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1、 山西大同大学 本科生毕业设计 中文题目： 综采工作面供电设计 英文题目：Power Supply Design Of Fully Mechanized Coal Face 学 院： 煤炭工程学院 姓 名： 学 号： 专 业： 自动化 班 级： 指导教师： 职 称： 副教授 完成日期： 年 6 月 3 日 山西大同大学2014届本科
2、毕业设计选题审批表 学院：煤炭工程学院 系别：电气工程系 专业： 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 副教授 所选题目名称： 8107综采工作面供电设计 选题性质： ( )A.理论研究 ( )B.应用研究 ( )C.应用理论研究 ( )D.产品设计 ( )E.工程技术开发 ( )F.软件开发与应用 ( )G.其它 选题的目的和意义： 综采平面的供电系统为煤矿的综采设备提供电力，综采工作面是煤炭行业生产的第一线也是最重要的一部分。单就综采工作面
3、来说，从设备的动力来源、设备运行的控制以及监控等各个方面，无一不与电能的运用紧密相联。然在实际生产中，很多故障乃至事故的产生都是因为供电系统存在着种种不合理的因素。本设计旨在通合理的计算和设备选型，以得到一个合理科学的综采工作面供电设计，从而从设计的源头上尽力避免故障的出现，并综合考虑事故出现的保护措施，最大化的减少事故造成的危害。随着采煤技术的发展,采煤工作面向“工作面设备重型化、工作面大型化”的方向发展。 指导教师意见： 签字： 年 月 日 学院意见：
4、 签字： 年 月 日 备注： 山西大同大学2014届本科毕业设计开题报告 学院：煤炭工程学院 系别： 电气工程系 专业： 自动化 论文题目 论文类型 A理论研究；B应用研究；C应用理论研究；D产品设计；E工程技术开发；F软件开发与应有；G其它 指导教师 职称 学生姓名 学号 一、 研究现状、目标、意义综述 供电负荷不断增大随着采煤技术的发展,采煤工作面向“工作面设备
5、重型化、工作面大型化”的方向发展。现在,国内高产高效综采工作面长度已达到300m,工作面最大推进长度已达6000m,最大采高已达7.0m。随之而来的便是工作面设备功率的不断增大，供电系统出现的问题也逐渐增多。本设计旨在通合理的计算和设备选型，以得到一个合理科学的综采工作面供电设计，从而从设计的源头上尽力避免故障的出现。 二、研究方法和进度安排 三、指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 山西大同大学2014届本科毕业设计中期检查表 学院：煤炭工程学院 系别： 电气工
6、程系 专业： 自动化 论文(设计)题目： 8107综采工作面供电系统设计 学生姓名 学号 指导教师 职称 副教授 综述学生在设计完成过程中的研究态度、与指导教师联系情况以及存在的问题的解决情况。 学生签字： 指导教师签字： 年 月 日 年 月 日 山西大同大学2014届本科毕业设计指导教师评分表 学院：煤炭工程学
7、院 系别： 电气工程系 专业： 自动化 论文(设计)题目： 8107综采工作面供电系统设计 学生姓名 学 号 指导教师 职 称 副教授 指导教师评语： 指导教师签字： 年 月 日 评 价 项 目 A B C D E 写作 过程 01 写作过程中的认真程度 02 写作过程中，进度掌握情况 选题 质量 03 选题与专业培养目标相符情况
8、04 选题体现专业特点情况 05 选题体现三基的要求情况 论文 质量 06 知识综合运用能力 07 结构、方案设计、应用价值 08 写作规范情况 指导教师评定成绩 优 良 中 及格 不及格 毕业设计分工情况：(多人合作时填写，包括本人研究的内容及其在课题中所占比例) 评定成绩参考：优-7项A，另一项为B；良-6项B或A，其它至少为B；中-5项B或A，其它至少为C；及格-4项B或A，其它至少为D；不及格-4项
9、为E。 山西大同大学2014届本科毕业设计评阅人评分表 学院：煤炭工程学院 系别： 电气工程系 专业： 自动化 论文(设计)题目： 8107综采工作面供电系统设计 学生姓名 学 号 指导教师 职 称 副教授 评 阅 人 职 称 评阅人评鉴 评审项目 指 标 A B C D E 选题质量 01 选题与专业培养目标相符情况 02 选题体现专业特点情况 能力水平 03 综合运用知识能力
10、 04 运用资料文献能力 05 研究方案的设计能力 论文水平 06 论点论据、语言表达 07 整体结构、应用价值 08 写作规范情况 评阅人评定成绩 优 良 中 及格 不及格 评定成绩参考：优-7项A，另一项为B；良-6项B或A，其它至少为B；中-5项B或A，其它至少为C；及格-四项B或A，其它至少为D；不及格-4项为E。 山西大同大学2014届本科毕业设计答辩评分表 学院：煤炭工程学院
11、 系别： 电气工程系 专业： 自动化 论文题目： 8107综采工作面供电系统设计 学生姓名 学 号 指导教师评分 指导教师 职 称 副教授 评阅人评分 答辩委员会/答辩小组名单 姓 名 性 别 职 称 学 位 答辩小组职务 李荣生 男 副教授 学士 组长 薛尚红 男 副教授 学士 秘书 男 副教授 硕士 成员 张楠 男 讲师 硕士 成员 答辩委员会（答辩小组评鉴） 评审项目 指标 A B C D E 论文评
12、价 01 选题与专业培养目标相符情况 02 选题体现专业特点情况 03 综合运用知识能力 04 运用资料文献能力 05 研究方案设计能力 06 论点论据、语言表达 07 整体结构、应用价值 08 写作规范情况 答辩表现 09 自述情况 10 答辩过程 答辩委员会综合评定成绩 优 良 中 及格 不及格 毕
13、业设计(设计)最终得分： 答辩委员会主任(或组长)签字： 年 月 日 评定成绩参考：优-9项A，另一项为B；良-8项B或A，其它至少为B；中-7项B或A，其它至少为C；及格-6项B或A，其它至少为D；不及格-5项为E。 山西大同大学2014届本科毕业生设计答辩记录表 煤炭工程 学院 自动化 专业 10级 姓名 学号 论文题目 8107综采工作面供电系统设计 答辩委员会 主席(或组长) 职称 答辩委员会 秘 书 答辩委员会 成 员 答辩记录(包含答辩委员提出的问题，学生回答
14、情况等) 记录人签字： 答辩委员会主任（答辩小组组长）(签字)： 年 月 日 年 月 日 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
15、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：设备选型；移动变电站；短路电流；整定计算 ABSTRACT Assorted machinery equipment and corr
16、esponding electrical equipment is selected by fully mechanized mining face in order to ensure that mining equipment can normally be put into operation . Whether fully mechanized mining face supply is safe , reliable, economical and reasonable, will be directly related to the safety of people , min
17、e and equipment and the normal producing process of mining area . Because working environment of coal mine is very bad, so besides reliable measures to prevent people from electric shock hazard taken , the type and parameters of electrical equipment should be selected correctly , the reasonable pow
18、er , control and protection systems should be taken and the electrical equipment maintenance and repair should be strengthened to ensure the safe operation of electrical equipment and prevention of gas and coal dust explosion. The design of fully mechanized mining face power system follows the bas
19、ic requirements of power for coal mining enterprises and " coal mine power supply design technical requirements ." According to the technical parameters of the face of electrical equipment, mobile substations are selectively calculated, high and low voltage cables are selectively calculated , high a
20、nd low pressure switches are selected and short circuits are calculated ,and protection devices are setting calculated . Keywords: equipment selection ; mobile substation ; short-circuit current ; setting calculation 目 录 1 综采工作面供电概述 1 1.1概述 1 1.2工作面简介 1 2 设备布置及负荷统计 2 2.1设备选用及
21、配置 2 2.1.1工作面设备 2 2.1.2工作面运输巷设备 2 2.1.3主要设备技术特征参数 2 2.2设备布置 8 2.3负荷统计 9 2.3.1电压等级 9 2.3.2负荷统计 9 2.4供电系统的拟定 10 2.4.1供电系统的拟定原则 10 2.4.2配电点位置确定 10 2.4.3供电系统的拟定 10 3 变压器的选择 11 3.1变压器型号的确定 11 3.2变压器台数的确定 11 3.3变压器容量的选择 11 3.4选型计算过程 11 4 高低压电缆的选择 15 4.1高压10KV电缆的选择 15 4
22、1.1型号的确定 15 4.1.2主芯线截面确定 15 4.2低压电缆的选择 20 4.2.1型号的确定 20 4.2.2电缆截面选择计算 21 4.2.3计算过程 22 5 短路电流的计算 26 5.1短路电流计算的目的 26 5.2计算方法和过程 26 5.2.1计算方法 26 5.2.2计算过程 28 6 过电流保护装置的选择和整定 30 6.1高压配电装置的选择 30 6.2隔爆低压配电装置的选择 31 6.3整定计算 32 6.3.1高压配电箱过流保护装置的整定 32 6.3.2井下低压系统过流保护装置整定 34 参
23、考文献 37 致 谢 38 山西大同大学煤炭工程学院2014届本科生毕业设计 1 综采工作面供电概述 1.1概述 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375×2KW，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
24、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3300V，而且还将继续提高。 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
25、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。 1.2工作面简介 8107工作面为石炭系太原组3-5＃煤，采煤法为走向长壁后退式一次采全高放顶煤。工作面倾斜长200米，走向长1709米。工作面电源来自井下北一盘区采区变电所，从北一盘区采区变电所到
26、2107皮带头距离为180米，计算高压电缆长度为200米。从2107皮带头到工作面动力中心距离为1600米，计算高压电缆长度为2300米。 2 设备布置及负荷统计 2.1设备选用及配置 2.1.1工作面设备 双滚筒采煤机 ： SL-500， 1台 前刮板输送机 ：42×1000×268AFC 2×1050KW TTT，1部 后刮板输送机 ：42×1250×268AFC 2×1050KW TTT，1部 液压支架： ZTZ20000/30/42型端头架，2架一组 ZFG13000/27.5/42H型过渡架，7架
27、 ZF15000/27.5/42型中间架，109架 2.1.2工作面运输巷设备 转载机：42×1350 1×600KW型，1台 破碎机：1×400KW型，1台 乳化液泵站：WRB400/31.5，4台。乳化液泵箱 ：4台 喷雾泵站： BPW320/12.5 ， 4台 顺槽皮带机： DSJ140/300/3×500， 3部 排水泵：45KW,2台；18.5KW，6台；7.5KW，5台。 泥沙泵：7.5KW,2台；乳化油泵：7.5 KW，2台。 2.1.3主要设备技术特征参数 1.双滚筒采煤机 规格型号 ： SL-
28、500 制造厂商： 德国艾柯夫公司 总装机功率： 1715KW 截割电机功率： 2×750KW 牵引电机功率： 2×90KW 电压 ： 3.3KV +10% -20% 截深： 950mm 滚筒直径 ： 2300mm 滚筒转速： 28r/min 卧底量 : 370mm
29、过煤口高度: 760mm 采高 : 5240mm 机身高度 : 1999mm 最大截割硬度: 100Mpa 最大倾角: 横向±10° 纵向±15° 整机重量 : 约120T 2.42*1000*268AFC 2*1050KW TTT前刮板输送机 规格型号 : 42*1000*268AFC 2*105
30、0KW TTT 制造厂商： 美国JOY公司 运输能力： 2500t／h 设计长度： 250m 铺设长度： 200m 总装机功率： 2×1050KW 电压等级： 3300V 中部槽长度： 1750mm 中部槽结构特点： 铸焊接、铸造槽邦型式 中部槽连接方式
31、 哑铃销 圆环链规格： Φ42*146mm 驱动装置布置方式: 平行布置 软启动方式： TTT 冷却方式 : 水冷 卸载方式: 端卸 3.42*1250*268AFC 2*1050KW TTT后刮板输送机 规格型号 : 42*1250*268AFC 2*1050KW 制造厂商： 美国JOY公司 运
32、输能力： 3000t／h 设计长度： 250m 铺设长度： 200m 总装机功率： 2×1050KW 电压等级： 3300V 中部槽长度： 1750mm 中部槽结构特点： 铸焊接、铸造槽邦型式 中部槽连接方式 ： 哑铃销 圆环链规格： Φ42*146mm 驱动装置布置方式: 平行布置 软启动方式：
33、 TTT 冷却方式 : 水冷 卸载方式: 端卸 4.支架情况 1)中间架： 架型： 支撑掩护式正四连杆液压支架 制造厂商： 中煤北京煤矿机械有限公司 型号： ZF15000/27.5/42型 支架结构高度： 2750—4200mm 支架宽度： 1660—1860mm 支架中心距： 1750
34、mm 初撑力(P=31.4Mpa)： 12778KN 工作阻力(P=36.86Mpa)： 15000KN 底板平均比压： 2.48-3.26Mpa 支护强度： 1.46Mpa 泵站压力： 31.4Mpa 整架重量： 4.376t 操作方式 ： 本架操作 2)端头架： 型号： ZTZ20000／30／42 架型： 放顶煤端头支架 制造商：
35、 郑州煤机厂 支架高度 ： 3000～4200mm 支架宽度 ： 3250mm 支架中心距 ： 2420mm 初撑力(P=31.5Mpa)： 15510KN 工作阻力(P=40.6Mpa)： 20000KN 支护强度： 0.52Mpa 泵站压力 ： 31.4Mpa 底座平均比压： 1.36Mpa 整架重量： 72.107t 3)过度
36、架： 型号： ZFG813000／27.5／42H 架型： 支撑掩护式反四连杆过渡支架 支架高度 ： 2750～4200mm 支架宽度 ： 1660～1860mm 支架中心距 ： 1750mm 初撑力(P=31.4Mpa)： 10096KN 工作阻力(P=40.43Mpa)： 13000KN 支护强度： 1.16Mpa 泵站压力 ： 31.4Mpa
37、 底座前端比压： 0～3.7Mpa 整架重量： 3.868t 操作方式 ： 本架操作 5.转载机： 规格型号 ： 42*1350 1*600KW 制造厂商： 美国JOY公司 设计长度： 38m 转载能力 ： 3500t／h 总装机功率： 600Kw 链速： 2.105 m/s 驱动装置布置方式：
38、 平行布置 偶合器 ： VOITH750 冷却方式： 水冷 中部槽结构特点 ： 铸焊接型式 中部槽联接方式 ： 哑铃销，螺栓连接 刮板间距 ： 584 mm 电压等级 ： 3300 V 供电频率 ： 50 Hz 6.破碎机： 规格型号： 1*400KW 制造厂商： 美国JOY公司 供电电压： 3300
39、V 破碎能力 ： 4250t/h 偶合器： VOITH650 总装机功率： 400KW 7.顺槽皮带输送机 型号： DSJ140/3*500 制造厂商： 煤科总院上海院运输机电研究制造中心 皮带机长： 1800米 带宽： B=1400mm 提升高度： -7米 运量： Q=3500t/
40、h 储带长度： 120m 胶带型号： PVG1800S阻燃型抗静电整芯带 供电电压： 10KV 驱动电机： 3*500KW 8.泵站 1)乳化液泵站 规格型号： BRW400/31.5 制造厂商： 无锡煤矿机械厂有限公司 单台泵的额定流量： 400L/min 单台泵的功率： 250kw 进水压力： 常压 额定工作压力：
41、 31.5MPa（可调整） 供电电源： 3300V、 50Hz 外型尺寸： 3380*1235*1360 工作液： 含3%—5%乳化油的中性水混合液 乳化液箱： RX400/25 2)喷雾泵站 规格型号： BRW320/12.5 制造厂商： 无锡煤矿机械厂有限公司 加压泵功率： 7.5KW 单台泵的功率： 125kw
42、单台泵的额定流量： 320L/min 额定工作压力： 12.5MPa 曲轴转速： 567r/min 供电电源： 3300V、 50Hz 配套水箱： QX320/20A 外型尺寸： 370*1008*1050 2.2设备布置 综采工作面供电设备的方法大致有4种，1大断面单巷道布置法；2小断面巷道布置法；3定点布置法；4其他方案。 (1)大断面单巷道布置法，即移动变电站和乳化液泵站等大部分设备布置在皮带运输机的一侧，随着工作
43、面的推移，电气设备放在平板矿车上随纸移动。这种方案的缺点是巷道断面大，开拓量大，支护成本高；优点是供电供液距离短，低压电缆电压损失小，液压管路压力损失小，且设备移动方便，便于设备的维护，是现代综采设备的典型布置方案。 (2)小断面巷道布置法，将移动变电站，工作面配电开关，乳化液泵站和喷雾泵站都设置在单独的辅助巷道与运输巷向工作面供电。这种方案适宜与下一个工作面尚未开采，但其回风巷已经开拓完毕，这时就可在此回风巷上布置上一工作面的移动变电站，配电开关和泵站装置。这种方案可使运输巷道断面缩小，支护成本降低，适合于双巷道掘进的开拓系统。 (3)定点布置法，将供电供液设备安装在离工作面较远的短石门
44、里或硐室里，并随工作面的推进而多次移动。这种方案适合于顶板比较破碎巷道维护较困难，同时走向长度和工作面长度不太长的综采工作面。其优点是投资小维护方便。 (4)其他方案。 根据本工作面的具体情况，可得设备布置图：见附图1 2.3负荷统计 2.3.1电压等级 根据设备情况8107工作面供电电压等级为三个电压等级。具体为：北一盘区采区变电所传送高压10KV，经过移动变电站分别向用电设备供电。工作面采煤机、前后刮板机、转载机、破碎机、乳化液泵站、部分喷雾泵工作电压等级3300V；2107皮带机驱动电机工作电压等级10KV；其他附属设备（排水泵等）工作电压等级660V；2.3.2负荷统
45、计 表2-1：工作面的负荷统计 序号 名称 型号 数量 额度功率 (KW) 额定电压(V) 1 顺槽皮带机 DSJ140/300/3*500 1 3*500 10000 2 采煤机SL 500 1 1715 3300 截割电机 DWAEH720/2-4N 2 750*2 牵引电机 A5W225 M42-04 2 90*2 液压泵电机 AE 160WJC 1 35 3 前刮板输送机 42*1000*268AFC 2*1050KW TT
46、T 1 1050*2 4 后刮板输送机 42*1250*268AFC 2*1050KW TTT 1 1050*2 5 转载机 42*1350 1*600KW 1 600 6 破碎机 1*400KW型 1 400 7 乳化液泵站 WRB400/31.5 1 250*4 8 喷雾泵站 （两用两备） BPW320/12.5 1 132*4 9 排水泵 45KW（应急） 18.5KW 7.5KW 2 6 5 45KW 18.5KW 7.5KW 660 10 泥沙泵 7.5KW 2 7.5KW 11
47、乳化油泵 7.5KW 2 7.5KW 合计 8447.5KW 2.4供电系统的拟定 2.4.1供电系统的拟定原则 1.在保证供电安全可靠的大前提下，电缆的根数与长度要尽量少，尽量避免回头供电； 2.对于大功率用电设备，如采煤机，最好采用单独电缆供电，工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式线路供电，对于皮带输送机也可用干线式供电，对于多台皮带输送机也可采用辐射式线路供电； 3.综采工作面一般设置为集中配电点，一般距离工作面50m~100m，随工作面的推进而移动，对于输送机，因位置的分散可分别设置供电点； 4.一台启动器原则上控制一台
48、电机，对采煤机等重要设备应有备用启动器，即一用一备；对刮板输送机要采用两用一备； 5.配电点在三台及以下可以不用设置高压进线馈电开关； 6.移动变电站二次侧如果已经有低压开关，可以不用在移动变电站以外再设低压总馈电开关。 2.4.2配电点位置确定 根据巷道布置和生产设备的位置，各台移动变电站放置在不同的位置。 向工作面配电及泵站液箱等移动设备放置在平板车上布置在皮带运输机（2107巷）一侧。距工作面80米。 向皮带机配电设备布置在皮带机头前方的联巷内。 2.4.3供电系统的拟定 8107工作面安装容量为8447.5KW，根据工作面设备布置地点、负荷分配情
49、况及供电要求，拟定由井下中央变电所取4趟高压电缆，具体分配情况如下表二所示： 表2-2：供电点分配情况 编号 起点 终点 负荷 1 采区变电所综采专用1#高开 2107皮带机头配电点 顺槽皮带机 2 采区变电所综采专用2#高开 2107巷距工作面80米处 工作面采煤机、转载机 破碎机、乳化液泵 3 采区变电所综采专用3#高开 2107巷距工作面80米处 工作面前、后刮板输送机 喷雾泵 4 采区变电所综采专用4#高开 2107巷 工作面其他设备 3 变压器的选择 3.1变压器型号的确定 在确定变压器型号时，应考虑变压器的电压等级、
50、容量等级和使用场所，还应考虑运输条件、备品配件来源、巷道断面等因素。 3.2变压器台数的确定 在确定变压器台数时，应根据运输条件、低压总馈电开关的额定电流和巷道断面综合考虑。 3.3变压器容量的选择 当在变压器低压侧进行了无功功率补偿后，变压器的容量应按补偿后的视在容量选择。 3.4选型计算过程 需用系数法统计负荷介绍: 综采工作面用电设备负荷统计采用需用系数法。当井下供电系统初步确定以后,既可进行负荷统计。负荷应列表统计，统计时应以每一条供电干线为单位进行（分组），即每一条供电干线、每一台移动变电站或变压器都应统计出它们的负荷，以便在后面的设计计
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