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 日 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17o，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18m，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61所示。 (2)、回采工作面采用MLS3170型采煤机，并用HDJA-1200型金属铰接顶梁

2、与DZ22单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61二、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

3、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、 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

4、点，但却可将高压深入负荷中心，具有提离供电质量的优点，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100150m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

5、低压于线的最大供电距离为182m。因计及除采煤机外，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。 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

6、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，

7、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= Kde=式中Sca：一组用电设备的计算负荷，KVA；pN：具有相同需用系数Kde的一组用电设备的额定负荷之和，KW;CO

8、S：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：需用系数；KLO：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；：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；：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

9、，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。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。 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coswm2、采区动力变压器

10、的选择（1）原则根据设计部门和施工现场的经验，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

11、（1）先依式(61)技需用系数法，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：=式中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；：变压器的年受电小时数，一般取8760h；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62的曲线，按用电设备的功率因数cos值求得；-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01KW/KVar 。 ：变压器空载有功功率

12、损耗，KW;：变压器短路有功功率损耗,KW;：变压器空载无功功率损耗，它可借式求出，其中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及:=（4）、计算变压器的年运行费用F: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-变压器固定运行费比率取8；-变压器短路无功功率损耗；-厂变压器的容量，kvA；基本电价，按11元(kw月)计；-电阻电价，按0.5元（kwh）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

13、：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 据表6-2中式子算出 Kde=0.286+0.714=0.286+0.714=0.508，再根据表6-2取coswm=0.6，依式（6-1）求得Sca,T1=462.788kVA，选择KBSGZY-500/6型移动变电站一台。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。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coswm,=0

14、.6，则变压器计算负荷Sca,T3=110.8kVA，选择KBSG-200/6型变压器一台。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

15、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

16、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

17、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。表一阻抗0（km-1）截面/mm24610162535507095电阻R05.53.6932.1591.3690.86380.61600.44840.31510.2301电抗X00.1010.0950.0920.0900.0880.0840.0810.0780.0752）、截面选择Wt1,2干线电缆最大长时工作电流为Ica=44.53A由表二中可知选取UYPJ-3.6/6-325+316/3+32.5型屏蔽监视型矿用橡胶电缆，其长时允许载流量IP=

18、121A，大于Ica=44.53，满足发热条件。表二芯线截面/mm2主芯线导体结构根数/直径/mm2绝缘厚度/mm内护套厚度/mm外护套厚度/mm电缆外径/mm最小值最大值325+316/3+32.5196/0.442.55.564.870.8335+316/3+32.5275/0.468.374.3350+316/3+32.5396/0.471.777.7注：316/3为接地芯线（兼作屏蔽），32.5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 式中电缆实际长度，；电缆敷设路径长度，；增长系数，对橡套电缆为.，对铠装电缆为.。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

19、缆的长度分别为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为 =（20+75+600-150+323）m1.1=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按下式计算：Amin=Iss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许温度2000时的值是145； tph假想时间。根据式

20、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 tse100ms=0.1s,取tse=0.1s； tbr开关动作时间，真空断路器分闸时间tbr=0.1s； 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 Imax,s=7250A=7.25kA相应的，满足该截面热稳定要求的最大短路容量，为Smax,s=6.3kV7.25kA=79.1MVA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

21、型325mm2电缆热稳定要求的最大短路容量79.1MVA，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V1。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/km，X0=0.060/km；取井下负荷的功率因数cos=0.65，tan=1.17代入式V1=（R0+X0tan）=（0.226/km+0.060/km1.17）100%=0.71%b中央变电所是采区变电所的电压损失V2。根据资料

22、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R0=1.445/km，X0=0.066/km。代入式V2=（R0+X0tan）得V2=2.26%c采区变电所至移动变电站的电压损失为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cos=0.6，tan=1.33。由表一查得R0=0.8638/km，X0=0.088/km。代入式V3=（R0+X0tan）得V3=0.89%d.总损失V=V1+V2+V3=0.71%+2.26%+0.89%=3.8

23、6%5%，符合要求。所以，选取UYPJ-3.6/6-325电缆作为向移动变电站的供电电缆。七、短路电流计算 首先根据保护装置整定需要确定的短路点，然后计算出各短路点的短路电流。计算短路电流前，我们给出井下主变电所6kV母线的短路容量Ss=50MVA。 1. KBSG-200/6型隔爆干式变压器的供电系统短路电流计算（参见图6-3）。 以向装煤机供电的电缆在S37处短路为例，计算通过磁力起动器SM25的最小两向短路电流。 1）短路回路阻抗计算。 （1）系统电抗。因为变压器二次侧空载电压（即平均电压）Var=690V,井下主变电所短路容量Ss=50MVA，所以系统电抗 Xsy=0.0095 (2)

24、高压电缆阻抗。查表6-1，得高压电缆电阻、电抗值为别为R0=0.0857/km，X0=0.066/km。一直这段电缆长L为0.6km、变压器变比Ksc=6300V/690V=9.13，求得折合到低压侧的电阻R及电抗X分别为 Rtl,1=0.00619 Xtl,1=0.000475变压器的阻抗。查资料可得KBSG-200/6型干式变压器的vs=4,PN,T=1400W；变压器额定电流I2N=167A。 得RT=0.0167 ZT=0.0952 XT=0.0939（3）、从短路点S37至变压器间的低压电缆阻抗。UYP-0.38/0.66 370+125-795型橡套干线电缆Wtl,9的阻抗。根据表

25、一可得R0=0.3151/km，X0=0.078/km。又已知其实际长L为795m，故得其电阻和阻抗分别为 Rtl，9=R0L=0.3151/km0.795km=0.2505 Xtl,9=X0L=0.078/km0.795km=0.0620UCP0.38/0.66-316+14+42.5-130型屏蔽支线电缆的阻抗。根据表一得R0=1.369/km，X0=0.09/km。又已知其实际长L为130m,故有R0L=1.369/km0.13km=0.178Xbl=X0L=0.09/km0.13km=0.0117至此，可求得低压电缆的总电阻 RLV，=0.2505+0.178=0.4285 XLV，=

26、0.0620+0.0117=0.0737并知至短路点的每项总电阻R= RLV，+RT+ Rtl,1+0.4614 X= XLV，+XT+Xtl,1+Xsy=0.17762）、短路电流计算将上述各已知值代入=698（A） =806A经过与上相同的方法，算得、变压器供电系统其它各短路点的短路电流值，并列入表三中。、变压器供电系统其它各短路点的短路电流值2、KBSGZY-500/6型移动变电站（T1）的短路电流计算(参见图6-3)1）、求系统电抗和高压电缆的换算长度（1）、系统电抗换算长度st。查资料可得，我们假定井下中央变电所6kV母线短路容量为50MVA，对660系统，st20.9m。（2）求高

27、压电缆换算长度。由井下中央变电所至采区变电所高压电缆的换算长度： Lct,gl=Kct,glLgl式中 Kct,gl高压电缆的换算系数，查资料可得。 Lgl高压电缆的实际长度。由井下中央变电所至采区变电所（铜芯）电缆主芯线截面积为25mm2,电缆长度为600m,查资料可知Kct,gl=0.023，则电缆换算长度为 Lct,gl=Kct,glLgl=0.023600m=13.8m采区变电所至移动变电站高压电缆的换算长度。这段电缆是铜芯，截面为35mm2,长度为610m,查资料可得Kct,gl=0.017，则换算长度为 Lct,g2=Kct,g2Lg2=0.017610m=10.37m表三 、变压器供电系统其它各短路点的短路电流值短路点短路电流/A短路点短路电流/AS25 S1331663657S2911851369S1411311360S3020222335S159691119S31757874S1611