供电系统移动变电站铺设电缆设计书

1 供电系统移动变电站铺设电缆设计 书 区供电设计的目的 电力是煤矿主要的能源，采区供电是煤矿供电系统的重要组成部分，对整个采区意义重大。为了正常生产和井下用点安全，用我们所学的专业理论知识具体解决井下供电问题，通过查取资料和各种文献，进行采取供电设计，培养我们计算能力、绘制图表、机械制图和编写技术资料能力。掌握采区用电规程和各项规章制度。完成毕业前的重要课题，了解井下变电所的组成，完成深井下的供电系统，为以后的工作打下夯实的基础 。 区供电设计要求 （ 1） 设计要符合煤矿电工学、煤矿安全规程 、煤矿工业设计规范、煤矿井下供电设计技术规定、煤矿电工手册、工矿企业供电等。 （ 2）设计遵守煤矿安全的相关规定，符合国家标准，在保证各项规格都达标的情况下，选择最佳方案。 （ 3）对所选设备进行分析、检验是否符合矿用电器设备的要求。 （ 4）在选材时，应采用定性的成套设备，尽量采用新技术、新产品、国产设备，积极开动脑筋在满足条件前提下，做到经济。 （ 5）设计要确保质量、安全、经济适用。 2 区供电设计任务 (1)采区变电所和工作面配电点位置的确定 (2)采区供电系统的拟定 (3)采区变电所的负荷统计及变压器容量、型号、台数选择。 (4)采区高压电缆的选择 (5)采区低压动力电缆的选择 (6)采区电网短路电流的计算 (7)采取高、低压配电装置的选择 (8)采区高、低压开关保护装置的整定计算 （ 9）井下漏电保护及井下保护接地系统 (10)采区变电所的硐室及设备布 （ 11） 编制设计说明书及绘制图纸的要 表 1 采区设备技术特征表 用电 设备 名称 电动机 型号 设备台数 电动 机额定功率/每台设备电动机数 额定 电压 额定电流 /A 额定功率因数 工作 启动 工作 启动 综采设备 170 2 1140 108 567 64型可弯曲刮板运输机 132 2 1140 28 25可伸缩式输送机 125 1 660 138 897 75 1 1140 3 660 2 32型刮板转载机 132 1 1140 28 回柱绞车 17 1 660 30 5型喷雾泵 30 1 660 127 9 4 110 1 1140 72 432 4 660 照明 660 上山运输设备 200 75 1 660 82 553 224型单滚筒提升绞车 110 1 660 上山硐室照明 127 4 2 采区变电所的位置 供电系统及主变压器的选择 电所及配电点位置的确定 区变电所位置的确定 采区变电所是采区供电的中心，它担负着整个采 区的受电、配电、变电任务。 采区变电所的位置决定于低压供电电压、供电距离、采煤方法及采区巷道布置方式、机械化程度、采煤机组的容量大小等因素。 在确定采区变电所的位置时，首先应按工作面的机械化程度和供电质量要求，选择采区供电电压以及移动变电站的设置地点。根据机械化工作面采煤机组功率大、供电距离比其他机械设备远，且启动频繁、重载启动等特点，要求工作面输送机和采煤机组电动机启动时允许电压损失符合要求，保证机组启动有足够启动力矩。 一般来说，炮采工作面选择 380V 或 660V 供电；普通机械化采煤工作面选择 660V 供电 ；综采机械化采煤工作面选择 1140产高效矿井综采工作面选择 3300 区变电所硐室的位置确定 采区变电所硐室的位置确定 遵循的原则： 1）变电所尽量接近负荷中心，保证与距离最短、容量最大的用电设备之间的电压损失在允许范围之内。 5 2）应尽量少设变电所，并减少变电所的迁移次数。在保证电压损失不超过允许范围情况下，一个采区最好只设一个采区变电所对采区供电。 3）通风良好，进出线及设备运输方便。 4）顶、底板稳定并避免淋水。 采取变电所硐室不得设在工作面平巷中，一般设在盘区运输斜巷与轨道斜 巷之间的联络巷内。 本设计将采区变电所设在运输斜巷和轨道斜巷之间的联络巷内。 动变电站位置确定 移动变电站是由特制的高压配电箱，干式变压器和低压配电装置组成的整体，安放在平车上，可在平巷的轨道上移动。采用移动变电站供电的优势是缩短低压供电距离，减少电压损失，随工作面的移动而移动。一般用于综采工作面供电。 移动变电站一般设置在工作面平巷，距工作面 00150 ，工作面每向前推进00100 ,变电站向前移动一次，使综采工作面的 低电压供电距离不超过 移动变电站的设置原则是靠近负荷中心，同时考虑安全性和经济性。 设置在运输平巷，其优点是靠近负荷中心；缺点是加大巷道断面，增大开拓费用和维护费用。 设置在回风平巷，其优点是不需要专设轨道和增大巷道断面；缺点是远离运输平巷的输送机，而且在专用回风巷内不得设置移动变电站。 设置在下一个工作面的回风平巷与本工作面运输平巷的联络巷内，其优点是既能位于负荷中心，又不需增大巷道断面；缺点是必须在采掘可以衔接的情况下选用。 设置在运输平巷的入口处轨道上山与 材料上山的联络巷内，其优点是不需要增大巷道 断面；缺点是距离工作面较远，在供电质量满足要求的情况下选用。 本设计采用布置方式的第一种，设置在运输平巷中。 区变电所供电系统的拟定 拟定采区供电系统，就是拟定采区供电系统的结线、确定变电所内的高低压开关、输电线路及控制开关的数量。 拟定供电系统的原则： 1）在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的开关、启动器和电缆等最少。 2）原则上一台起动器只控制一台低压用电设备；一台高压配电箱只控制一台变压器。当 6 高压配电箱或低压启动器有三台机以上时，应设置进线开关；采 区双电源供电时，应设置两台进线高压配电箱。 3）当采区变电所的动力变压器多于一台时，应合理分配变压器的负荷，原则上一台变压器担负一个工作面的用电设备，且变压器最好不并联运行。 4）由于工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电，上山及运输平巷的输送机宜采用干线式供电；供电线路应选最短的线路，但应注意采煤工作面不应敷设电缆，溜放煤、矸、材料的溜道中严禁敷设电缆，并尽量避免回头供电。 5）大容量设备的启动器应靠近配电点的进线端，以减小启动器间电缆截面。 6）低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机，可采用装有选择性漏电保 护装置的供电线路供电，或与采煤工作面分开供电。 7）瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井中，掘进工作面的局部通风应实行三专（专用变压器、专用开关、专用线路）和两闭锁（风电闭锁、瓦斯电闭锁）设施。因此掘进工作面的供电线路上应设一台闭锁用的电磁启动器，或专用的风电闭锁装置。 8）采区变电所、上山绞车房、装车站及综采工作面应设照明灯。因此，要设照明变压器综合保护装置。 井下中央变电所据采区距离为 配电电压为 6取单回路向采区变电所供电。 区变电所负 荷统计及变压器型号、容量、台数的选择确定 区变电所负荷统计 用需用系数法统计负荷： 以 1# 综采工作面为例，用需用系数法统计计算并填入表 2解：以采区工作面为例计算变压器的计算负荷 有功功率 3 4 5 . 1 k v a 3 . 3 3t a 22 7 式中 用系数， PK 容量最大的电动机的额定功率 由公式的，得 应的正切值， 加权平均功率 因数，计算得以 定电压， 顺槽设备负荷计算： 加权平均功率因数： 根据工矿企业供电查表 2功功率 1 0 6 . 4 2 k v a 5 . 0 8t a 22 其他符合统计如表 28 表 2负荷名称 设备台数 用电设备额定容量/定电压/V 需用系数 功率因数 计算负荷 工作电流 备注 有功功率/功功率/视在功率/定电流 计算电流 1#综采工作面 工作面设备 一台工作 采煤机 1 170*2 1140 刮板输送机 1 132*2 1140 刮板转载机 1 132 1140 破碎机 1 110 1140 乳化液泵 2 75*2 1140 煤电钻 1 27 信、信号、控 1 27 9 制 工作面变压器计算负荷 140 压器损耗 作面计算负荷 6000 顺槽设备 一台工作 带式输送机 1 125 660 张紧绞车 1 4 660 回柱绞车 1 17 660 调度绞车 4 60 喷雾泵 2 30 660 小水泵 2 60 煤电钻 1 27 照明 27 1 顺槽变压器计算负荷 60 变压器损耗 顺槽的计算负荷 000 #综采工作面负荷总计 000 #综采工作面负荷总计 000 山运输 固定带式输送机 3 75 660 单滚筒提升绞车 1 110 660 10 上山、硐室照明 27 1 1 上山变压器计算负荷 60 变压器损耗 上山运输计算负荷 000 区变电所负荷总计 000 区变电所计算负荷 000 变压器型号的选择和确定原则 在确定变压器型号时，应考虑变压器的使用场所及电源电压、用户电压。在变电所硐室内的动力变压器选择矿用一般型油浸变压器 ;在采煤工作面平巷及掘进巷道内的动力变压器应选择隔爆型干式动力变压器或移动变电站。变压器的一次侧额定电压应等于电源电压，二次侧电压等于 的用户额定电压。为了供电经济性，应尽量选择低损 耗变压器，即阻抗压降百分数较小的变压器。同时根据应根据巷道断面，运输条件及设备容量等因素对选用方案进行经济比较，选取最佳方案。 矿用动力变压器：目前我国煤矿井下主变电所及采区变电所内使用的动力变压器主要是 为矿用一般型设备，允许安装在无易燃、易爆气体环境中。 矿用隔爆型干式变压器： 列矿用隔爆型干式变压器主要用于易燃易爆危险场合，如煤矿井下采掘工作面等处。 为煤矿井下综合机械系统成套设备的主 要供配电装置。 隔爆移动变电站： 矿用隔爆千伏级移动变电站是根据我国煤矿井下采煤方式，由炮采及普通机械化采煤逐渐向综合机械化发展的需要而研制的一种成套高档供电设备，该设备可用于综合机械化采煤工作面，也可在普通机械化 660伏采区推广使用。 采区变电所每台变压器的计算容量按容量系数计算： 1# 综采工作面为例选择变压器 11 .c 根据煤矿电工学书 191 页式（ 7 式中： 变压器计算容量， 组间同时系数，当供给一个工作面时取 1，供给两个工作面时取 给三个工作面及以上工作面时取 变压器所带各组设备计算功率之和， 变压器加权平均功率因数； 变压器容量的确定： 根据所选变压器型号和所求变压器计算容量 选取应满足下列条件的变压器额定容量： . 工作面变压器的容量计算： o s 中： 变压器加权平均功率因数为 组间同时系数，仅供一个工作面时取 1矿 企业供电书，查表 5用 型隔爆移动变电站一台。 800. S T 容量满足要求。 顺槽变压器容量计算： o s tw 表选用 型隔爆移动变电站变压器一台 上山变压器计算： o s tw 表选用 型变压器一台 12 2）选择向工作面供电的移动变电站（ 2# 移变） 变压器的计算容量为 k V o s 查 表 5择 型隔爆移动变电站 1 台，其主要技术数据见表 2槽的变压器同上 选择 隔爆移动变电站变电站一台 表 2额定容量定电压 /定损耗 /W 阻抗电压/ 空载电流/ 连接组别 高压 低压 空载 短路 8/00 6 300 5200 315 6 400 2200 4 400 6 60 4800 800 6 300 5200 315 6 400 2200 4 13 14 3 井下高、低压 电缆的选择 下高压电缆的选择确定 根据电缆型号的确定原则，全部选择煤矿用阻燃型电缆，其型号选择如下： 由中央变电所至采区变电所的高压电缆，选用 型煤矿用铝芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套聚氯乙烯护外被层细钢丝铠装阻燃型塑料电缆；由采区变电所至移动变电站的高压电缆，选用 型矿用移动屏蔽监视型橡套软电缆；矿用移动屏蔽橡胶套软电缆；向千伏级设备供电的电缆，矿用移动屏蔽橡胶套软电缆；其他从启动器至 电动机，以及向顺槽供电的干线电缆均选用 矿用移动屏蔽橡套软电缆；向上山绞车、上山输送机供电的干线电缆选用 型铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套聚氯乙烯外被层钢带铠装电力电缆；电钻和照明选用电钻专用 矿用屏蔽电钻电缆。 确定电缆长度： 从中央变电所至采区变电所的 型电缆的总长度的计算为例 8 2202492 0 0 m ）（式中 缆弯曲系数，橡胶套电缆取 装电缆取 缆敷设路径的长度； 2000 中央变电所至采区入口处的距离， m； 249 采区入口处至采区变电所的距离， m； 20 采区变电所引入线的距离， m。 假设电缆中间有三个接头（电缆中间有接头时，应在电缆的两端头处各增加 3m），则电缆总长度应为： 0 0362 3 8 2 从 #1 移动变电站到 #2 移动变电站 的 型电缆总长度为 31 5 0201 0 0 m ）（式中 1000 采区一翼走向长度， m； 20 #1 移动变电站至上山巷道的距离， m； 150 #2 移动变电站至工作面的距离， m。 向移动变电站供电的电缆，一般每段长 用插销式电缆连接器连接，这样可随移动变 15 电站的移动较方便地将电缆拆除或连接，所以应选十段电缆，总长为 考虑到电缆中间有 9 个接头及其两端与移动变电站连接，电缆所需总长为 97310613 。因此选择电缆满足了供电要求的距离。 向采煤机供电的支线电缆，考虑工作面长度 配电点至工作面的距离 则电缆长度为： m ）（在增加机头活动长度 5m 与启动连接处 3m，所以确定电缆长度为 按经济电流密度选择电缆芯线截面： 1、高压电缆截面的选择 （ 1）向移动变电站供电的高压电缆截面选择。首先按长时允许电流选择由综 采工作面负荷统计表可知，采区变电所至 #2 移动变电站电缆最大工作电流为 查工矿企业供电表 7择截面为 25 2其长时允许电流为 大于 查工矿企业供电表 7用 25+1 16+3 移动变电站专用高压电缆。由于此型号的目前最小截面为 25 2所以， #1 移动变电站采用电缆选用此种电缆（设环境温度为 25 C） 1 按短路时热稳定条件校验截面： 电缆首端最大运行方式时三相短路容量为 100相短路电流： 033)3( （ 4 3(m （ 4 式中： 最小截面， 2)3(I 三相短路电流， A C 导体材料的热稳定系数，见工矿企业供电表 3 C= 假想短路电流作用时间， S（对于井下高压开关取 16 23m i n 25 2不符合要求改用截面为 35 2 35+1 16+3 电缆。 2 按允许电压损失校验截面： 310 （ 4 式中： 导线电阻上的电压损失， V； 线路的额定电压， V； 该段线路的用电设备额定功率之和， L、 A、该段线路导线的长度，；截面积， 2电导率， m/( 2 )； 工矿企业供电表 33； 该段线路所有负荷的需用系数： 3 线路电压损失允许值查工矿企业供电表 7许电压损失为额定电压的 5%。 600 5%=300V符号要求 (2)由中央变电所至采区变电所的高压电缆，由负荷表 2 1可知 采区变电所正常工作时的最大长时工作电流为 电缆芯线经济截面 2 2式中 路正常工作时的最大长时工作电流， A； 济电流密度， A/查 表 7。 17 查 工 矿 企 业 供 电 表 7 选 择 截 面 为 2120 电 缆 ， 确 定 选 120型矿用铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套聚氯乙烯护外被层细钢丝铠装阻燃性塑料电缆。 (3）按长时最大工作电流校验截面 查 表 7120型电缆的长时允许电流为 35+3 16/3+3 148 假设处于标准环境温度下，则查表 7. 经温度校正其长时允许电流为 9 1 . 1 2 81 4 81 2 此两条电缆的长时允许电流满足要求。 区低压动力电缆的选择 选择支线电缆截面。支线电缆截面应按机械强度和长时允许电流选择和校验，下面以采煤机支线为例选择支线电缆截面。查表工矿 企业供电 7择满足机械强度的最小截面为 35 2查表得长时允许电流为 于采煤机的额定电流 确定选用70 2电缆，其长时允许电流为 16215 。考虑到用电负荷实际负荷一般小于额定负荷，所以选择 70 2缆是合适的。在考虑到控制上的要求，70+1 35+3 6型采煤机用屏蔽橡套软电缆。其他支路电缆选择如表示。 （ 2）选择干线电缆截面。 从 #2 移动变电站到配电点的干线电缆长度很短（仅为 80 90），所以电压损失不是主要矛盾，因此先按允许负荷电流初选其截面。 供 给 采 煤 机 配 电 点 干 线 电 缆 的 最 大 长 时 工 作 电 流 为 （ 取 干 线 负 荷 的K 08 6 0( 18 查表 7择 95 2橡套软电缆，其允许负荷电流为 于 电缆截面符合要求。按正常工作时允许的电压损失校验电缆截面。 2#移动变电站变压器的电压损为 2#移动变电站变压器的电压损失为： )s in%co s%(%. U 100%. )(%)(% 式中： 2 变压器二次侧额定电压， V； 变压器的电压损失， V； % 变压器损失的百分数 % 变压器额定运行时电阻压降百分数 % 变 压器额定运行时电抗压降百分数 变压器负荷的视在功率， T 变压器负荷的功率因数 变压器的额定容量， 变压器的短路损耗， % 变压器的阻 抗电压百分数 00 其中： 22 %)(%)(%=100%. 19 (同理， 1# 变压器： =山变压器： =干线电压损失为： 3 煤机支线电缆的电压损失 （取采煤机负荷系数 ,9.0 =： 33=压电网点电压损失为： VU m 3 1140V 电网允许电压损失为 117V，其值大于 缆截面积满足要求。 (经计算，至输送机机尾电动机的电压损失小于 4）按启动时允许电压损失校验电缆截面 查表工矿电缆供电 7 21 选取采煤机 的最小启动转矩倍数 =采煤机的最小启动电压为： 4 0. 式中： 为电动机额定电压启动转矩与电动机额定转矩之比； 采煤机额定启动电流 ： 5 7 倍 I= 此时采煤机的启动电流为 81 1 4 0 325 6 7m i n. 启动时采煤机支线的电压损失为： . s cL b 5 s 启动器安装处的电压为 5 3.m i n. 满足启动器吸持电压的要求。 20 启动时干线电缆的电压损失（除采煤机外，取干线其他用电设备的需用系数 )c . = )1 1 4 0 10) 83(03=动 #2 移动变电站变压器的电压损失为（除采煤机外，取移动变电站其他用电设备的需用系数 7.0率因数 2.t i n%310c o s%1% 3. 中： 动总电压损失为： 2. 时采煤机的端电压为： 31 2 0 U V 因此，所选电缆截面满足启动条件的要求。 其他支线电缆截面选择结果见表 3 21 3设备 长度/m 截面 /型号 长时工作电流/A 实际工作电流/A 采煤机 250 70 70+1 35+3 6 215 216 乳化液泵 30 10 10+1 10 64 电钻 170 4 6 9 2# 干线 0 95 95+1 50 260 320 转载机 40 16 16+1 6 85 碎机 40 16 16+1 16 85 72 刮板输送机 170 50 50+1 25 173 2 2# 干线 0 95 95+1 50 260 式输送机 100 35 4+1 38 138 张紧绞车 20 4 4+1 6 水泵 100 4 4+1 6 度绞车 100 4 4+1 6 雾泵 20 4 4+1 6 柱绞车 100 4 4+1 6 # 干线 100 70 70+1 35 215 186 带式输送机 200 25 25 94 82 单提升绞 200 50 50 149 22 车 上山干 线 200 120 120 260 井下短路电流的计算 压电网短路电流计算 算短路电流目的 为了使电力系统可靠、安全的运行，将短路带来的损失和影响限制在最小范围内，必须正确进行短路电流计算，以解决下列技术问题。 择电气设备时，需要计算出可能通过电气设备的最大短路电流及产生的电动力效应和热效应，以检验电气设备的分段能力及动稳定性和热稳定性。 择和整定继电保护装置时，需要计算被保护范围内可能产生的最 小短路电流，以校验继电保护装置动作的灵敏度是否和要求。 短路电流过大时，造成设备选择困难或不经济，这时可在供电线路中串联电抗器来限制短路电流。 电系统结线和运行方式不同，短路电流大小也不同。 出短路系统计算电路图 23 S s = 8 0 M V 6 - 6 / 1 . 2 K r % = 0 . 6 9 8u x % = 3 . 4 9K B S G Z Y - 3 . 1 5 1 6 - 6 / 0 . 6 9 3 K N 4u r % = 4 . 5u x % = 2 . 1K S 7 - 3 1 5 / 6 P N . T = 4 . 8 K 机 液 泵 钻 输 送 机 绞 车 泵 泵 绞 车 绞 车 泵 绞 车 钻绞 车带 式输 送机2 3 453 1 #2#2#如图 4 1 算系统最大运行方式下的短路参数 以 中央变电所母线前电源系统的电抗为： 21中央变 电所至采区变电所高压电缆的阻抗为（电抗值 参照铠装电缆选取） 7 3 1 4 7 3 采区变电所至 #2 移动变电站高压电缆的阻抗为： 24 2 3 0 7 短路回路总阻抗为： S S #2 移动变电站一次侧总阻抗折算二次侧为： #2 变电站变压器阻抗为： 2424 = 短路回路总阻抗为： 4 4 工作面配电点至 #2 移动变电站的电缆阻抗为： 0 0 支线电缆阻抗为： 25 短路回路总阻抗为： S S 计算短路电流 3 0 012)2(1 2S 点最小两相短路电流为： (2 3 (3 4S 点最小两相短路电流为： (4 9 0 02 (9 10 0 02 (10 1S 点最小三相短路电流为： 26 )3()2(1 23 23 32 )2()3(1 相短路容量为： M V 3(11 其他短路点计算见表 4 4 2 各短路点的短路电流值 短路点名称 短路方式及参数 最小运行方式 最大运行方式 两相短路电流/相短路电流/路容量 /路电流冲击有效值 /1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 27 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 28 5 井下电器设备的选择 压开关的选择 择原则 1）高压开关的选型 根据煤矿安全规程 394 条表中规定，在无煤与沼气突出矿井的井底车场或主要进风道允许使用矿用一般型的设备。因目前还缺乏这种设备，一般选用第十一章叙述的 压开关柜和 有煤（岩）与沼气突出的矿井中必须采用 6型隔爆高压配电箱。 2）电气参数的选择 （ 1）额定电压的选择NU(电网的额定电压 ) （ 2）额定电流的选择NI气设备所在线路的最大长时工作电流） （ 3）额 定断流容量S 最大运行方式下开关电器安装处的次暂态短路容量 大运行方式下开关电器安装处，短路后 （ 4）开关柜组合方式及一次结线方式要根据用电负荷的需要决定组合方式，并根据第十一章各类开关柜的一次线路方式、编号及用电负荷的需要来决定。 （ 5）开关柜二次线路方案及编号也要根据每种开关柜的方案、编号及用电负荷需要来 决定。 择步骤 1）按工作条件选型 根据采区电气设备的选择原则，采区变电所全部采用 矿用隔爆型高压真空配电箱，该配电箱具有短路、失压、漏电和监视保护。 2）按工作电压选择 : 合格 额定电流选择：以 2#变电站为例， 合格 3）按额定断流容量校验： M V R 合格 4）按短路条件校验动稳定 : 其动稳定电流 25 合格 29 5）按短路条件校验热稳定： 222 式中 。 压隔爆开关选择 择原则 1）低压开关的额定电压应不小于电网的额定电压，额定电流应不小