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煤矿采区供电设计

煤矿采区供电设计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

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

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

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。矿井井田面积平方公里，地质储量亿吨，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立方米／分，相对瓦斯涌出量立方米／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1／3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，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 MLQ1—80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SGW—44型运输机，区段平巷采用SGS—30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。

采区供电设计步骤

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

统计表格

参与设计人员

第三章采区变电所分布及设置

采区变电所的位置与硐室设备布置

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=

%100- 额定电压

额定电压

实际电压

《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

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。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5C o。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。

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。

负荷统计计算和无功功率补偿方案

采区主要设备表

表9-10

采区主要负荷

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）。COSφ大于等于奖，低于此值罚。

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

1、电容器无功容量的计算

Qc=Pi(tanφANT－tanφac)

=?（）

式中Q c——电容器所需补偿容量

P∑——补偿前负荷的有功功率

ANT

——补偿前功率因数角

——补偿后功率因数角

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：6～10kV 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

主变压器的选择

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、补偿前后的功率三角形

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 PΣ——变电所总的有功计算负荷，kW；

——变压器的额定容量，kVA；

Cosφ——变电所人工补偿后的功率因数，一般应在以上；

——变电所人工补偿后的视在容量，kVA；

——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）

经统计全矿一类、二类负荷的计算负荷有用功功率为,无功功率为。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，所以总的视在功率为（+）1/2=.占全矿计算负荷比例小于，因而故障保证系数K tp应取.

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

β=Sac/=(2×315)=

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）

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ΔPt）：与变压器的负荷无关。可由空载实验测定。

（2）铜损ΔPcu：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：

△P T=2(Δ+Δβ2) （2-6）

=2×(19+7+=

式中ΔP T——变压器的有功功率损耗，kW;

Δ——变压器在额定电压时空载损耗，kW；

Δ——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）ΔQU：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ΔQN：与负荷电流（或功率）的平方成正比。

ΔQ T=2×(I0%100+U s%β2/100) （2-7）

=2××16000/100+8×16000×100)=

式中ΔQ T——变压器无功功率损耗，kvar;

Δ——变压器空载时的无功功率损耗，kvar;

Δ——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）；

——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：

ΔPT=

ΔQT=（2-8）

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：—（平均取）。对于发电机直配用户 Kec=—；对于经两级变压的用户

Kec=—；对于经三级以上变压的用户；Kec=—。

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=[(2×Δ+K ecΔ/(Δ+K ecΔ]1/2（2-9）

= [(2×Δ+K ec I0%100)/(Δ+K ec U s%100)]1/2×

=16000×[2×(19+××16000)/(77+××16000)]1/2=

式中，无功经济当量取K ec=。

可见，当变电所总负荷大于时，应2台变压器并联运行；当总负荷小于时，1台变压器运行比较经济。

支路电缆的选择

采煤机支路电缆的选择

1.按机械强度选，查表初选为35mm2

2.按长时间允许负荷电流选,查表得35mm2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UCP —1000-3x35+1x6+4x4型采掘机屏蔽橡胶套电缆。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=;效率η=），

ΔUbl=A

U KloPnLbl Un PR γ10

?= （3-45） =

V 6.139

.0355.42660101501008.03

=?????? 变压器电压损失（取变压器的加权平均数功率因数cos β=）（3-46）

V Unt Ut Ut 9.2369310045

.3100%%=?==

? (3-47) 式中 70.352.14%)(%)(%52.11003158.4100%2

222=-=-==?=??=u u

u x

x r

us Snt Pnt (3-48)

干线电缆的允许电压损失

V u u u u bl t p ms p 5.286.139.2366.=--=?-?-?=? (3-49) 满足电压损失的干线最小截面（取需用系数75.0=k dc ）为

3.3

1.775

.283.4466010400)2.183075100(75.010mm L P U

U K A MS

P SC

ms MS

=????++++?=?∑=

?γ (3-50)

选择芯线截面为95mm2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 α=0-7）为

A U

p K

I N

2017

.0660310)2.183075100(75.0cos 3103

=???++++?=

?=∑α

(3-51)

查表，95mm2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ZQ 20

----1000----3×95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=;额定启动电流I=711A ；启动功率因数cos β=由表查的，K=。采煤机的最小启动电压，

V a k u u n

st 4385

.21.1660min .=?== （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，

A U

U I I n

st N

st st 472660

438

711min ..min .=?== （3-53）采煤机支线电缆的启动电压损失

V st

bl A

L I U

2.4135

5.42150

5.04723cos 3.=??

??==??λ （3-54）

启动器安装处的电压

V U U U

N st bi st 4626607.07.02.4792.41438.min

.=?=≥=+=+? （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V U st bl 2.41.=?。

（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

8.0=K

，由式（3-56）得干线电缆损失为

sm ?.V

P K I A

L N

re N de

ms 52]66010)2.18308.0(5.04723[953.44400)

10cos 3(

.=?++?+???=?+=∑?γ (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

7.0cos ,75.0.==αωre m de

，由式（3-57）、式（3-58）得变压器内部电压损失为

)]tan 310sin %(.3

.ααre wm N

re N de

P K

I u ∑?+ （3-57）

V U

U T

N st

T st T 8.66693100

.9100

.2..=?=

?? （3-58）采煤机启动时的总电压损失为

V U U U U

st bl st ms st T st

1602.41528.66...=++=++=???? （3-59）

采煤机启动时其电动机端电压为

V V U U U

st st T

N 438533160693min ..2=>=-=-? （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

短路电流的计算

短路电流的计算电源系统电抗

Ω===794.050

3.62S

U X s

av sy

（3-61）中央变电所至采区变电所高压电缆的阻抗

Ω=?==468.04.2195.0L r R

o wl

（3-62）

Ω=?==144.04.206.0L x X

o wl

(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