毕业设计（论文）-四股泉煤矿供电系统设计.doc

中国矿业大学银川学院2012 届本科毕业设计（论文）附本题 目 四股泉煤矿供电系统设计 所 在 系 机电动力与信息工程系 专业班级 工业工程二班 姓 名 指导教师 教务处制四股泉煤矿供电系统设计Four spring coal mine well underground power supply design毕业设计（论文）共 22 页完成日期：2012年5月10日答辩日期：2012年5月17日III摘 要本设计是在四股泉煤矿实习的基础上完成的。通过对四股泉煤矿的实地考察，结合该矿现有生产水平和未来发展前景，在原有供电系统的基础上根据煤炭生产行业的有关规定进一步规范和完善。 四股泉煤矿系120万吨大煤矿，本论文根据采区供电系统设计原则，围绕某矿井10kV变电所对这一课题展开了全面的设计与研究，主要完成以下工作：针对矿井负荷的统计要求，使用需用系数法进行负荷计算，据此对移动变电站进行了选择，并对整个采区供电系统进行了确定。根据电缆的设计原则，对采区电缆进行了选择和确定。采用解析法对采区供电系统进行了短路计算。 电力是现代煤矿的动力，首先应该保证供电的可靠和安全，并做到技术和经济方面合理满足生产的需要。由于煤矿生产条件的特殊性，对供电系统有特殊的要求，尤其是煤矿地面供电系统作为整个煤矿供电开端，对整个煤矿供电的安全、可靠、经济具有举足轻重的作用。为保证供电的安全、可靠，又考虑四股泉煤矿50年的服务期限，从经济和技术两个方面对本矿进行整体设计，以达到满足对四股泉煤矿设计的合理性。关键词：四股泉煤矿；供电系统；负荷计算；可靠Abstract This design is in the four spring training was accomplished on the basis of coal mine. The f- our spring of coal field investigation, combined with the mine current production levels and the prospect of future development, in the original power supply system on the basis of the coal pro- duction industry further standardization and perfection of the related regulations. Four spring coal mine1200000 tons of large coal mines, the paper according to the mining area power supply system design principle, around10kV substation for a mine on the subject of a comprehensive design and research, has mainly completed the following work: in view of the mine load statistical requirements, the use of demandfactor method in load calculation, based on mobile transformer substation the selection, and the whole power supplysystem was carried out to determine. According to the cable design principles, the mining area in the cable was selected and determined. By using the analytic method of power supply system for short circuit culation. Electricity is a modern coal mine power, should first of all ensure the power supply reliabil- ity and safety, and ensure the technical and economic aspects of reasonable to meet the needs of production. Due to the particularity of coal mine production conditions, there are special require- ments on power supply system, especially the coal mine ground power supply system of coal mine power supply as the beginning, to the coal mine power supply security, reliability,econom- y has play a decisive role role. In order to ensure power supply security, reliability, and consider four spring coal mine 50years of service, from two aspects of economy and technology in the m- ine to carry out overall design, to meet the four spring of coal mine design.Key words: Coal Mine four spring;power supply system;load calculation ; reliableI目录1绪论11.1四股泉煤矿综采工作面设备11.2 用电负荷分组22 移动变电站选择42.1 负荷统计42.2移动变电站选择53 供电系统的拟定73.1供电系统的拟定原则73.2综采工作面供电系统的确定74 高压电缆的选择84.1高压电缆选择原则84.2高压电缆计算115 低压电缆选择135.1矿用低压电缆选择136短路电流的计算176.1计算短路电流的目的176.2短路电流计算177高压、低压设备选择207.1高低压电器设备选择原则207.2电器设备的选择218 结论22致 谢23参考文献24附图25中国矿业大学银川学院毕业设计（论文）1绪论本设计为了保证盐池县四股泉煤矿供电质量，保证供电系统运行的安全性、可靠性和经济性，不但要求监测监控和保护效果要好，而且重要的一点要求在四股泉煤矿的供电设计中严格遵守国家煤矿设计1的有关规定，保证其供电的可靠性和安全性，尽量避免和减少因系统供电和设备保护问题给煤矿带来的不安全因素。1.1四股泉煤矿综采工作面设备采区工作面电源电压为10kV，来自前方的中央变电所，根据用电设备的电压等级、容量与布置，采用660V，1140V和3300V三种电压等级供电。照明灯电压为127V，工作面用电设备及负荷统计见表1-1：表1-1 综采工作面设备及负荷统计设备名称台数电动机型号额定功率/kW额定电压/V额定电流/A额定功率因数DSP1080/1000型带式输送机1YSB-160160+42660174.10.85YAJ-13型液压安全绞车1BJO2-61-41366014.40.85MXA-300/4.5型采煤机1DMB-300S30011401880.86XRB2-125/350型乳化液泵2DYB-757521140247.10.88XPB-250/55型喷雾泵2DYB-303021140219.60.82SGZ-730/320型刮板输送机2YSB-160160211402100.50.85LSP1000型破碎机1YSB-110110114068.50.86ZGZ-730/110型转载机1YSB-110110114068.50.86照明411402 1.2 用电负荷分组根据机械设备位置、功率及电压情况把用电设备分成三组。具体的分组情况见下表1-2、表1-3、表1-4：表1-2 1号变电站供电设备设备名称台数电动机型号额定功率/kW额定电压/V额定电流/A额定功率因数DSP1080/1000型带式输送机1YSB-160160+42660174.10.85YAJ-13型液压安全绞车1BJO2-61-41366014.40.85表1-3 2号变电站供电设备设备名称台数电动机型号额定功率/kW额定电压/V额定电流/A额定功率因数MXA-300/4.5型采煤机1DMB-300S30011401880.86XRB2-125/350型乳化液泵2DYB-757521140247.10.88XPB-250/55型喷雾泵2DYB-303021140219.60.82表1-4 3号变电站供电设备设备名称台数电动机型号额定功率/kW额定电压/V额定电流/A额定功率因数SGZ-730/320型刮板输送机2YSB-160160211402100.50.85LSP1000型破碎机1YSB-110110114068.50.86ZGZ-730/110型转载机1YSB-110110114068.50.86照明411402 根据生产经验，综采工作面选用3台移动变电设备。各组负荷分配为：1号移动变电站向带式输送机及其他转运设备供电；2号移动变电站向采煤机、乳化液泵和喷雾泵供电；3号移动变电站向刮板输送机、转载机、破碎机等供电。2号、3号移动变电站的负荷可以根据需要适当的调换。2 移动变电站选择2.1 负荷统计按各组用电要求，采区用电设备负荷统计采用需用系数法3。该计算方法是借助一些统计数据，由各用电设备的额定功率求取一组用电设备的计算负荷。一组用电设备的计算负荷容量为式2-13： S 2-1式中 S 一组用电设备的计算负荷，kW； 具有相同需用系数的一组用电设备额定功率之和，kW； 需用系数。 一组用电设备的加权平均功率因数，即各用电设备的额定功率与额定功率因数 的乘积之和与他们总功率之比，按式2-23求得。 2-2采区综采工作面用电设备的需用系数K可按式2-33计算。 0.4 + 0.6 2-3 式中 一组设备中容量最大一台电动机额定功率，kW。矿井及采区其它用电负荷的需用系数和加权平均功率因数见表2-1：表2-1 矿井用电负荷计算需用系数和加权平均功率因数3用 电 设 备需用系数加权平均功率因数采煤工作面 综合机械化工作面自移支架 一般机械化工作面单机支架 一般机械化工作面倾斜机采面 缓倾斜煤层炮采工作面急倾斜煤层炮采工作面 0.4 + 0.6 P/P0.286 + 0.714 P/P0.60.750.40.50.50.60.70.60.70.60.70.60.7掘井工作面采用掘井机不采用掘井机的0.50.30.40.60.70.6井下运输 蓄电池电机车 其他运输设备如输送机、绞车等 架线电机车0.80.50.50.650.90.70.9井底车场 有主排水设备 无主排水设备0.60.70.750.80.70.82.2移动变电站选择 通常情况下，综采工作面需采用多台移动变电站方可满足供电要求。移动变电站容量应根据设备的布置、电压等级，确定几个分组方案，分别求出各方案下的各组计算容量，初选移动变电站的额定容量及台数，确定最优分组方案。移动变电站的额定容量应大于等于一组负荷的计算容量3，即 2-4 1、1号移动变电站选择 1号移动变电站拟向带式输送机和液压绞车供电，负荷计算容量为0.4 + 0.60.4 + 0.60.96查表1-5取0.75。选用1台KSGZY-315/6型移动变电站2，额定容量为315kVA，额定电压为10000/690V。 2、2号移动变电站选择 2号移动变电站拟向刮板输送机供电，负荷计算容量为0.4 + 0.60.4 + 0.60.75查表1-5取0.7。选用1台KSGZY-630/6型移动变电站2，额定容量为630kVA，额定电压6000/1200V。 3、3号移动变电站选择 3号移动变电站拟向工作面刮板输送机、破碎机、转载机等供电，负荷计算容量为0.4 + 0.60.4 + 0.60.75查表1-5取0.7。 选用KSGZY-630/6型移动变电站2，额定容量为630kVA，额定电压为6000/1200V。3 供电系统的拟定3.1供电系统的拟定原则 在保证供电安全可靠的前提下，力求减少电缆的根数和长度，尽量避免回头供电； 采煤机功率相对较大，宜采用单独电缆供电；工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式线路供电；上山及顺槽的带式输送机可以采用干线式供电，对于多台大容量带式输送机，也可以用辐射式线路供电；一台启动器原则上控制一台电动机。对采煤机等重要生产机械设备用启动器，即一用一备；对控制刮板输送机的启动器，采用两用一备；采区综采工作面设置为集中配电点，一般距离工作面50100m，随工作面的推进而移动；对输送机及其他附属机械，因位置的分散可分别设置配电点；配电点在三台及三台以下启动器时，可以不设进线总馈电开关；移动变电站低压侧已有低压馈电开关，而且保护齐全，可以不在移动变电站之外在设置低压馈电开关。3.2综采工作面供电系统的确定依照采区供电系统拟定原则及用电设备分组情况，对于本设计所示综采工作面机电设备的布置方式选用大断面巷道布置方案，确定供电系统的方案参照图。如图3-1：图3-1 四股泉煤矿综采工作面供电系统图4 高压电缆的选择4.1高压电缆选择原则向采区综采工作面移动变电站供电的6kV或10kV的高压电缆，应选用矿用监视型高压橡套屏蔽电缆。中央变电所至采区变电所的电缆采用铝芯电缆，其他地点必须采用铜型电缆，井下严禁使用铝包电缆，电缆应带有供保护接地用的足够的截面的导体。其主芯线截面的确定，通常按经济电流密度初选，按长时允许负荷电流校验，按允许电压损失校验，按电缆线路电源端最大三相短路电流校验热稳定。1 按经济电流密度选电缆截面 电力线路的经济截面是指按降低电能损耗、线路投资、节约有色金属等因素，综合确定出的运行费用最低截面。按经济电流密度选择电缆主截面3 4-1式中 经济截面， ；正常运行时，通过电缆的最大长时负荷电流，当两条电缆并联运行时应考虑一条线路故障时的最大负荷电流，A； 经济电流密度，A/，经济电流密度取2.252；2 按长时允许负荷电流校验 由于运行中电缆的电流超过长期允许电流时，电缆芯线的电阻产生的热量就会超过允许值，加速绝缘老化，从而造成漏电或短路事故。通常电缆允许电流是以环境温度25、最高允许工作温度65时的值确定的，当环境温度不等于25时，应乘以修正系数，不同环境温度下的电缆载流量修正系数见表4-1：表4-1 不同环境温度下的电缆载流量修正系数4电缆芯线实际工作温度/51015202530354045修正系数1.221.171.121.061.00.940.870.790.71 供电线路工作最大长时负荷电流的计算如下。向三台及以上移动变电站供电时，最大长时负荷电流为 向一台移动变电站供电时，取变电站一次侧额定电流 4-2式中 移动变电站额定容量，kVA； 移动变电站高压侧额定电压，V； 移动变电站高压侧额定电流，A； 向两台移动变电站供电时，最大长时负荷电流为两台移动变电站高压侧额定电流之和，即 + 4-3 4-4式中 折算至移动变电站高压侧最大长时负荷电流，A； 由移动变电站供电的各用电设备额定功率总和，kW； 用电设备额定电压，V； 变压器的变化； 用电负荷加权平均功率因数。3 按短路电流热稳定校验电缆截面 为确保最大短路电流通过时电缆绝缘受热不被老化，高压电缆所选主芯线截面应大于等于最小热稳定截面的要求。最小热稳定截面计算如下。 4-5 4-6式中 电缆的最小热稳截面，； 通过电缆的最大短路电流, A； 短路电流的持续时间，取井下高压配电装置断路器跳闸时间，约为0.25秒。 C电缆芯线热稳定系数，见表4-2。表4-2 10kV及以下电缆的热稳定系数5芯线绝缘材料短路允许温度/铝线铜线120150200120150200230橡胶聚乙烯交联聚乙烯7563538770100871009580120100145141 注：电缆线路中间有压接接头时，最高允许温度为150，锅焊接头时为1204 按允许电压损失校验电缆截面 电压损失是指线路首末两端电压的数值差，用表示。对于10kV及以下高压电缆线路电压损失率，我国规定的标准为7%，在计算电压损失时，其长度应从地面变电所至移动变电站进线处。电压损失计算公式为 ()100% 4-7式中 电缆线路电压损失率，%通过电流的最大长时工作电流，A； 分别为电缆所带负荷的功率因数和对应的正切值； P负荷有功功率，W； 电缆线路的额定电压，V； 电缆长度，km； ,分别为电缆线路单位长度的电阻和阻抗， ，可由表4-3和表4-4求取。 表4-3 矿用1kV橡套电缆单位长度电阻和阻抗5 单位：相阻抗电缆型号截面 /2.546101625355070电阻MZ、MZPMY、MYPMC、MCP8.835.394.663.131.831.851.161.250.7320.7940.5220.5790.3800.4160.267电抗0.1010.0950.0920.0900.0880.0840.081 注：表中的数值为20时的值，换算到65的电阻值为1.18 表4-4 矿用千伏级及以上屏蔽橡套电缆电阻和阻抗5 单位： 截面/型号MYP、MCPMCPT、MCPTJMYPJ、MYPTJ、610kVXXX101625355070951.831.160.7320.5220.3800.2670.1952.1591.3690.8640.6160.4480.3150.2300.0920.0900.0880.0840.0810.0780.0760.5790.4160.2930.2090.6830.4190.3460.2470.0840.0810.0780.076(1.24)(0.795)0.522(0.566)0.370(0.393)0.6160.4370.0840.084.2高压电缆计算 按照上边所述的计算方法，对于部分线路电缆进行选择计算如下所示： (1) 按经济电流密度选择主截面向三台移动变电站供电的总负荷电流为式中 综采工作面所有用电设备额定功率之和； 需用系数，=0.4 + 0.6=0.4 + 0.6 加权平均功率因数，取0.7； 取电力电缆经济电流密度=2.25A/ 5，则选型号为MYJV22-10/2403+325高压电缆，长度，=1000m。 (2) 按长时最大允许负荷电流校验 查表得MYPJ-6-335型2电缆的长时最大允许负荷电流148A2,满足要求。 (3) 按热稳定条件校验电缆截面 电缆首段三相最大短路电流=4588=15.835 满足热稳定要求。 (4) 按允许电压损失校验电缆截面 查表得MYPJ-335型2电缆/km，/km。取负荷的功率因数，。 = =4.9% 向2号移动变电站供电系统电缆满足要求。6短路电流的计算6.1计算短路电流的目的 在采区综采工作面供电计算中，计算短路电流的目的在于对电缆的热稳定校验及保护装置的灵敏度校验等。为此，需要计算某设备安装处最大三相短路电流和开关保护范围末端最小量短路电流。短路产生的后果极为严重，为了限制短路的危害和缩小故障影响范围，在供电设计和运行中，必须进行短路电流计算，以解决下列技术问题。1选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度。2设置和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。 3确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不经济时，可采取限制短路电流的措施。4确定合理的主接线方案和主要运行方式等。合理计算短路电流，关键在于短路点的选取，通常选择在保护线路的始端、末端作为短路点。以便计算所需最大三相短路电流和最小两相短路电流。6.2短路电流计算如图6-1所示选6kv系统的平均电压Uav1=6.3kv,1140kv系统的平均电压Uav2=1.2kv。图6-1四股泉煤矿综采工作面部分系统供电图1.各元件阻抗计算 (1) 系统电源阻抗(2) 高压电缆w1的阻抗查表得MYPJ-3353高压电缆/km，/km。 (3) 高压侧系统电抗、电缆阻抗折算至移动变电站二次侧(4) 移动变电站阻抗由前面计算可知：KBSGZY-630/6/1.2kv移动变电站，阻抗电压u=5%,负载损耗PN=3850W。RT=0.014，XT=0.1133。(5) 干线电缆w2阻抗查表4-4得，电缆MYP-395+135每向单位阻抗值/km，/km。 (6) 给采煤机供电的支线电缆阻抗查表4-4得，电缆MCPT-370+125+36电缆每向单位阻抗/km， /km。2、短路电流计算（1）S1点短路电流计算短路回路的阻抗 两相短路电流三相短路电流 （2）S4点短路电流计算短路回路的阻抗=0.0492+0.014+0.0138+0.0865+0.01=0.1735=0.0355+0.1133+0.00456+0.0195=0.1865两相短路电流三相短路电流同理可得：S2点和S3点的两相、三相电流 7高压、低压设备选择7.1高低压电器设备选择原则1结构及性能 作馈电用的总开关或分路开关，磁力启动器的额定电压应与所在电网电压等级相符；开关的额定电流应大于等于用电设备的额定工作电流。 尽量选用性能稳定、安全可靠、保护完善的新产品。 对于不需要经常正、反转控制的生产机械，如采煤机、截煤机、输送机等，选用不可逆真空磁力启动器；对于需要经常正、反转控制的生产机械，如回柱车绞车、调度绞车等，选用可逆真空磁力启动器8。 对于工作面用电设备较多的情况，根据生产机械拖动电动机的要求，选用组合式磁力控制开关。 对向煤电站、照明设备供电，选用变压器综合装置等。 对不经常启动的生产机械，如局部通风机、照明设备等，可选用手动启动器。 各类低压开关的接线喇叭口的数目要满足电网接线的要求，喇叭口的出口内径要与所用电缆外径相适应。2. 保护装置开关设备的继电保护装置应满足煤矿安全规程的要求，具体选用原则如下。 向采区综采工作面供电的移动变电站的低压馈电开关或低压保护箱，应具有过载保护、短路保护、失压保护、漏电闭锁和漏电跳闸保护装置。 控制电动机的真空磁力启动器，一般均应具有短路保护、过载保护、断相保护、过电压保护和漏电闭锁保护装置。 采区变电所的总低压馈电开关，应设有短路保护、过载保护、漏电保护装置，或至少要装设漏电和短路保护装置。 采区变电所内的分路馈电开关及配电点的总馈电开关，应装设短路保护、过载保护、漏电保护或选择性的漏电保护装置。 低压电器设备的额定电压应不小于所在电网的额定电压，电气设备的额定电流应不小于其所控制线路的最大长时工作电流，当低压开关按极限分断电流选择合格后，一般不在校验动、热稳定性。7.2电器设备的选择采区综采工作面选用的电器设备必须符合煤矿安全规程的规定，即综采工作面选用的低压电器设备一律为隔爆型、本质安全型或隔爆兼本质安全型。由于本设计电压为1140v,所以为了是矿井工作安全、可靠及方便检查控制盒保护线路。本设计采用QJZ-300/1140J型隔爆真空磁力启动器8。具体的使用见附图。8 结论经过这段时间的努力和精心设计,通过翻阅大量的资料文献，使我对四股泉煤矿供电系统