煤矿采区供电设计doc.doc

毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：煤矿采区供电设计姓 名： 编 号： 平顶山工业职业技术学院 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 何俊华 专业 矿山机电 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： A 编制设计 B 设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系(部)主 任 年 月 日 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 电力工程 系 矿山机电 专业，学生 何俊华 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 煤矿采区供电设计 专题（论文）题目： 煤矿采区供电设计 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 何俊华 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 1 页共 31 页学生姓名： 何俊华 专业 矿山机电 年级 12级 毕业设计（论文）题目： 煤矿采区供电设计 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 煤矿采区供电设计摘 要 电力是煤矿企业的主要能源，由于井下特殊环境，为了减少井下自然灾害对人身和设备的危害，这就要求我们对煤矿企业采取一些特殊的供电要求和管理方法。由于电能够方便而经济地有其他形式的能量转化而得，又能简便而经济地转化成其他形式的能量供应使用;无论是工业还是居民生活，电能的应用极为广泛，一旦中断可能造成人员伤亡、设备损坏、生产停顿、居民生活混乱。所以搞好供电工作对工矿企业生产和职工生活的正常进行具有十分重要的意义。此次设计注重能力和技能训练的原则，结合工业企业电气化、电气工程自动化电气控制的目标，以供电设计基础能力为主兼顾供电系统的运行和设备维护与管理等知识。设计搜索、总结了供电方面的知识，为供电设计提供了参考依据。本次设计的对象是 平煤股份六矿公司采区供电，由于矿区开采煤层深、用电负荷大井下涌水量大、机械程度高所以选用深井供电系统。采取供电要求采区供电是否安全可靠，技术和经济合力将直接关系到人身，矿井和设备的安全及正常生产，由于矿井工作环境特殊，正确选择电气设备和导线，并采用合理供电控制和保护系统，以确保电气设备安全和防止瓦斯煤尘爆炸。关键词：电力，供电，采区，设计目 录煤矿采区供电设计1摘 要1第一章 绪论41.1概述41.1.1采区介绍41.2采区供电设计步骤51.2.1根据原材料进行采区供电设计的步骤如下：5第二章 图表62.1综采采区工作面供电设计图62.2.1参与设计人员7第三章 采区变电所分布及设置83.1采区变电所的位置与硐室设备布置83.1.1变电所位置选择原则：83.1.2硐室要求83.1.3设备布置93.2负荷统计计算和无功功率补偿方案103.2.1采区主要设备表103.2.2提高功率因数的意义103.2.3提高自然功率因数的方法113.2.4电容器的补偿方式和联接方式123.3主变压器的选择123.3.1变电所主变压器的选择123.3.3变压器的损耗计算133.3.4变压器经济运行分析153.4支路电缆的选择153.4.1采煤机支路电缆的选择153.4.2干线电缆的选择163.5短路电流的计算193.5.1短路电流的计算193.6选择个控制开关213.6.1高压开关的选择213.6.2高压配电箱的选择213.7继电保护器的整定和校验233.7.1保护装置的整定与校验计算233.7.2高压配电箱短路保护装置的灵敏度校验233.8采区保护接地系统263.8.1IT方式保护接地系统26参考文献28致谢29第一章 绪论1.1 概述平顶山天安煤业股份有限公司六矿位于平顶山市区西10公里的龙山脚下，于1958年兴建，1970年简易投产，设计生产能力90万吨年，经过三次技术改造，现核定生产能力达到339万吨年，拥有总资产6亿元，职工6911名，是一座技术先进的大型现代化矿井。矿井井田面积29.68平方公里，地质储量1.89亿吨，可采储量9900万吨，系缓倾斜近距离煤层群，其开拓方式为中央并列混合式多水平开拓，一水平标高100米，二水平标高440米。矿井通风方式为分区与中央并列混合式通风，通风方法为抽出式通风。矿井绝对瓦斯涌出量52.51立方米分，相对瓦斯涌出量8.1立方米吨，2005年6月，被鉴定为突出矿井。现生产采区为丁一、丁二、戊二，共有4个采煤工作面，均采用走向长壁下行垮落采煤法开采。主要开采煤层为丁5-6、戊8、戊9-10、戊10煤层，均具有煤尘爆炸危险性。主要煤种为13焦煤，商品煤发热量达到5000大卡以上，是优质的工业用煤，广泛用于电力、建材、工业及民用等行业。矿井采掘机械化程度100，井下掘进巷道锚网支护率达到98以上，形成了生产调度、安全监测、信息通讯等较为先进的技术网络。1.1.1 采区介绍1.采区为缓倾斜煤层，厚1.8m，煤质中硬，高瓦斯;采用中间上山开采，采区内分三个区段，区段长200m，工作面长150m，采区一翼的走向长400m。2.走向长壁，区内后退式采煤方法，两翼同时开采，回采可用调高的 MLQ180型单滚筒联合采煤机组。两班出煤，一班检修及放顶。3.工作面采用可弯曲的SGW44型运输机，区段平巷采用SGS30型运输机，采区上山采用宽为800mm的胶带机，采区轨道上山采用55kw单滚筒绞车。4.中央变电所的配出电压6kv，采区主要用电设备采用660v电压，煤电钻和照明采用127v电压。1.2采区供电设计步骤1.2.1根据原材料进行采区供电设计的步骤如下：1.采区供电系统图2.采区变电所与硐室位置的确定3负荷统计计算和无功功率补偿方案4.变压器选择5.供电电缆的选择6.计算短路电流7.选择开关及启动器8.继电器的整定计9.采区保护接地 第二章 图表2.1 综采采区工作面供电设计图图1-17综合采区工作面供电2.2统计表格2.2.1参与设计人员姓名职业年龄何俊华学生19第三章 采区变电所分布及设置3.1采区变电所的位置与硐室设备布置3.1.1变电所位置选择原则：采区供电对电能的要求电压允许偏差电压偏差公式如下电压偏差=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%低压照明用户为+5%-10%变电所位置选择原则1.尽量位于负荷中心，以节省电缆，减少电能与电压损失2.电缆进出线和设备的运输要方便3.变电所通风要良好4.变电所的顶、底板坚固，无淋水。考虑上述条件，决定把变电所设置在井底车场附近，并与中央水泵相邻3.1.2硐室要求井下中央变电所应特别注意防水、通风及防火问题。为了防水，变电所地面应比井底车场的轨面标高高出0.5m。为了使变电所有良好的通风条件，当硐室长度超过6m时，应设两个出口，保证硐室的温度不超过附近港道5。变电所的出口装设两重门，即铁板门和铁栅栏门。平时铁栅栏门关闭，铁板门打开，以利于通风。在发生火灾时，将铁门关闭以隔绝空气，便于灭火和防止火灾蔓延。 为了防火，硐室用耐火材料建成，其出口5m以内港道也用耐火材料建成；硐室内的电缆需采用不带黄麻保护层的；硐室内还必须设有砂箱及灭火器材。3.1.3设备布置设备布置的位置见第二章中图1-10采区变电所的位置和硐室布置 布置原则：在进行设备布置时，应将变压器与配电装置分开布置，高、低压配电装置分开布置。 布置方法：设备与墙壁之间、设备之间应留有足够的维护与检修通道，完全不需要从两侧或后面维护检修的设备，可互相靠紧和靠墙放置。考虑发展余地，变电所的高压配电设备的备用位置应按设计最大数量的20%考虑，且不少于两台。低压设备的备用回路，也按最多馈出回路数20%考虑。3.2负荷统计计算和无功功率补偿方案3.2.1采区主要设备表表9-10 采区主要负荷负荷名称台数容量/kw额定电压/V功率因数额定电流/A有功功率无功功率采煤机1170x211400.86108x2292.40173.50刮板输送机1132x211400.8884.6x2232.32125.39转载机113211400.8884.6116.1662.70破碎机111011400.857293.557.95乳化液站27511400.8747.565.2536.98煤电站11.21270.7990.950.733.2.2提高功率因数的意义 1）提高电力系统的供电能力2）减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。3）降低供电网络中的功率损耗。4）降低企业产品的成本电费的收取方法：“两部电价制”：基本电价、电度电价（包括调整电价）。COS大于等于0.9 奖，低于此值罚。3.2.3提高自然功率因数的方法1）选：正确的选择、合理的使用电动机和变压器，在条件允许的条件下，尽量选择鼠笼型电动机。避免：空载、轻载运行。2）调：合理选择变压器的容量，尽量空载、轻载运行。3）换：更换设备为节能设备，对大容量，长时工作的矿井通风机采用同步电动机，使其工作在过激状态。因采面有一类负荷所以应提高功率因数到0.951、电容器无功容量的计算 Qc=Pi(tanANTtanac)=800.85（0.57-0.32）=200.21kvar式中电容器所需补偿容量 补偿前负荷的有功功率 补偿前功率因数角 补偿后功率因数角 补偿前后的功率三角形3.2.4电容器的补偿方式和联接方式1）电容器的补偿方式 （1）单独就地补偿方式：接线、优缺点、适用对象。（2）分散补偿方式：接线、优缺点、适用对象。（3）集中补偿方式：接线、优缺点、适用对象：610kV 大中型煤矿主要补偿方式，如：平煤各矿。2）电容器的联接方式 （1）三角形接法（2）星形接法3.3主变压器的选择3.3.1变电所主变压器的选择当选择两台主变压器而且两台同时工作时，其中一台故障，另一台必须保证工矿企业的一、二类负荷用电，并不得少于变电所总计算负荷的80%或70%。即每台变压器的容量为： （2-3） 式中 P变电所总的有功计算负荷，kW；SN.T变压器的额定容量，kVA；Cosa.c变电所人工补偿后的功率因数，一般应在0.95以上；Sa.c变电所人工补偿后的视在容量，kVA；Kt.p故障保证系数，根据全企业一、二类负荷所占比例确定（对煤矿企业取Ktp 不应小于0.8）经统计全矿一类、二类负荷的计算负荷有用功功率为800.85kW,无功功率为457.25kvar。再考虑一段母线退出运行后，电容器补偿容量为总补偿容量的一半，此时的无功功率为457.25-200.21/2=357.14kvark，所以总的视在功率为（800.852+357.142）1/2=876.87kVA.占全矿计算负荷比例小于0.8，因而故障保证系数Ktp应取0.8.查表确定选择型 （3-21）查表选KBSGZY-315/6型变压器变压器2台. 变压器的负荷率为 =Sac/2SN.T=712.1/(2315)=0.524当两台变压器采用一台工作，一台备用的运行方式时，则变压器的容量应按下式计算： （2-4）当变电所只选一台变压器时，主变压器容量SN.T应满足全部用电负荷的需要。一般还应考虑15%25%的富裕容量，即 （2-5）3.3.3变压器的损耗计算包括；有功功率损耗、无功功率损耗。1、变压器的有功功率损耗（1）空载损耗（铁损Pt）：与变压器的负荷无关。可由空载实验测定。（2）铜损Pcu：与负荷电流（或功率）的平方成正比。由短路实验测得。有功损耗为： PT=2(Pi.T+PN.T2) （2-6） =2(19+7+0.5242)=8.3kW式中 PT变压器的有功功率损耗，kW;Pi.T变压器在额定电压时空载损耗，kW；PN.T变压器在额定负荷时短路损耗，kW;变压器的无功功率损耗（1）产生主磁通（产生励磁电流）QU：与负荷无关。与励磁电流（或近似地与空载电流）成正比。（2）消耗在一、二次绕组电抗上的无功功率QN：与负荷电流（或功率）的平方成正比。 QT=2(I0%SN.T/100+Us%SN.T2/100) （2-7） =2(0.716000/100+8160000.5242/100)=926.9kvar式中 QT变压器无功功率损耗，kvar;Qi.T变压器空载时的无功功率损耗，kvar;QN.T变压器额定负荷时的无功功率损耗，kvar;I0%变压器空载电流百分数；Us%变压器阻抗电压百分数（短路电压百分数）；SN.T变压器的额定容量，kVA。如果缺少参数，变压器的功率损耗可估算如下： PT= 0.02PT QT=0.1QT （2-8）3.3.4变压器经济运行分析 1、无功功率经济当量的概念（1）定义：无功功率经济当量Kec，电力系统每输送1kvar的无功功率，在系统中所产生的有功功率损耗的千瓦数之比, （2）有关因素：Kec与输电距离、电压变换次数等因素有关。（3）参考值：0.020.15（平均取0.1）。对于发电机直配用户 Kec=0.020.04；对于经两级变压的用户 Kec=0.050.07；对于经三级以上变压的用户；Kec=0.080.15。2、变压器的经济运行1）变压器经济损耗的计算两台同容量变压器并列运行时其功率损耗的计算： 临界负荷：Scr=SN.T(2Pi.T+KecQi.T)/(PN.T+KecQN.T)1/2 （2-9） = SN.T(2Pi.T+Kec I0%SN.T/100)/(PN.T+Kec Us%SN.T/100)1/2=160002(19+0.10.00716000)/(77+0.10.0816000)1/2=8684.8kVA式中，无功经济当量取Kec=0.1。可见，当变电所总负荷大于8684.8kVA时，应2台变压器并联运行；当总负荷小于8684.8kVA时，1台变压器运行比较经济。3.4支路电缆的选择3.4.1采煤机支路电缆的选择1.按机械强度选，查表初选为35mm2.按长时间允许负荷电流选,查表得35mm电缆长时间负荷电流为138A,大于采煤机的额定电流119A. 根据电缆型号和芯线数目的确定原则,确定选用UCP1000-3x35+1x6+4x4型采掘机屏蔽橡胶套电缆。3.4.2干线电缆的选择 干线电缆可选用胶套电缆，也可选用铠装电缆。干线电缆决定选用ZQ20型铠装电缆 1.按电压损失选择干线电缆截面。支路电压损失（设采煤机的负荷系数Klo=0.8;效率=0.9），Ubl= （3-45）=变压器电压损失（取变压器的加权平均数功率因数cos=0.7） （3-46） (3-47)式中 (3-48)干线电缆的允许电压损失 (3-49)满足电压损失的干线最小截面（取需用系数）为 (3-50)选择芯线截面为95mm的铜芯电缆2.按长时间电流选择干线电缆截面。干线电缆的长时工作电流（cos=0-7）为 (3-51)查表，95mm油寖纸绝缘铜芯铠装电缆的长时允许时间电流为285A，大于其工作电流210A。所以，确定选用-1000-395型铜芯油寝纸绝缘铅包裸铜带铠装电缆3.按启动条件校验电缆截面（1）采煤机的最小启动电压。（a）满足电动机的最小启动转矩。采煤机按直接启动、其他接线电气设备都正常运行的条件进行校验。由采煤机技术参数查的：额定启动转矩与额定转矩之比a=2.5;额定启动电流I=711A；启动功率因数cos=0.5由表查的，K=1.1。采煤机的最小启动电压， （3-52）安满足启动器吸力线圈有足够的吸持电压校验。采煤机在最小启动电压下的启动电流， （3-53）采煤机支线电缆的启动电压损失 （3-54）启动器安装处的电压 （3-55）满足启动器吸持电压的要求，所以取采煤机电机端子的最小启动电压为438V采煤机启动时电网电压损失的计算(a) 采煤机支线电缆的电压损失。由于采煤机电动机的最小启动电压为438V，启动电流为472A，支线电压损失。 （b）按满足启动时干线电缆的电压损失。除启动电机外，其他接线用电设备的需用系数，由式（3-56）得干线电缆损失为 (3-56)采煤机启动时变压器内部电压损失。除采煤机外，变压器所带其他接线用电器的需用系数，由式（3-57）、式（3-58）得变压器内部电压损失为 （3-57） （3-58）采煤机启动时的总电压损失为 （3-59）采煤机启动时其电动机端电压为 （3-60）由以上计算知，所选电缆截面满足采煤机启动条件的要求3.5短路电流的计算3.5.1短路电流的计算电源系统电抗 （3-61）中央变电所至采区变电所高压电缆的阻抗 （3-62） (3-63)采区变电所至2#移动变电站高压电缆的阻抗2#移动变电站变压器的阻抗低压干线电缆4的阻抗等于低压干线电缆5的阻抗采煤机支线电缆的阻抗点短路电流的计算短路回路总阻抗 两相短路电流的计算结果见表9-12表9-12 短路电流计算结果计算值短 路 点两相短路电流/A300517413876387626081922三相短路电流/A3910209448494849短路容量/MV.A42.722.8510.0810.08短路电流冲击值/kA9.975.3412.3612.363.6选择个控制开关3.6.1高压开关的选择1）隔离开关的选择（1）选择：型号：户内式、户外式、普通型 、防污型等、三柱式、双柱式和V型线构。包括额定电压，额定电流。（2）校验：动、热稳定性2）断路器的选择（1）种类：多油淘汰，少油、真空、防污等国产先进设备。（2）操作机构选择与控制方式、安装情况及操作电源相适应。（3）技术参数的选择：额定电压、额定电流。（4）校验额定断流容量：动稳定性、热稳定性。3）高压熔断器的选择（1）类型、使用环境、负荷种类、安装方式、操作方式。（2）参数：UN、IN、IS 。（3）校验：限流熔断器、非限流熔断器。（4）自产气灭弧熔断器：注意分断电流的上、下限。3.6.2高压配电箱的选择根据采区电气设备的选择原则，变电所的高压配电箱选用BGP6-6型矿用隔爆型高压空配电箱。该配电箱具有短路、过载、漏电、失压和监视保护。 根据计算高压配电箱所带负荷的额定电流为106.4A，选额定电流为200A的配电箱。额定电压6KV，工作电压6KV；额定断流容量100MV；点的最大短路容量42.7MV.A；极限允许通过电流25kA,点的短路电流冲击值9.97kA；配电箱2s的热稳定电流10kA，由得短路电流2s的热稳定电流经验算满足要求。 2.低压电气设备的选择。根据低压电气设备的选择原则，以控制采煤机的启动器为例说明电气参数的选择和校验。 采煤机的额定电流为216A，额定电压1140V。选型号确定原则，选DQZBH-300/1140改进型真空磁力启动器。该启动器的极限分流电流为4500A点的最大三相短路电流4849A。断流能力不符合要求 如果有分断电流大的应使分断电流大于点的最大三相短路电流4849A，如果不能选出分断电流满足要求的磁力启动器，应采取补救措施。采取的方法是2#移动变电站低压侧的自动馈电开关来切除最大三相短路电流或在配电点处增设进线馈电开关。其他接线磁力启动器的选择结果见第二章中的表9-13表9-13高压配电箱及磁力启动器选择结果开关编号开关型号1BGP6-62DQZBH-300/114034678DQZBH-200/11405KSGZ-4.0/11403.7继电保护器的整定和校验3.7.1保护装置的整定与校验计算 1#开关高压配电箱的整定，由于移动变电站高压测只装有负荷开关，移动变电站及其高压测线均由采区变电所中的高压配电箱来保护。长延时过载保护装着（过载保护）的整定值配电箱过载保护的整定范围为0.42.0陪的配电箱整定电流，共有11个挡位，故配电箱波段开关调整在0.6倍的位置，其实际整定电流为短路保护的整定值 式中 配电箱所控制负荷中最大容量电动机的长时工作电流，即采煤机负荷系数为0.8时的采煤机的额定工作电流，A； 配电箱所控制负荷中容量最大一台电动机的额定启动电流，即采煤机的额定启动电流，A； 1.2可靠系数 配电箱短路保护的整定范围为116倍的配电箱额定电流，共分为11挡位，故将波段开关调在2倍的位置，此时短路实际整定电流为3.7.2高压配电箱短路保护装置的灵敏度校验 由于高压配电箱所带负荷是两台移动变电站，所以保护装置对两台移动变电站的低压侧短路故障都应有足够的灵敏度（即后备保护），校验时应按灵敏度最小的移动变电站低压侧两相短路电流来校验。以2#移动变电站为例计算（变压器为 Y，y接线）。 满足要求 2#移动变电站高、低开关的整定 a,2#移动变电站高压开关的整定与1#高压配电箱的整定相同。 b,2#移动变电站低压开关的整定。移动变电站低压侧真空自动馈电开关有BKD500/1140、BXBI800/1140、BXB500/1140 型等。 过负荷保护装置按保护变压器过负荷来整定BKD500/1140型隔爆真空自动馈电开关的额定电流为500A，其过载保护整定范围是0.41倍的开关额定电流，故将过载保护调整在0.96倍额定电流位置，其过载保护的实际额定值为短路保护装置的整定 开关短路保护装置的整定范围为310倍的开关额定电流，故将其开关调在3.02倍额定电流的位置，其短路保护的实际整定值为灵敏度校验 用后备保护范围最小两相短路电流校验灵敏度（点最小两相短路电流） 满足要求用主保护范围内最小两相短路电流校验灵敏度（点最小两相短路电流） 满足要求采煤机启动器整定过负荷保护整定启动器的过负荷保护按时钟电流整定法可精确整定在216A，其实际整定值为216A过负荷保护整定短路保护的动作电流值取过负荷保护实际整定值的8倍，其短路保护的实际整定值为：灵敏度校验 满足要求其他接线启动器的整定与采煤机启动器的整定相同3.8采区保护接地系统3.8.1IT方式保护接地系统1、接地的基本概念为防止人触及电气设备因绝缘损坏而带电的外露金属部分造成人体触电事故，将电气设备中所有正常时不带电、绝缘损坏时可能带电的外露金属部分接地，称为保护接地。（1）接地和接地装置：（2）接地、接地体、接地线、接地装置、接地网、散流电阻、接地电阻。（3）接地电流和对地电压：（3）接地电流、电气上的“地”、接地部分的对地电压。 2.接触电压和跨步电压当人体接触及到点带电的金属外壳时，人体接触部分与站立点之间的电位差叫接触电压其电位点分布以接地点为圆心向周围扩散、逐步降低而在不同位置形成电位差，人、畜跨进这个区域，两脚之间将存在电压，该电压称为跨步电压。由于矿井井下全部使用IT方式保护接地系统所只介绍IT方式保护接地系统3.IT方式保护接地系统 IT系统是在中性点不接地或通过阻抗接地的系统中，将电气设备正常情况下不带电的外露金属部分直接接地。 系统中没有装设备接地时，如图8-13（a）所示。当电气设备发生一相碰壳接地事故时，若人体触及带点外壳，择电流经过人体入地，再经过其他接线两相对地绝缘电阻和对地分布电容流回电源。当线路对地绝缘电阻显著下降，或电网对地分布电容较大时，通过人体的电流将远远超过安全极限值，对人的生命构成了极大的危害。 当装设保护接地装置时，如第图8-13（b）所示。当人触及碰壳的设备外壳时，接地电流将同时通过人体和接地装置流入大地，经另外两相对地绝缘电阻和对地分布电容流回电源。由于接地电阻比人体电阻小的多，所以接地装置有很强的分流作用，使通过人体的接触电流大大减少，从而降低了人体触电的危险性。参考文献1梁南丁 .史万才 . 庞元俊 .煤矿供电M.平顶山：中国矿业大学出版社.2006.12刘雨中. 矿井维修电工M.平顶山：煤炭工业出版社2010.83王广云 . 机械基础M.平顶山：西北大学出版社2009.34王锦州. 煤矿电工学M.北京：煤炭工业出版社，2006致 谢这次毕业设计得到了许多老师和