石嘴山煤矿采区供电系统设计

1、中国矿业大学银川学院中国矿业大学银川学院 2012 届本科毕业设计（论文）届本科毕业设计（论文） 题 目 石嘴山煤矿采区供电系统设计 所 在 系 机电动力与信息工程系 专业班级 工业工程 2 班 姓 名 王升 指导教师 孟庆春 教务处制 石嘴山煤矿采区供电系统设计 The Shizuishan coal mining power supply system design 毕业设计（论文）共 54 页 完成日期：2012 年 5 月 10 日 答辩日期：2012 年 5 月 18 日 I 摘 要 采区变电所是采区供电的中心，它的主要任务是将井下中央变电所送来的高压电能 变成低压电能，配送到采掘工

2、作面及附近用电设备。采区变电所的基本组成：高压配电 箱、矿用变压器、高低压隔爆馈电开关和移动变电站。本次设计是由中央变电所送来 10kV 高压，经过移动变电站向各用电设备供电。其设计过程主要包括采区变电所及采掘 工作面位置的确定、负荷的统计、变压器型号、容量和台数的选择、高低压电缆的选择， 短路电流的计算、隔爆型高低压配电装置选择，变电所的防雷保护与接地等。通过对 10kV 变电站做负荷统计，用需用系数法进行负荷计算，通过计算来设计整个采区的供电 系统。 关键词：关键词：供电系统；移动变电站；电缆；防雷保护 II Abstract Mining area substation of power

3、 supply in mining area is a center, it is the main task of the underground central substation electric energy into low voltage from power, distribution to the mining work face and nearby electrical equipment. In substation of mining area consists of: high voltage distribution box, mining transformer

4、s, high and low voltage flameproof feed switch and mobile substation. This design is composed of a central substation sent10kV high, after the mobile substation to the electrical equipment power supply. The design process mainly includes in substation of mining area and mining work face location, lo

5、ad statistics, transformer model, capacity and number selection, high and low voltage cable selection, short-circuit current calculation, flameproof high voltage distribution equipment selection, substation lightning protection and grounding. Based on the 10 kV substation load statistics, with the c

6、oefficient method for load calculation, calculation to design the whole mining area power supply system. KeyKey wordswords: power system；substation；cable；lightning protection 目录 前言.1 1 概述.2 1.1 采区供电系统设计依据.2 1.2 采区供电系统设计要求 .2 1.3 采区供电系统设计目的及范围 .3 2 采区变电所配电点及位置的确定.4 2.1 采区变电所位置的确定 .4 2.2 移动变电站位置的确定 .4

7、 2.3 工作面配电点位置的确定 .4 3 采区供电系统负荷统计与移动变电站选择.5 3.1 供电电压确定.5 3.2 负荷统计 .5 3.3 移动变电站选择 .6 4 采区供电系统的拟定.12 4.1 供电系统的拟定原则 .11 4.2 供电系统的确定 .11 5 采区高低压电缆选择.12 5.1 高压电缆的选择.12 5.2 低压电缆选择 .16 6 短路电流的计算.33 6.1 计算短路电流的目的 .33 6.2 短路电流的计算 .33 7 隔爆型高低压配电装置选择.42 7.1 高压配电装置的选择 .42 7.2 隔爆型低压配电装置选择 .43 8 防雷与接地.45 8.1 概述 .4

8、5 8.2 防雷保护 .45 9 采区变电所的防火措施.49 10 照明系统设计.50 10.1 概述 .50 10.2 井下照明系统 .50 10.3 井下照明系统的设计要求 .50 11 设计总结.51 致谢语.52 参考文献.53 附录 A.54 中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 1 前言 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。 本论文根据采区供电系统设计原则，围绕某矿井 10kV

9、 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。为了保证整个采区供电系统的 安全运行以及各配电点维修方便，对隔爆型高低压配电装置进行选择。为了在供配电系 统发生故障时，能够自动地、迅速地、有选择地将故障设备从系统中切除，以免事故的 扩大，在论文中对采区变电所继电保护进行了设计。防雷保护是变电所保护中不可缺少 的一项保护措施，本文采用了在线路上安装阀型避雷器对其进行防雷保护，并在

10、变电所 装设避雷针。 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 2 1 概述 1.1 采区供电系统设计依据 1矿井的瓦斯等级，采区煤层走向、倾角、煤层厚度煤层硬度、顶底板情况、支 护方式； 2采区巷道布置，采区区段数目、区段长度、走向长度、采煤工作面长度，采煤 工作面数目，巷道断面尺寸； 3采煤方法，煤、矸石、材料的运输方式，通风方式； 4采区机械设备的布置，各用电设备的详细技术特征； 5电源情况，了解采区附近现有变电所及中央变电所的分布情况，供电能力及高 压母线上短路容量等情况； 6采区年产量，月产量、年工作时数，电气设备的价格、当地电价、硐室开拓费 用、职工人数、作业制度等； 1.2 采区供电系

11、统设计要求 设计要符合煤矿安全规程 煤矿工业设计规范和煤矿井下供电、设计技术规 定设计遵循煤矿工业建设的方针政策，在保证供电安全可靠的基础上进行设计，经济 比较合理、选择最佳方案。设备选型时，应采用成套设备，尽量采用新技术产品，国产 设备。积极采取措施，减少节能损耗，节约能源。设计质量应保证安全、可靠、经济、 合理、技术的先进性。 供电的重要性及基本要求： 一 采区井下特殊的环境 二 煤矿企业对供电的基本要求 1 1供电安全： 供电安全就是包括人身和设备安全； 必须严格按照煤矿安全规程的有关规定进行供电，确保安全生产； 2供电可靠： 要求供电连续可靠； 中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 3

12、 采用双电源供电； 3供电优质： 要求用电设备在额定参数下运行性能最好； 反应供电质量指标主要由四个：电压，各种电器设备要求电压偏差不一样，一般 工作情况下电动机允许偏差5%，白炽灯+3%-2.5%；频率，频率 50Hz，要求偏差不得 大于0.4%1%；波形，正弦波形；平衡度，三相电网电压平衡； 4供电经济： 尽量降低企业变电所与电网的基本投资； 尽量降低设备材料及有色金属的消耗量； 注意降低供电系统的电能损耗及维护费用； 1.3 采区供电系统设计目的及范围 采区供电是整个供电系统的重要组成部分，同时是井下采煤机械化，电气化的物质 基础。对整个采区的安全生产影响极大，因此，真确进行采区供电系统

13、的设计是十分必 要的。 本设计的目的是应用煤矿系统的理论知识解决井下供电的技术问题。通过本次设计 巩固所学的专业知识，学会真确查阅资料和参考文献，培养计算数据，绘制图表以及分 析问题和解决问题的能力。并掌握井下供电设计的技术，经济政策及安全生产规程。 采区供电设计的范围： 确定采区变电所、工作面配电点和移动变电站的位置； 采区综采工作面用电设备负荷统计以及确定移动变电站容量、型号、台数； 根据采区综采工作面设备的布置情况拟定供电系统图； 高低压电缆选择； 短路电流的计算； 隔爆型高低压配电装置选择； 绘制采区综采工作面供电系统图及机电设备的布置图。 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 4 2

14、采区变电所配电点及位置的确定 2.1 采区变电所位置的确定 1尽量位于负荷中心，以减少低压线路长度和电压损失，保证采取设备 的供电质量。 2每个采区只好设一个变电所，对整个采区和掘井工作面供电，并且尽量 不迁移或少迁移变电所，减少变电所硐室的开拓费用，如一个变电所不能满足要求时， 可在下一个区段增设变电所，初期向掘井供电，后期向回采供电。 3变电所要求通风良好，温度不得超过附近巷道温度 5。 4设备运输要方便，便于电缆进出，地质条件好，顶底板稳定，无淋水。 2.2 移动变电站位置的确定 2 1向回采工作面供电的移动变电站位置，一般设在距工作面 100m150,m； 2当下一个工作面尚未开采，而

15、其回风巷已经掘进完毕，可将上工作面的移动变 电站设置在下一个工作面的回风巷内，经过联络巷、运输巷向上工作面供电； 3低瓦斯矿井的回采工作面移动变电站，可设置该回采工作面的回风巷内。 2.3 工作面配电点位置的确定 2 1回采工作面配电点一般在距工作面 50m70m 处的巷道中； 2掘井工作面配电点距掘进头 80m100m，一般配电点至掘进设备的电缆长度不宜 超过 100m 为宜； 3在电缆分叉点应设有配电点，此配电点在巷道交汇处附近。 4压入式局部扇风机和启动装置必须安装在进风巷道中，距回风口不得小于 10m。 中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 5 3 采区供电系统负荷统计与移动变电站选择

16、 3.1 供电电压确定 煤矿安全规程规定，采区各级配电电压和各种电器设备的额定电压等级 应符合下列要求： 4 高压不超过 10kV，低压不超过 1140V； 照明、信号电话和手持式电气设备的供电额定电压不超过 127V； 远距离控制线路的额定电压不超过 36V； 采区电气设备使用 3300V 供电时，必须专门的安全措施。 采区综采工作面供电电压可根据日生产能力，单机或双机最大容量、总装机容量来 确定，电压等级使用范围参见表 1-1。 表 1-1 综采工作面电压等级使用范围 3 电压 等级 /V 适用于采煤方式综采总容量 /kW 单机最大容 量/kW 双机最大容量/kW日产量/t/d 660 1

17、140 300 薄煤层和部分中厚煤 层综采 普通综采 一次全高厚煤层综采 5001000 10001500 3000 150170 300400 1000 21502 170 23752 400 2400 5001000 10005000 50010000 随着现代化大型矿井不断建设，高产高效的综采工作面装机总容量不断增大，传统 的井下 6Kv 配电电压已不能满足供电合理的要求，自 1992 年煤矿安全规程已将 10kV 列入入井电压。至今，无论国有大、中型矿井还是乡镇地方煤矿，很多都采用 10kV 高压 供电电压，配套的 10kV 矿用隔爆设备也相继生产。下井电压升高到 10kV 后，大大提

18、高 电网的输送能力及供电可靠性。 3.2 负荷统计 采区用电设备负荷统计采用需用系数法。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 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 6 S 1-1 ca wm Nde PK cos 式中 S 一组用电设备的计算负荷，kW； ca 具有相同需用系数的一组用电设备额定功率之和，kW； N P de K 需用系数。 de K 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 wm cos n N P 率因数 的乘积之和与他们总功率之比，按式1-2求得。 n N cos 1-2 wm

19、cos n nn NNN NNNNNN PPP PPP 21 2211 coscoscos 采区综采工作面用电设备的需用系数 K 可按式1-3计算。 0.4 + 0.6 1-3 de K N P Pmax 式中 一组设备中容量最大一台电动机额定功率，kW。 max P 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 1-2 de K wm cos 3.3 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。 移动变电的

20、额定容量应大于等于一组负荷的计算容量，即 N S ca S 1-4 N S ca S 此矿井采区工作面煤层为宁夏石嘴山2 号层煤，工作面倾斜长 208m，走向长度 864m，工作面平均倾角 3，煤质硬度 2.653.35，煤层平均厚度为 3.04m，容重为 1.22103/。采煤方法为走向长壁后退式一次采全高。 表 1-2 矿井用电负荷计算需用系数和加权平均功率因数 5 中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 7 用 电 设 备 需用系数 de K加权平均功率因数 wm cos 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

21、 急倾斜煤层炮采工作面 0.4 + 0.6 P/P 0.286 + 0.714 P/P 0.60.75 0.40.5 0.50.6 0.7 0.60.7 0.60.7 0.6 0.7 掘井工作面 采用掘井机 不采用掘井机的 0.5 0.30.4 0.60.7 0.6 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 0.8 0.5 0.50.65 0.9 0.7 0.9 井底车场 有主排水设备 无主排水设备 0.60.7 0.750.8 0.7 0.8 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

22、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 1-3。 表 1-3 综采工作面设备及负荷统计 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 8 设备名称部位电动机 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 N cos 截割电机 2YBCS-650A6502330013620.85 牵引电机 290238016920.87 MG650 /1620- WD 型采 煤机 调高电机 140330010.80.86 一组额定功率/kW 加权平均功率因数 wm cos 1520 0.85 SGZ1000/ 1400 型 刮板输送 机 2

23、 YBSD- 700/350- /8双速 电动机 700/350 2 3300 150/7420.82 一组额定功率/kW 加权平均功率因数 wm cos 1400 0.82 SZZ1000/ 315 型转 载机 1YBSS-31531511402040.88 PLM3000 型破碎机 1YBS-31531511401920.87 BRW400/3 1.54 型乳化液 泵 325011401460.86 BPW400/1 6 型喷雾 21251140460.87 中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 9 泵 一组额定功率/kW 加权平均功率因数 wm cos 1005 0.87 SSJ- 12

24、00/400 型带式输 送机 12315 1140 1200.82 JH-20 型 回柱绞车 照明 2YBS-22 22 4 1140 1140 26 2 0.85 一组额定功率/kW 加权平均功率因数 wm cos 总计额定功率/kW 656 0.84 4581 根据现场生产经验以及采区供电系统的拟定原则，采区综采工作面拟选用 4 台移动 变电站。由于采煤机总装机功率 1620kW、刮板输送机700kW单机容量较大，再考 虑过流保护装置灵敏系数要求，分别由一台移动变电站来供电。各组负荷分配为：1 号移 动变电站拟向采煤机供电；2 号移动变电站拟向刮板输送机供电；3 号移动变电站拟向乳 化液泵

25、、喷雾泵、破碎机、转载机等供电；4 号移动变电站拟向回柱绞车、带式输送机供 电。 1 1 号移动变电站选择 1 号移动变电站拟向采煤机供电，负荷计算容量为 1788kVA ca S wm Nde PK cos 85 . 0 15201 0.4 + 0.60.4 + 0.61 de K N P Pmax 1520 1520 查表 1-2 取0.85。 wm cos 选取 1 台 KSGZY-2000/10型移动变电站，额定容量为 2000kVA1788kVA，额定电 7 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 10 压为 10000V/3300V。满足供电要求。 2 2 号移动变电站选择 2 号移动

26、变电站拟向刮板输送机供电，负荷计算容量为 1647kVA ca S wm Nde PK cos 85 . 0 14001 0.4 + 0.60.4 + 0.61 de K N P Pmax 1400 1400 查表 1-2 取0.85。 wm cos 选用 1 台 KSGZY-2000/10型移动变电站，额定容量为 2000kVA11647kVA，额定电 7 压为 10000V/3300V。满足供电要求。 3 3 号移动变电站选择 3 号移动变电站拟向转载机、破碎机、乳化液泵、喷雾 泵等供电，负荷计算容量为 681.55kVA ca S wm Nde PK cos 87 . 0 100559

27、. 0 0.4 + 0.60.4 + 0.60.59 de K N P Pmax 1005 315 查表 1-2 取0.87。 wm cos 选用 KSGZY-1600/10 型移动变电站，额定容量为 1600kVA681.55kVA，额定电压为 10000V/1200V。满足供电要求。 4 4 号移动变电站选择 4 号移动变电站拟向带式输送机和回柱绞车供电，负 荷计算容量为 731.40kVA ca S wm Nde PK cos 87 . 0 65697 . 0 0.4 + 0.60.4 + 0.60.97 de K N P Pmax 656 630 查表 1-2 取0.87。 wm co

28、s 选取 1 台 KSGZY-1000/10 型移动变电站，额定容量为 1000kVA731.40kVA，额定电 压为 10000V/1200V。满足供电要求。 中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 11 4 采区供电系统的拟定 4.1 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；

29、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。 大容量设备的启动器应靠近配电点的进线端，以减小启动期间电缆的截面。 采区变电所、上山绞车房、装车站及综采工作面应设照明灯。 井下中央变电所、采区变电所的电源进线以及变电所的供配电系统，当有多种可 行方案时，应经过技术经济比较后择优选择。 供电方案确定后，应画出供电

30、系统草图，并在图上标出开关、启动器、变压器的 设置情况和电缆所带设备的名称、功率和电缆的长度等。 4.2 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 5-1 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，参照矿井供电技术课本第一章图 1-8 所示， 确定供电系统的方案参照图 1-7 所示。 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 12 5 采区高低压电缆选择 5.1 高压电缆的选择 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

31、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。与经济截面相应的电 流密度，叫做经济电流密度。 按经济电流密度选择电缆截面为 e A 1-5 e A ed ca J I 式中 经济截面， ； e A 2 mm 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 ca I 一条线路故障时的最大负荷电流，A； 经

32、济电流密度，A/，其数值可参照表 1-4 来选取。 ed J 2 mm 表 1-4 铜芯电力电缆经济电流密度 6 年最大利用负荷时间/h 经济电流密度/A/ 2 mm 上产班次 10003000 30005000 5000 以上 2.50 2.25 2.00 一班作业 两班作业 三班作业 当计算出经济截面后，选择接近或等于计算截面的标准截面。 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。矿 用橡套电缆的长时允许电流见表 4-2。通常电缆允许电流是以环境温度 25、最高允许 中国矿业大学银川学

33、院毕业设计（论文） 13 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 1-5。 表 1-5 不同环境温度下的电缆载流量修正系数 6 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。 ca I 向一台移动变电站供电时，取变电站一次侧额定电流 1-6 ca I N I1 N N U S 1 3 3 10 式中 移动变电站额定容量，kVA； N S 移动变电站高压侧额定电压，V； N U1 移动变电

34、站高压侧额定电流，A； N I1 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 ca I 之和，即 + 1-7 ca I 1 1N I 2 1N I N N N U SS 1 3 3 10 2 1 向三台及以上移动变电站供电时，最大长时负荷电流为 ca I 1-8 ca I wmscN Nde KU PK cos3 103 式中 折算至移动变电站高压侧最大长时负荷电流，A； ca I 由移动变电站供电的各用电设备额定功率总和，kW； N P 用电设备额定电压，V； N U 变压器的变化； sc K 用电负荷加权平均功率因数。 wm cos 3 按短路电流热稳定校验电缆

35、截面 为确保最大短路电流通过时电缆绝缘受热 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 14 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。 1-9 min A C t I ph ss 式中 电缆的最小热稳截面，； min A 2 mm 通过电缆的最大短路电流, A； ss I 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。 ph t C电缆芯线热稳定系数，见表 1-6。 表 1-6 10kV 及以下电缆的热稳定系数 5 短路允许温度/ 铝线铜线芯线绝缘材料 120150200120150200230 橡胶 聚乙烯 交联聚乙烯 7

36、5 63 53 87 70 100 87 100 95 80 120 100 145 141 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 120。 4 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U 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% 1-10U N caca U XRLI)sincos(3 00 或 ()100% 1-11U N cxa U PL 23 10 tan 00 XR 式中 电缆线路电压损失率，%U 通过电

37、流的最大长时工作电流，A； ca I ，分别为电缆所带负荷的功率因数和对应的正弦值；cossin P负荷有功功率，W； 中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 15 电缆线路的额定电压，V； N U 电缆长度，km； ca L ,分别为电缆线路单位长度的电阻和阻抗， ，可由表 1-7 和表 1-8 0 R 0 Xkm/ 求取。 表 1-7 矿用 1kV 橡套电缆单位长度电阻和阻抗 单位：km/ 8 截面 / 2 mm 相阻 抗 电缆型 号 2.546101625355070 电阻 MZ、MZ P MY、MY P MC、MC P 8.83 5.39 4.66 3.13 1.83 1.85 1.16

38、 1.25 0.732 0.794 0.522 0.579 0.380 0.416 0.267 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。 65 R 20 R 表 1-8 矿用千伏级及以上屏蔽橡套电缆电阻和阻抗 单位： km/ 8 型号 MYP、MCPMCPT、MCPTJMYPJ、MYPTJ、610kV截面/ 2 mm 20 R 65 R X 20 R 65 R X 20 R 65 R X 10 16 25 35 50 70 95 1.83 1.16 0.732 0.522 0.380 0.267

39、 0.195 2.159 1.369 0.864 0.616 0.448 0.315 0.230 0.092 0.090 0.088 0.084 0.081 0.078 0.076 0.579 0.416 0.293 0.209 0.683 0.419 0.346 0.247 0.084 0.081 0.078 0.076 (1.24) （0.795) 0.522(0.566) 0.370(0.393) 0.616 0.437 0.084 0.08 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 16 5.2 低压电缆选择 1、矿用低压电缆型号选择 电缆的型号主要依据电压等级、使用环境、机械设备的工作情况

40、来确定，所选电缆 的型号必须符合煤矿安全规程的规定。根据矿井供电技术课程表 4-1 煤矿井下 移动设备常用阻燃电缆的选择。向采煤机供电电缆应选双屏蔽型 MCPT 型，向喷雾泵、乳 化液泵、刮板输送机等供电电缆选 MYP 型。 2、低压电缆长度的确定 电缆有一定柔性，考虑到敷设时会出现弯曲及工作情况等，铠装电缆按所经巷道长 度的 1.05 倍计，橡套电缆按所经巷道长度的 1.10 倍计，移动设备的电缆还需增加机头 部分活动长度 35 米，半固定设备的电动机至就地控制器的电缆长度，一般去 510 米。 3、低压电缆芯线数的确定 低压电缆芯线数目主要取决于控制按钮是否装在工作机械上，分两种情况来考虑

41、： 控制按钮不装在工作机械上或另设控制电缆。如输送机、液压绞车等，供电电缆 选 4 芯的，其中 3 芯为动力回路，另 1 芯线作地线用。 控制装在工作机械上。如采煤机、装岩机等，视具体需要选 711 芯。信号电缆 芯线根数要按控制信号、通讯系统的需要决定，并留有备用芯线，电缆中的接地芯线， 除用作监测接地回路外，不得兼做其他用途。 4、低压电缆主芯线截面的选择 低压动力电缆主芯线截面选择的原则如下： 按最大工作电流选择主截面，最大工作电流不大于电缆的长时允许电流，以保证 在电缆正常运行时不过热。 按电缆的机械强度应符合用电设备使用场合的要求选择截面。防止设备在运行中 电缆弯曲过度、打结、扭伤或

42、砸碰等绝缘损坏，引起断线或短路事故。 按允许电压损失选择主截面，以保证电动机正常运转。 按距离最远，功率最大的电动启动时校验电压损失，以保证该电动机能够正常启 动，同时已启动的电动机能够正常运转。 用熔断器保护的应按熔件额定电流与两相短路电流和电缆最小截面的配合要求进 行校验。 中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 17 按过流保护装置动作灵敏度要求校验电缆截面。 实际应用中，对于向一台电动机供电的支线电缆主芯线截面，按原则、初选； 对于向多台电动机供电的干线电缆按、选择，两者均应按其余条件进行校验。 5、低压电缆主芯线截面选择计算 1 按长时最大工作电流选择 对于电缆向一台电动机供电时，流过

43、电缆的长时最 大工作电流为电动机的额定电流。 N I 1-12 ca I NNN N U P cos3 103 式中 线路长时最大工作电流，A； ca I N I电动机的额定电流，A； 电动机的额定电压，V； N U 电动机的额定动率，kW； N P 电动机额定功率因数； N cos 电动机额定效率。 N 对于电缆向两台电动机供电时，长时最大工作电流取两台电动机额定电流之和，即 + 1-13 ca I 1 N I 2 N I 对于向三台及以上电动机供电的干线电缆，长时最大工作电流用式1-14计算。 1-14 ca I wmN Nde U PK cos3 103 式中 干线电缆长时最大工作电流，

44、A； ca I 干线所带电动机额定功率之和，kW； N P 用电设备额定电压，V； N U 需用系数； de K 所带负荷的加权平均功率因数。 wm cos 2 电缆主芯线截面的选择 选择要求为： K 1-15 P I ca I 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 18 式中 K不同环境温度修正系数，参见表 1-5； 环境温度为 25时，电缆长时允许负荷电流，A，见矿井供电技术课程表 4- P I 2。 由长时最大工作电流查表 4-2，确定电缆的标称主截面。 3 按满足机械强度要求选择电缆截面 依照煤矿井下机电设备工作现状，满足 机械强度要求的电缆最小截面见表 1-9。 4 按允许电压损失校验

45、主截面 煤矿井下供电设计技术规定规定：对距离 最远、容量最大的电动机如采煤机、工作面输送机等，在重载情况下应保证启动， 电动机启动时的端电压不低于额定电压的 75%校验。正常运行时电动机的端电压允许偏移 额定电压的 5%，个别特别远的电动机允许偏移 8%10%。 正常工作时线路允许电压损失的计算为： p U 0.95 1-16 p U N U2 N U 式中 大容量电动机启动时电网的允许电压损失，V； p U 变压器二次侧额定电压，V； N U2 电动机额定电压，V。 N U 表 1-9 井下机电设备满足按机械强度要求的电缆最小截面 用 电 设 备 名 称 要求最小截面/ 2 mm 各种采煤机

46、 带式输送机、刮板输送机和转载机 小功率刮板输送机 安全回柱绞车、装岩机 调度绞车、照明干线 手持式煤电站 5095 2550 1025 1625 46 46 煤矿井下不同电网电压下正常与最大允许电压损失值见表 1-10。 中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 19 表 1-10 不同电网在正常运行与最大允许电压损失 正常运行时电动机负偏移 5% VUN/ 个别情况下电动机最大负偏移 10% VUN/ 额定电压 /V 变压器副 边额定电 压/V 电动机运行 最小端电压 允许电压损 失 电动机运行最小端 电压 允许电压损失 127 380 660 1140 3300 133 400 693 12

47、00 3465 121 361 627 1083 3135 12 39 63 117 330 114 342 594 1026 2970 19 58 99 174 495 采区低压电网电压损失分布如图 1-1 所示。总电压损失通常由三部分组成，即变U 压器电压损失、供电干线电压损失、支线电压损失。线路实际总电压损失 T U 1t U 1b U 应小于或等于允许电压损失，即U p U + 1-17 p UU T U 1t U 1b U 图 1-1 采区低压电网电压损失分布图 电缆支线电缆电压损失 支线电缆电压损失为 1b U 1-18 1b U 1 3 b I 1111 sincos bbbb

48、XR 式中 支线电缆电压损失，V； 1b U 支线电缆工作电流，通常取电动机的额定电流，A； 1b I 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 20 ，支线电缆电阻，电抗值，； 1b R 1b Xkm/ 电动机功率因数，取电动机额定功率因数； 1 cosb 功率因数角对应的正弦值； 1 sinb 实际现场中，某矿井下 1140V 及以下电压等级的供电系统，低压电缆截面一般限制 在 70以下,最大不超过 95，此时 ，式1-18可简化为 2 mm 2 mm 1b X 1b R 1-19 1b U 1 3 b I 1b R 1 cosb 由于支路电流近似为电动机的额定电流，即将 ， 1b I N I

49、11 3 cos3 10 bbN N U P 1b R 1 1 bsc b A L 代入上式，支线电缆电压损失计算式可写为 1-20 1b U 11 3 1 10 bbNsc bN AU LP 式中 终端负荷中线路最长，容量最大的支线电缆电压损失，V； 1b U ,依次为电动机额定功率，kW；额定电压，V；额定效率； N P N U 1b 铜芯电缆材料的电导系数，m/、取 42.5芯线温度 sc 2 mm 为 65； ，分别为支线电缆的长度，m；截面积，。 1b L 1b A 2 mm 变压器电压损失 变压器的电压损失计算电缆线路的电压损失相同只是由于 T U 变压器绕组的电抗较大，不能忽略按

50、式1-21计算。 1-21 T U)sincos(3 .TTTTTca XRI 式中 变压器的电压损失，V； T U 变压器的负荷电流，A；按计算负荷求取； Tca I . 变压器的功率因数，取所带负荷的加权平均功率因数； T cos 功率因数角的正弦值； T sin 中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 21 ,分别为变压器每相绕组的电阻、电抗值，。 T R T X 一般情况下，移动变电站或干式变压器技术数据中负载损耗和阻抗电压百分数是给 定的，这样需要计算变压器的电阻、电抗值。 1-22 T R N N I P 2 2 3 N N N S UP 2 2 2 u 1-23 T Z N I U

51、 2 2 3 N N S U2 2 1-24 T XTTRZ 22 式中 、分别为变压器每相电阻、阻抗和电抗，； T R T Z T X 、u、分别为变压器的负载损耗，W；阻抗电压百分数；二次额定电压， N P N U2 N S V；额定容量，VA。 干线电缆电压损失计算 为了便于计算，干线允许电压损失是在选择了供电距 离最远，负荷最大支线电缆，并在计算出其电压损失和变压器的电压损失的基础上求得， 由此值计算选择干线电缆的截面。 干线上允许的电压损失为 1.tp U 1-25 1.tp U 1bTP UUU 满足电压损失要求的干线电缆计算截面为 1-26 1t A Ntpsc tNde UU

52、LPK 1. 3 1 10 式中 干线电缆允许电压损失，V； 1.tp U 干线电缆供电的所有电动机额定功率，kW； N P 变压器所带负荷的需用系数； de K 干线电缆的长度，m； 1t L 电缆材料的电导系数，m/，对铜芯软电缆取 42.5，芯线温度为 sc 2 mm 65； 干线电缆截面，。 1t A 2 mm 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 22 选择大于或等于计算的标称截面的某矿用阻燃型橡套电缆。 5 按启动电缆校验主截面 采区综采工作面用电设备多为鼠笼型电动机，其启动 电流可达 47 倍额定电流，对于大容量的电动机启动时造成较大的电压损失，当电压损 失超过规定值时，将使电动机

53、因端电压过低而无法启动。根据煤矿井下供电设计技术 规定，按启动条件校验电缆主截面以综采工作面容量最大、供电距离最远的电动机在启 动如采煤机、刮板输送机，其他工作机械在正常工作为条件，对正在启动时的电动 机端电压不低于额定电压的 75%进行校验。 启动时允许电压损失 大容量电动机启动时，线路允许电压损失为 stp U . 1-27 stp U . NN UU75 . 0 2 电气设备允许最小启动电压为 min.stp U 1-28 min.stp U stpN UU .2 当电网电压为 660V 时，启动时的允许电压损失198V，最小允许启动电压 stp U . 为 495V；当电网电压为 11

54、40V 时，启动时的允许电压损失345V，最小允 min.stp U stp U . 许启动电压为 855V。 min.stp U 电动机实际启动电压计算 电动机实际启动电压有不同的计算方法，这里采用 全阻抗计算方法，又称欧姆金算法由于综采工作面供电多为供电系统的终端，可视 9 向移动变电站供电的二次侧电压为无穷大电源，在低压侧电动机启动时，变压器二次侧 电压基本不变。采用全阻抗计算法，就是通过计算变压器、 电缆线路和电动机在内的全部阻抗，求的电动机的实际启动电流和实际启动电压。 a、移动变电站供单台电动机启动验算 移动变电站向单台电动机供电系统如图 1-2 所示，T 为移动变电站，W 为电缆

55、线路，M 为电动机。 a供电系统图 中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 23 b单向等效电路 图 1-2 移动变电站供单台电动机启动电流回路 电动机实际启动电流为 1-29 st I 22 2 )()(3XR U N 式中 移动变电站二次侧额定电压，V； N U2 启动电流回路电阻之和，；其值为+； R T R W R st R ，分别是变压器每相的电阻、电缆线路的每相电阻、电动机启动 T R W R st R 时的电阻，； 启动电流回路电抗之和，；其值为+； X T X W X st X ，分别是变压器每相电抗、电缆线路的每相电抗、电动机启动时的每相电 T X W X st X 抗，； 电

56、动机启动时的每相阻抗、电阻、电抗 1-30 st Z stN N I U . 3 1-31 st R st Z st cos 1-32 st X st Z st sin 式中 电动机额定电压，V； N U 电动机额定启动电流，A； stN I . ，分别是电动机启动时的每相阻抗、电阻、电抗，； st Z st R st X 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 24 ，电动机启动时的功率因数及相应的正弦值。 st cos st sin 变压器折算到二次侧的每相电阻、阻抗、电抗 ； u； 1-33 T R N N N S UP 2 2 2 T Z N N S U2 2 T XTTRZ 22 电缆芯

57、线每相电阻、电抗 LrRW 0 1-34LxXW 0 式中 L电缆的实际长度，km； ， 电缆芯线单位长度的电阻和电抗，查表 1-7 和 1-8。 0 r 0 xkm/ 电动机启动时的电压损失应满足 1-35 st U)sincos(3 ststst XRI pst U b、移动变电站供电给多台电动机（一台或两台电动机同时启动验算） ，移动变电站 给多台电动机供电示意如图 1-3 所示，T 为移动变电站，为干线电缆，是支线电缆。 1t W 1b W 选取容量最大、供电距离最远的电动机启动，其他电动机正常运行，进行启动校验。 3 M 电动机的启动阻抗、电阻、电抗 3 M =； =； 3 st Z

58、 stN N I U . 3 3 st R stst Zcos ststst ZXsin 3 电缆支线的每相电阻=,求出电动机回路的总阻抗 3 1b W 3 1b R 30L x 3 M 1-36 2 1 2 13 )()( 3333 stbstb XXRRZ 该支路电阻和电抗化成相应的电导，电纳的关系为 3 st g 3 st b 1-37 3 2 1 2 1 2 1 1 33 3333 33 3 )()(Z RR XXRR RR g stb stbstb stb st 1-38 3 2 1 2 1 2 1 1 st 33 3333 33 3 )()( b Z XX XXRR XX stb

59、stbstb stb 正常运行电动机、回路每相阻抗的计算 2 M 1 M 中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 25 1-39 N N M I U Z 3 2 1-40 NMM ZRcos 22 X= 1-41 2 MNM Zsin 2 a 供电系统 b 启动电流回路 图 1-3 多台电动机同时运行启动电流回路 支线电缆每相电阻、电抗 2 1b W 2012 LrRb 2012 LxXb 支路的总阻抗为 2 M 1-42 2 1 2 12 )()( 2222 MbMb XXRRZ 支路等效的电导、电纳为 2 M 2 g 2 b = 1-43 2 g 2 2 1 2 1 2 1 1 22 222

60、2 22 )()(Z RR XXRR RR Mb MbMb Mb 王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计 26 = 1-44 2 b 2 2 1 2 1 2 1 1 22 2222 22 )()(Z XX XXRR XX Mb MbMb Mb 同理电动机支路阻抗、电导、电纳为 1 M 1-45 2 1 2 11 )()( 1111 MbMb XXRRZ = 1-46 2 1 2 1 1 1 )()( 1111 11 MbMb Mb XXRR RR g 1 2 1 11 Z RR Mb 1-47 1 b 1 2 1 2 1 2 1 1 11 1111 11 )()(Z XX XXRR XX Mb M