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，配送到采掘工作面及附近用电设备。

2、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 IIAbstract Mining area substation of power supply in mining

3、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 transformers, high and low vo

4、ltage 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, load statistics, tra

5、nsformer 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 coefficient method

6、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.11 概述.21.1 采区供电系统设计依据.21.2 采区供电系统设计要求 .21.3 采区供电系统设计目的及范围 .32 采区变电所配电点及位置的确定.42.1 采区变电所位置的确定 .42.2 移动变电站位置的确定 .42.3 工作面配电点位置的确定 .43 采区供电系统负荷

7、统计与移动变电站选择.53.1 供电电压确定.53.2 负荷统计 .53.3 移动变电站选择 .64 采区供电系统的拟定.124.1 供电系统的拟定原则 .114.2 供电系统的确定 .115 采区高低压电缆选择.125.1 高压电缆的选择.125.2 低压电缆选择 .166 短路电流的计算.336.1 计算短路电流的目的 .336.2 短路电流的计算 .337 隔爆型高低压配电装置选择.427.1 高压配电装置的选择 .427.2 隔爆型低压配电装置选择 .438 防雷与接地.458.1 概述 .458.2 防雷保护 .459 采区变电所的防火措施.4910 照明系统设计.5010.1 概述

8、 .5010.2 井下照明系统 .5010.3 井下照明系统的设计要求 .5011 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 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

9、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，并在变电所装设避雷针。王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计21 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、

10、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

11、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11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 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

12、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

13、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42 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

14、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

15、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）53 采区供电系统负荷统计与移动变电站选择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

16、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/d6601140300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500100010001500300015017030040010002150217023752400240050010001000500050010000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

17、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 1-1cawmNdePKcos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

18、额定功率之和，kW；NPdeK 需用系数。deK 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wmcosnNP率因数 的乘积之和与他们总功率之比，按式1-2求得。 nNcos 1-2wmcosnnnNNNNNNNNNPPPPPP 212211coscoscos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 1-3deKNPPmax式中 一组设备中容量最大一台电动机额定功率，kW。maxP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 1-2deKwmcos3.3 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。

19、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。移动变电的额定容量应大于等于一组负荷的计算容量，即NScaS 1-4 NScaS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deK加权平均功率因数wmcos采煤工

20、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0.60.70.750.80.70.8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 66

21、0V，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 1-3。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Ncos截割电机2YBCS-650A6502330013620.85牵引电机290238016920.87MG650/1620-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wmcos15200.85SGZ1000/1400 型刮板输送机2YBSD-700/350-/8双速电动机700/350

22、2 3300 150/7420.82一组额定功率/kW加权平均功率因数wmcos14000.82SZZ1000/315 型转载机 1YBSS-31531511402040.88PLM3000型破碎机 1YBS-31531511401920.87BRW400/31.54型乳化液泵325011401460.86BPW400/16 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wmcos10050.87SSJ-1200/400型带式输送机 12315 1140 1200.82JH-20 型回柱绞车照明2YBS-2222411401140

23、262 0.85一组额定功率/kW加权平均功率因数wmcos总计额定功率/kW6560.844581 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、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1788kVAcaSw

24、mNdePKcos85. 015201 0.4 + 0.60.4 + 0.61deKNPPmax15201520查表 1-2 取0.85。wmcos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 号移动变电站拟向刮板输送机供电，负荷计算容量为 1647kVAcaSwmNdePKcos85. 014001 0.4 + 0.60.4 + 0.61deKNPPmax14001400查表 1-2 取0.85。wmcos选用 1 台

25、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681.55kVAcaSwmNdePKcos87. 0100559. 0 0.4 + 0.60.4 + 0.60.59deKNPPmax1005315查表 1-2 取0.87。wmcos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

26、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731.40kVAcaSwmNdePKcos87. 065697. 0 0.4 + 0.60.4 + 0.60.97deKNPPmax656630查表 1-2 取0.87。wmcos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）114 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

27、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。 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

28、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125 采区高低压电缆选择 5.1 高压

29、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eA 1-5eAedca

30、JI式中 经济截面， ；eA2mm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caI一条线路故障时的最大负荷电流，A； 经济电流密度，A/，其数值可参照表 1-4 来选取。edJ2mm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/2mm上产班次10003000300050005000 以上2.502.252.00一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

31、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。caI向一台移动变电站供电时，取变电站一次侧额定电流 1-6caINI1NNUS13310式中 移动变电站额定容量，kVA；NS 移动变电站

32、高压侧额定电压，V；NU1 移动变电站高压侧额定电流，A；NI1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caI之和，即 + 1-7caI11NI21NINNNUSS1331021向三台及以上移动变电站供电时，最大长时负荷电流为caI 1-8caIwmscNNdeKUPKcos3103式中 折算至移动变电站高压侧最大长时负荷电流，A；caI 由移动变电站供电的各用电设备额定功率总和，kW；NP 用电设备额定电压，V；NU 变压器的变化；scK 用电负荷加权平均功率因数。wmcos3 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王旭升 石嘴山煤矿

33、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。 1-9minACtIphss式中 电缆的最小热稳截面，；minA2mm 通过电缆的最大短路电流, A；ssI 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。pht 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7563538770100871009580120100145141 注：电缆线路中间有压接接头时，最高允许温度为 1

34、50，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% 1-10UNcacaUXRLI)sincos(300或 ()100% 1-11UNcxaUPL2310tan00XR 式中 电缆线路电压损失率，%U通过电流的最大长时工作电流，A；caI，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

35、U 电缆长度，km；caL ,分别为电缆线路单位长度的电阻和阻抗， ，可由表 1-7 和表 1-80R0Xkm/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 /2mm相阻抗电缆型号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。65R20R表 1-8 矿用千伏级及以

36、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/2mm20R65RX20R65RX20R65RX101625355070951.831.160.7320.5220.3800.2670.1952.1591.3690.8640.6160.4480.3150.2300.0920.0900.0880.0840.0810.0780.0760.5790.4160.2930.2090.6830.4190.3460.2470.0840.0810.0780.076(1.24)（0.795)0.522(0.566)0.370(0.393)0.

37、6160.4370.0840.08王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计165.2 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

38、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： 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

39、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

40、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，流过电缆的长时最大工作电流为电动机的额定电流。 NI 1-12caINNNNUPcos3103式中 线路长时最大工作电流，A；caI NI电动机的额定电流，A； 电动机的额定电压，V；NU电动机的额定动率，kW；NP电动机额定功率因数；Ncos 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 + 1-13caI1NI2NI 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。 1-14caIwmNNdeUPKco

41、s3103式中 干线电缆长时最大工作电流，A；caI 干线所带电动机额定功率之和，kW；NP 用电设备额定电压，V；NU 需用系数；deK 所带负荷的加权平均功率因数。wmcos2 电缆主芯线截面的选择 选择要求为： K 1-15PIcaI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-PI2。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主截面

42、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：pU 0.95 1-16pUNU2NU式中 大容量电动机启动时电网的允许电压损失，V；pU 变压器二次侧额定电压，V；NU2 电动机额定电压，V。NU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/2mm各种采煤机带式输送机、刮板输送机和转载机小功率刮板输送机安全回柱绞车

43、、装岩机调度绞车、照明干线手持式煤电站50952550102516254646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12738066011403300133400693120034651213616271083313512396311733011434259410262970195899174495采区低压电

44、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TU1tU1bU应小于或等于允许电压损失，即UpU + 1-17pUUTU1tU1bU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1bU 1-181bU13bI1111sincosbbbbXR式中 支线电缆电压损失，V；1bU 支线电缆工作电流，通常取电动机的额定电流，A；1bI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，；1bR1bXkm/电动机功率因数，取电动机额定功率因数；1cosb功率因数角对应的正弦值

45、；1sinb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2mm2mm1bX1bR 1-191bU13bI1bR1cosb 由于支路电流近似为电动机的额定电流，即将，1bINI113cos310bbNNUP1bR11bscbAL代入上式，支线电缆电压损失计算式可写为 1-201bU113110bbNscbNAULP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；1bU,依次为电动机额定功率，kW；额定电压，V；额定效率；NPNU1b 铜芯电缆材料的电导系数，m/、取 42.5芯线温度sc2mm

46、为 65； ，分别为支线电缆的长度，m；截面积，。1bL1bA2mm 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TU变压器绕组的电抗较大，不能忽略按式1-21计算。 1-21TU)sincos(3.TTTTTcaXRI式中 变压器的电压损失，V；TU变压器的负荷电流，A；按计算负荷求取；TcaI.变压器的功率因数，取所带负荷的加权平均功率因数；Tcos功率因数角的正弦值；Tsin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，。TRTX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

47、抗值。 1-22TRNNIP223NNNSUP222 u 1-23TZNIU223NNSU22 1-24TXTTRZ22式中 、分别为变压器每相电阻、阻抗和电抗，；TRTZTX、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，NPNU2NSV；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.tpU 1-251.tpU1bTPUUU满足电压损失要求的干线电缆计算截面为 1-261tANtpsctNdeUULPK1

48、.3110式中 干线电缆允许电压损失，V；1.tpU干线电缆供电的所有电动机额定功率，kW；NP变压器所带负荷的需用系数；deK干线电缆的长度，m；1tL电缆材料的电导系数，m/，对铜芯软电缆取 42.5，芯线温度为sc2mm65；干线电缆截面，。1tA2mm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

49、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stpU. 1-27stpU.NNUU75. 02电气设备允许最小启动电压为min.stpU 1-28min.stpUstpNUU.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stpU.为 495V；当电网电压为 1140V 时，启动时的允许电压损失345V，最小允min.stpUstpU.许启动电压为 855V。min.stpU 电动机实

50、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）23b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

51、 1-29stI222)()(3XRUN式中 移动变电站二次侧额定电压，V；NU2启动电流回路电阻之和，；其值为+；RTRWRstR，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TRWRstR时的电阻，； 启动电流回路电抗之和，；其值为+；XTXWXstX，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TXWXstX抗，； 电动机启动时的每相阻抗、电阻、电抗 1-30stZstNNIU.3 1-31stRstZstcos 1-32stXstZstsin式中 电动机额定电压，V；NU 电动机额定启动电流，A；stNI.，分别是电动机启动时的每相阻抗、电阻、电抗，；stZ

52、stRstX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。stcosstsin 变压器折算到二次侧的每相电阻、阻抗、电抗 ； u； 1-33TRNNNSUP222TZNNSU22TXTTRZ22 电缆芯线每相电阻、电抗LrRW0 1-34LxXW0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。0r0 xkm/ 电动机启动时的电压损失应满足 1-35stU)sincos(3stststXRIpstU 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

53、移动变电站，为干线电缆，是支线电缆。1tW1bW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。3M 电动机的启动阻抗、电阻、电抗3M=； =； 3stZstNNIU.33stRststZcosstststZXsin3电缆支线的每相电阻=,求出电动机回路的总阻抗31bW31bR30Lx3M 1-3621213)()(3333stbstbXXRRZ该支路电阻和电抗化成相应的电导，电纳的关系为3stg3stb 1-3732121211333333333)()(ZRRXXRRRRgstbstbstbstbst 1-3832121211st333333333)()(bZXXX

54、XRRXXstbstbstbstb 正常运行电动机、回路每相阻抗的计算2M1M中国矿业大学银川学院毕业设计（论文）25 1-39NNMIUZ32 1-40NMMZRcos22X= 1-412MNMZsin2a 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21bW2012LrRb2012LxXb支路的总阻抗为2M 1-4221212)()(2222MbMbXXRRZ支路等效的电导、电纳为2M2g2b = 1-432g2212121122222222)()(ZRRXXRRRRMbMbMbMb王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计26 = 1-442b2212

55、121122222222)()(ZXXXXRRXXMbMbMbMb同理电动机支路阻抗、电导、电纳为1M 1-4521211)()(1111MbMbXXRRZ = 1-46212111)()(111111MbMbMbXXRRRRg12111ZRRMb 1-471b1212121111111111)()(ZXXXXRRXXMbMbMbMb 两台正常工作电动机并联后的电导、电纳、导纳、阻抗 1-482112ggg 1-492112bbb 1-5012212212bgY 1-5112121YZ 三台电动机支路并联后的总电导、电纳、总阻抗 1-52123ggggst 1-53123bbbbst 1-54

56、22bgY 1-55YZ1各支路并联后的总阻抗、电抗为 1-5622gZYgR 1-5722bZYbXa) 启动回路总电阻、电抗、阻抗 1-58TtRRRR1 1-59TtXXXX1中国矿业大学银川学院毕业设计（论文）27 1-6022)()(XRZb) 启动时通过变压器和干线的启动电流 1-612222)()(3)(3XRUZUINNstc) 并联支路处的总电压 = 1-62UZIst3 电动机的实际启动电流、启动电压3M 1-63stcaI.33ZU 1-643.3ststcastcaZIU要求实际启动电压大于等于最小允许启动电压，即 1-65stcaU.min.stpU根据采区综采工作面

57、机电设备的布置情况，各台移动变电站所带的负荷，拟定出如附图所示的采区综采工作面供电系统图，并对部分线路电缆选择进行计算。1、向移动变电站供电选用电缆选择1 按经济电流密度选择主截面 向四台移动变电站供电的总负荷电流为 =165.8 Awm3cos310NNdecaUPKI7 . 0100003104581439. 03式中 综采工作面所有用电设备额定功率之和；NP需用系数，=0.4 + 0.6=0.4 + 0.60.439deKdeKNmaxPP4581300 加权平均功率因数，取 0.7； wmcos查表 5-4，取电力电缆经济电流密度=2.25A/，经济截面为edJ2mmedcaeJIA

58、7 .7325. 28 .1652mm选型号为 MYJV22-10/2403+325 高压电缆，长度，=2200m。m25401L2W2 按长时最大允许负荷电流校验 查课本矿井供电技术表 4-2 得 MYJV22-王旭升 石嘴山煤矿采区供电系统设计2810/2403+325 型电缆的长时最大允许负荷电流513A,长时最大负荷电流为pI=165.8 A，满足要求。caIcaIpI3 按热稳定条件校验电缆截面 电缆首段三相最大短路电流=2406 Aavsss3USI12310503 =2406=8.5240 满足热稳定要求。minACtphssI14125. 02mm2mm4 按允许电压损失校验电

59、缆截面 查表 1-8 得，=0.74 时，240铜芯电cos2mm缆的每兆瓦公里负荷矩的电压降为：K=0.185%。按公式：=KPL 计算式中 K每兆瓦公里负荷矩电缆中电压的损失的百分数，其数值可查表； P电缆输送的有功功率，MW； L电缆线路的长度，Km。=0.185%4.5812.54=2.15%1U用同样的方法可求出地面变电所到井下中央变电所的总压降：=1.86%2U则总压降：= + =2.15% + 1.86%=4.01%7%。U1U2U所选 MYJV22-10/2403+325 型高压电缆能够满足供电的要求。2、低压电缆截面的选择低压电缆型号与用途的确定参照课本矿井供电技术表 4-1

60、，按表 1-9 满足机械强度要求初选低压电缆主芯线截面，下面对四个移动变电站进行低压电缆主芯线截面的校验。11 号移动变电站供电系统1正常运行时的电压损失 变压器内部电压损失 查表 KSGZY-2000/10,10000/3300 移动变电站负载损耗 NP=4950W,阻抗电压 u=5.5%。变压器每相电阻、电抗值。中国矿业大学银川学院毕业设计（论文）29=0.0135NNNTSUPR2222220003 . 34950 2995. 010200033001005 . 53222NNTSUuZ 2992. 00135. 02995. 02222TTTRZX1 号移动变电站其负荷为采煤机，实际负