣIe
Iz ≥25.7＋1.0×180.9
Iz ≥104.6 整定为150（A）
K3馈电开关
Iz ≥IQe＋KxΣIe
Iz ≥25.3＋1.0×14.4＋177.1
Iz ≥216.8 整定为250（A）
K4馈电开关
Iz ≥IQe＋KxΣIe
Iz ≥175＋1.0×556.5
Iz ≥731.5 整定为750（A）

K5馈电开关
Iz ≥IQe＋KxΣIe
Iz ≥252＋1.0×498.4
Iz ≥750.4 整定为760（A）
（3）
3、 供电系统图中所标各短路点的短路计算
d1点短路时的短路计算
Id(2)=Ue/2
∑R=R1/Kb2＋Rb＋R2
∑X=Xx＋X1/Kb2＋Xb＋X2
∑R=0.02584＋0.013164＋0.315=0.354
∑X=0.0288＋0.00639＋0.000246＋0.078=0.113
=1140÷2
　　　　＝５７０÷
　　　　＝１５３２（Ａ）
灵敏度系数校验：Id(2)=Id１Ｚ＝1532／250＝6.1＞１.５，满足要求。
式中
Id(2)-----两相短路电流,A
∑R、∑X----短路回路内一相电阻、电抗值的总和, Ω
Xx-------根据三相短路容量计算的系统电抗值，
Xx=U2B.2e/Sd=1.22/50=0.0288(Ω)
UB.2e-----变压器二次侧平均电压,即UB.2e=1.2KV
Sd------系统短路容量,按Sd=50KVA计算
R1、X1------高压电缆的电阻、电抗值,MYPTJ—3×120＋3×50，R1=0.646Ω/km, X1=0.1599Ω/km
R2、X2------低压电缆的电阻、电抗值。MYP—3×50＋1型矿用橡套电缆, R2=0.448Ω/km, X2=0.081Ω/km;
MYP—3×70＋1×16型矿用橡套电缆 R2=0.315Ω/km, X2=0.078Ω/km;
Kb----矿用变压器的变压比，6000/1200时为Kb=5
Rb、Xb----KBSGZY-1000/6型移动变电站Rb=0.013164Ω、Xb=0.000246Ω
Ue-----变压器二次侧的额定电压,对于1140V网络, Ue=1200V
d2点短路时的短路计算
　Id(2)=Ue/2
∑R=R1/Kb2＋Rb＋R2
∑X=Xx＋X1/Kb2＋Xb＋X2
　∑R=0.02584＋0.013164＋０.４４８＝０.４８７
　∑X=0.0288＋0.00639＋0.000246＋０.０８１＝０.１１６
=1140÷2
　　　　＝５７０÷
　　　　＝１１４０（Ａ）
灵敏度系数校验：Id(2)=Id２Ｚ＝１１４０／２５０＝４.６＞１.５，满足要求。
d3点短路时的短路计算
　Id(2)=Ue/2
∑R=R1/Kb2＋Rb＋R2
∑X=Xx＋X1/Kb2＋Xb＋X2
　∑R=0.02584＋0.013164＋０.６４６＝０.６８５
　∑X=0.0288＋0.00639＋0.000246＋０.１５９９＝０.１９５
=1140÷2
　　　　＝５７０÷
　　　　＝７８０（Ａ）
各短路点的短路电流计算值总表