河南理工大学矿石电工实习报告

1、矿山电工课程设计专业班级：采矿10-3班指导老师：马星河姓 名：杨勇学 号：311002010320期：2013年1月1日采区高压系统供电设计一、已知资科某低瓦斯矿井的一个机械化采区的已知资料如下 ：(1)、采区开拓为中间上山，其倾角为17,分东、西两翼，每翼 走向长600m。采区分三个区段，每段长 150m,工作面长130m。煤 层厚度1. 8m,煤质中硬，一次采全高。采用走向长壁后退式采煤方法，西翼开采，东翼掘进，掘进超前进行。两班出煤，一班修整。掘进三班生产。采区巷道布置如图6一1所不。(2)、回采工作面采用 MLS3 170型采煤机，并用 HDJA-1200型 金属较接顶梁与DZ22单

2、体液压支柱组成支架，支护煤层的顶板。回 采工作面设有YAJ13型液压安全绞车。(3)、煤的运输方式为：在工作面内，采用 SGW-150型刮板输送 机及SGZ-40型转载机；在区段平巷内，采用 DSP1040/800型带式输 送机；在采区上山，采用胶带宽度为800m的SPJ-800型带式输送机； 在轨道上山，采用75kW单滚筒绞车。(4)、煤巷掘进采用打服爆破.装煤机装煤，调度绞车调车。上述采区各用电设备容量，技术规格列于表6-1只井总回人卷7 c_7CZ_7CTTZ1开切眼局部通乂机600mC=Z3C=J=IIbOrn装煤机少7CZ=7C=ZJCZZZ7C71与三区段西贡51三区段东翼带式输送

3、机下部车场石门运摘大巷爆仓第一区段运瑞平巷第二区段 桃道平谷癖%/X化至喧雾灰调度.林也为蛟车小水泵 枝煤机煤电钻第二区段东翼一上山装车房 贯眼W液床安小水冢 板钻/全装车7QC ?/输送与F人士芝&2J一上部布场转机笫一区段西奥 /移动变电站 络蚱机酎海风机 弟一区段轨道平宙 第一区段东翼塘二区段西翼中茶车场，轨道上山WT送机上山U一用&1某果区的巷道布置图二、采区高压系统供电设计步骤(1)、根据采区地质条件、采煤方法、巷道布置以及采区机电设备 容量、分布情况，确定采区变电所及采掘工作面配电点位置。(2)、采区用电设备的负荷统计，确定采区动力变压器的容量、型 号、台数。(3)、拟订采区供电系

4、统图。(4)、选择高压配电装置和高压电缆。(5)、对高低压开关中的保护装置进行整定。(6)、绘制采区供电系统图和来区变电所设备布置图。三、变电所及配电所位置的确定1、变电所位置选择根据采区变电所位置选择原则，采区变电所要位于负荷中心，顶底板 稳定且无淋水、通风好、运输方便的地方。对照图61,有I、H、田、IV 4个位置，而考虑到用尽可能少的变电所向全采区供电的原 则，我们采用一个采区变电所和一台移动变电站联合向全采区供电的 方案。即先在采区负荷中心的H处建立一个固定采区变电所，另外再加一个移动变电站向回采工作面采煤机等设备供电。本方案虽有投资增加之缺点，但却可将高压深入负荷中心，具有提离供电质

5、量的优点， 因而选定这一方案。对于移动变电站，通常有三种可供选取的布置方法，即：(1)、设置在工作面巷道口，向平巷输送机供电。(2)、设置在运输巷内，且在输送机侧敷设供移动变电站专用轨道，并将其设在距工作面100750m处（3）、为缩小巷道截面，不为移动变电站专设轨道，可通过工作面运输巷与下一工作面回风巷的联络巷，将移动变电站设在未进行开采 的下一工作面的回风巷内（此巷有轨道）。鉴于此矿井是西冀开采、东翼掘进，故拟参照上述移动变电站布置方式（1）和（2）,将其设在回来工作面运输平巷内。在此情况下，由表 16查得，若采煤机电缆截面为50m则其删低压于线的最大供电距离为 182m。因计及除采煤机外

6、，移动变电站还要向其他设备供电，故其实际最大供电距离 要比由表16查到的值小，所以，最后考虑将移动变电站设在距工作面150m处的回来工作面运输平巷内每台场设备名称及使用地点fe动机推出台幽械一刖牛竹秋定启动翘潞起哪瓶s 容妮项定噌管功职定电流额定功承心嫡荷 因数 coslNSTNIkW VNV I NAMNSTNM 酬MLS70型采煤机（采煤ZDMB-170S1170 660 187 0.865.5SGW-150刮板输送机（为SB17(5AS)22X75660 820.876.52.50.93 070.92 0.8DSP1040/80(fi带式输送)21066099 4 99.4 0.8610

7、2.50.9SGZ-4CE转载机（采煤:DSB_40114066044.7 0.866.52.50.9XR吸乳化液泵（采煤工JO1-4 212X55660 590.926.51.20.90.9XPB喷雾泵站（采煤工JM0L-4 212X30660 38.8 0.876.50.897 YAJ-13型液压安全绞车（采源山3小道）1上山单滚筒绞车（轨道JDSB-751BJO2-413 660 13.7 0.87175 660 820.879 SPJ-800带式输送机（月BJO1输上山）23032.4 0.9717660 18.7 0.95.66.52.51.21.30.890.91 0.50.895

8、0.880.910ZWZ7型装煤机（掘进二1D2B 前17 212X17660 200.8472.50.8811JD-11.4型调度绞车（采JB巷道44X 11.660 12.9 0.875.580.8912 电钻变压器综合装置(泅Z80巷2B13* 1.660/1238/10.0.850.85 113 局部通风机(掘进工ST52-2212X11660 12.5 0.8870.88 0.61415小水泵(采掘工作面微251-8 414X 4 660 5.6 0.755.50.84 0.照明变压器(机电碉KSG-2.5/02712X2 660/1238/10.0.80.95 116设备总容量89

9、0.2表6-1采区用电设备数据表2、工作面配电点的布置(1)、采区用电设各的布置根据采区具体的开采情况，首先对题目给定的负荷作全面分析， 从中了解其设备名称、数量、每台设备的电气性能，并了解它们在采 区的分布情况及相互关系.将各用电设备标明在图 61中。(2)、采区配电点的配置关于此项内容因在本书第一章第二节中已有介绍，故此不再赘述。 结合本题情况，采区工作面配电点的具体布置为：回采工作面配电点 设在运输平巷内.它与工作面相距50m;工作面回风巷配电点距工作 面70m;掘进工作面配电点有两个，它们分别设在东冀第一区段上、 下部的平巷内，且距掘进头80m;在上山采区绞车房附近设一配电点。 四、负

10、荷统计及变电所容量选择1、负荷统计(1)、概括在按本章第二节介绍的过程确定了变电所的位置后，接下来就需进 行采区用电负荷的统计，并据此决定采区变电所变压器的容量、 型号 及台数。变压器选择是否合适，与采区供电的技术、经济性能关系极大。若其 容量偏小，将会使由它所带的电气设备和丁作机械不能正常运转，影响供电的安全、可靠；若其容量偏大，则又会导致变电所投资的提高 和变压器能量损耗的增加，造成浪费。很明显，若正确选定变压器，必先推确求得备用电设备的实际负荷。但是，由于各用电设备在运行中的负荷是随时变化的， 且不应超过其 额定容里(即铭牌功率)，又由于各用电设备一般并不都同时出现，所 以各用电设备的实

11、际负荷之和，总是要比它们铭牌佰直接相加的数值 低。因此，在选择变压器前，必须先介绍实际负荷的求取力祛。目前.有多种计算实际负荷的方法.其中由概率理论导出的需用系数 法的应用。(2)、需用系数法需用系数法是一种借助于一些统计数据，通过计算手段，由各种用电设备的额定功率求取计算负荷的方法，该法所使用的公式为Sca= PNKdecos ;：WMKde=K LO K siWM W式中Sa： 一组用电设备的计算负荷，KV，A;Epn：具有相同需用系数Kde的一组用电设备的额定负荷之和，KW;COSWM : 一组用电设备的加权平均功率因数，即各用电设备的功率 与功率因数的乘积之和与他们的总功率之比；Kde

12、 :需用系数；Ko：负荷系数，因一组用电设备中的各用电设备未必全能在满负荷 下运行，故以其表示在最大负荷时，工作着的用电设备的实际所需功 率与全部用电设备容量比值；Ksi :同时工作系数，因各用电设备不同时工作，故以其表示在最大负荷时，工作着的用电设备的容量与全部用电设备总容量的比值;“wm：同时工作设备的加权平均效率，它反映各用电设备的平均功率 损耗，即各用电设备的功率与效率的乘积之和与总功率之比；w：电网效率，它反映给该组用电设备供电的线路在输送功率时，所产生的线路功率损耗占输送功率的比值，对井下供电线路，一般取0.9 0.95;要强调指出的是，虽然在上面分别介绍了需用系数Kde中各项因子

13、的含义，但在实际计算时，并不是根据它们求得需用系数。这是 因为要计算式中的因子，本身就是既困难又复杂的。所以，通常的做 法是：根据统计实测，先将不同类型、不同工作条件下的用电设备的 需用系数列成一个表，再根据实际情况查表求得。对于加权平均功率 因数cos% ,也采用同样的方法处理。表62列出了井下用电设备的 需用系数x6及它们的加权平均功率因数cos a。对于采煤机电动机，计算负荷时取长时容量；当有功率因数补偿时， 取补偿后计算的功率因数。用电设备需用系数K de加权平均功率因数cos a wm米煤工作面综合机械化工作面（自移支架）0.4+0.6Pmax/EP N0.7一般机械化工作面（单体支

14、架）0.286+0.714Pmax/EP N0.6-0.7-n一般机械化工作面（倾斜机米面）0.6-0.750.6-0.7缓倾斜煤层（炮米工作面）0.4-0.50.6急倾斜煤层（炮米工作面）0.5-0.60.7掘进工作卸：采用掘进机的0.50.6-0.7非掘进机的0.3-0.40.6电动车：架线式电动车0.5-0.650.9蓄电池电动车0.80.9n其他运输设备（如输送机.绞车等）0.50.7井底车场：无主排水设备0.6-0.70.7有主排水设备0.75-0.850.8表6-2矿井电力负荷计算需用系数Kde及加权平均功率因数cos Wm2、采区动力变压器的选择（1）原则根据设计部门和施工现场的

15、经验，在确定变压器台数和容量时，应当根据采区供电系统的几种情况及变压器配套设备的费用、变电所碉室的尺寸及开托费用、对负荷供电的经济性（即效率）和是否有适当的备 用容量等因素，加以综合分析.再拟出几种可行的方案.进行技术、 经济比较，最后再确定出最好的方案。考虑到采区的电气设备是可以 重复使用的，故在选择采区动力变压器时，可只从技术方面进行分析 比较，然后确定方案。目前在采区变电所中主要采用 KSJ或KS7、KS9系列等矿用变压器,有条件时应优先采用 KBSG型隔爆干式变压器。因本例属新设计采区，故拟采用KBSG型隔爆干式变压器。(2)采区变压器容量、台数的确定1)步骤(1)先依式(61)技需用

16、系数法，初步选取。此时，一般可先根据 设备布置及容量确定几个方案，分别求出个方案下的各组的计算容 量，再据它们初选变压器的容量及台数， 然后根据不同方案进行后续 的比较。(2)计算所选变压器的经济负荷率P ec :T _，TO(APid，T+Kec, reAQid，T) ec =,CPn,t Kec, re)式中Pec考虑了变压器的年有功、无功电能损耗后的综合效率最高的负荷率；To：变压器的年受电小时数，一般取 8760h;一变压器的年最大功率损耗小时数，实际进行汁算财，可先从表63查出各类 用户年最大负荷利用小时数 Tmax,再从图6-2的7=f (Tmax)曲线，按用电设备的功率因数 co

17、s中值求得E ;Kec, re-无功功率经济当量，指每输送 1kv盯无功功率所消耗的有功功率数值，一般取0. 1KW/KVar 。P Pid, t :变压器空载有功功率损耗，KW; Pn.t：变压器短路有功功率损耗,KW;Qid,T：变压器空载无功功率损耗，它可借式 Qid,T=Iid,TS/100求出，其中Iid，T为变压器空载电流的百分数.Sn为其额定功率值。(3)计算变压器的无功和有功功率损耗 AQ及A Pt：Sca, T oQ Qt = AQid, t+4Qn,t()5Sn“ R= APid, t +Pn,t(Sca,T)2 + Re reAQNTSN(4)、计算变压器的年运行费用F:

18、(1 , )n八、F=Z( 丹 n)1 十 ZFz 十 gPid , t+Kec, reAQN,T)(Fj 十 ToFd) +2Scat, t )一 _ _ 一、I (APn,t + Kec, reAQN,T)(Fj+TmaxFd)k Sn J式中Z-变压器的一次设备投资，元；-资金利用率.取10%；n-变压器服务年限，一舶取20年；Fz一变压器固定运行费比率.取8%；Qn ,t -变压器短路无功功率损耗；&a, T -厂变压器的容量，kv A；Fj基本电价，按11元/(kw 月)计；Fd -电阻电价，按0.5元/ ( kw h)计，2)确定本例采区变压器的容量及台数(1)容量和台数方案。我们

19、提出如下1个方案.我们的方案是1台移动变电站，2台电力变压器。负荷分组及变压器容量选择：I组：采煤机、刮板输送机、转载机、喷雾泵 2台、乳化泵2台、调度绞车、电钻变压器、小水泵总负荷Pn Pn = (170+2x75+40 + 2x30 + 2x55 + 11.4+ 1.2+4)KW =546.6KW 据表P max170KW6-2 中式子算出 Kde=0.286+0.714后=0.286+0.714546.6KW =0.508, 再根据表 6-2 取 cos Wm=0.6 , 依式 (6-1 ) 求得546.6KW 0.508Sca,T1= 06=462.788kV - A,选择 KBSGZ

20、Y-500/6 型移动变电站一台。II组：带式输送机、液压安全绞车、小水泵、调度绞车、采区上山带 式输送机、煤电钻。出组：装煤机两台、局部通风机两台、调度绞车两台、电钻变压器两 台、小水泵两台、采区上山绞车、照明变压器。总负荷汇Pn = 166.2KW,由附录三可知选取需用系数 Kde=0.4,加权平 均功率因数cosCm=0.6 ,则变压器计算负荷ScaT3=166.2KW 内4 = 110.8kV A,选择 KBSG-200/6 型变压器一台。 ,0.6五、采区供电系统的拟定1、拟定采区供电系统图的原则(1)、在保证供电可靠的前提下，力求所拟图中使用的开关、电缆等 设备最省。(2)、尽可能

21、由一台变压器向一个生产环节或者工作面的机械供电， 以便缩小事故所引起的停电范围。(3)、对单电源进线的采区变电所，当其变压器不超过两台且无高压 馈出线时，通常可不设电源断路器；而当其变压器超出两台并有高压 窥出线时，则应设进线断路器。(4)、在对生产量较大的综合机械化工作面或下山排水设备进行低压 供电时，应尽量采用双回路高压电源进线及两台或者两台以上的变压 器，使得当一回线路或一台变压器发生故障时， 另一回线路或另一台 变压器仍能保证工作面正常生产以及排水供电。(5)、对第一类负荷为高压设备(如高压水泵)或变压器在四台以上(即采掘工作面比较集中的盘区) 的采区变电所，因其已处于能影响 矿井安全

22、的地位，故应按前述井下中央变电所的接线原则加以考虑。(6)、变压器尽量采用分列运行。这是由于当采用并列运行时，线路 对地电流的增加会对安全造成威胁；电网绝缘电阻的下降可使漏电继 电器的运行条件恶化，在发生漏电事故时又因一台检漏继电器控制两 台变压器的亏电开关，而使停电范围加大，从而使可靠性降低。(7)、一个开关只能控制一种用电设备，容量愈大的开关，应排得离 电源愈近。(8)、为了防止采用局部通风机通风的工作面发生瓦斯爆炸事故，根据风电瓦斯闭锁系统技术规范规定，对高瓦斯以及瓦斯突出的矿 井，局部通风机的供电系统应该装设专用变压器、专用电缆、专用高 低压开关配捡漏继电器以及因停风或者瓦斯超限均需切

23、断掘进工作 面的电源的闭锁系统。对低瓦斯矿井局部通风机，仅实行风电瓦斯闭 锁。由于局部通风机独立于其它供电设备线路， 故不受其它电气设备 故障(如漏电、短路等)跳闸的影响。2、实例的供电系统参照上述原则，初步拟制出本设计题目的采区供电系统图，如图6-3所示。六、高压电缆选择现结合供电系统实例，选择采区变电所至KBSGZY-500/6型移动 变电站的高压电缆。1）、型号选择向移动变电站供电的高压电缆，应选取UYPJ-3.6/6型屏蔽监视型矿用橡胶电缆。矿用橡胶电缆的单位长度的电阻和阻抗见表一， UYPJ-3.6/6型屏蔽监视型矿用橡胶电缆的规格见表二。表阻抗Z 0(Q k m-1)截面/mm24

24、610162535507095电阻R05.53.692.151.360.860.610.440.310.233993860845101电抗X。0.100.090.090.090.080.080.080.070.071520841852）、截面选择Wt1,2干线电缆最大长时工作电流为m MT =426.788kV?A=44.53AV3VnKscV3 X6kV由表二中可知选取 UYPJ-3.6/6-3X25+3X 16/3+3X 2.5型屏蔽监视型矿用橡胶电缆，具长时允许载流量Ip=121A,大于J=44.53A,满足 发热条件表二芯线X截面/主芯线绝缘厚内护套外护套电缆外mm2导体结度/mm厚度

25、厚度径/mm构根数/mm/mm最最直 径小大, 2/mm值值3X 25+3 X 16/3+3196/0.442.55.564.70.X2.5883X 35+3 X 16/3+3275/0.468.74.X2.5333X 50+3 X 16/3+3396/0.471.77.X2.577注：3X 16/3为接地芯线（兼作屏蔽），3X2.5为监视芯线3）、长度的确定电缆实际长度应按下式进行计算L ca = K L wa式中Lea 电缆实际长度，m;Kin电缆敷设路径长度，m;L wa 增长系数，Xt橡套电缆为1. 1 ,对铠装电缆为10 5。由于此设计中在变电所内和变电所至第一区段工作面进风巷电缆的

26、长度分别为20m及75m,采区一翼走向长度为600m,移动变电站与 工作面的距离为150m,供货长度为150m/根，故每150m应设一个中 间接头，共设3个，且中间防爆接线盒两端又需增加 3m的充裕量， 并且考虑到软电缆应该比巷道长度加长 10%。故可求得采区变电所至 移动变电站的高压电缆总长度L c a为Lca= (20+75+600-150+3X 2X3) mx 1.1=619m4)、校验(1)、短路热稳定校验。满足热稳定条件的最小电缆截面Amin按下式计算：tph Amin I ssC式中Iss通过电路的最大短路电流，kA;C电缆芯线的热稳定系数，通过查表可得出，铜芯橡套绝 缘电缆最高允

27、许温度2000 c时的C值是145;tph假想时间。根据式 tph=tse+tbr+0.05 得出 tph=0.1s+0.1s+0.05s=0.25s式中tse短路保护动作时间，井下高压配电装置速断动作时间tseW100ms=0.1s取 tse=0.1s；tbr 开关动作时间，真空断路器分闸时间尸0.佰；0.05考虑短路电流非周期分量影响增加时间。一直所选电缆主芯线截面为 25mm2,该截面满足热稳定条件允许通过 的最大短路电流Imax,s为一：/吧=255 =7250A=7.25kA ,.tph、0.25相应的，满足该截面热稳定要求的最大短路容量Sm a x , s为Smax,s=:Imax

28、，s=73 X6.3kVX7.25kA=79.1MV A一般矿井地面变电所6kV母线短路容量均限制在50MVA以下，小 于UYPJ型3 x 25mm2电缆热稳定要求的最大短路容量 79.1MV A, 满足热稳定要求。(1)、按允许电压损失校验允许电压损失，从地面变电所 6kV母线到采区移动变电站高压端 子的允许电压损失不允许超过 7%。电缆电压损失计算a.下井电缆的电压损失 Vi。本例假定在故障情况下每条下井电缆负荷功率Pca=1105kW,下井电缆长778m,截面为95mm2(铜芯)。查资料可知R0=0.226 Q /km , X0=0.060 Q/km ;取井下负 荷的功率因 数PcaLc

29、a1105W U.778kmcos =0.65, tan =1.17代入式 Vi =2- (Ro+Xotan C二 /10VN2100X(6V)(6V)(0.226Q /km+0.060 Q /km x 1.17) x 100%=0.71%b.中央变电所是采区变电所的电压损失4 V2。根据资料可知，此段 电缆为铝芯，截面为25mm2,长600m,总负荷为890.2km。取负荷 功率因数 cos 0.65, tan =1.17。查资料可知 R=1.445Q /km,X=0.066 Q/km。代入式 V2=%a (R0+Xtan C 得 V2=2.26%10VN2c.采区变电所至移动变电站的电压损

30、失为V3。查资料可知，此段电缆为UYPJ型，截面为25mm2(铜芯)，长610m。所带负荷为546.6kW,功率因数 cos00.6,tan =1.33。由表一查得 R0=0.8638Q/km,X0=0.088Q/km。代入式 V3=3a (Ro+Xotan C 得 V3=0.89% I*d.总损失 V=AVi+AV2+AV3=0.71%+2.26%+0.89%=3.86%(0.69kv)2 八得 Rt=2_N1=22_=0.0167QSt(200kV ?A)ZT*= 4 1 Si( 1 Si( 1 Si( 1 SS25S1331663657S2911851369Sl411311360S3020222335S1