煤矿井下供电

煤矿井下供电前言随着科学技术的进步，煤矿供电有着电压越来越高、负荷功率越来越大、线路越来越复杂、供电保护越来越精确的趋势。在这种趋势下，原本依靠人工计算或查表进行供电保护的方法就无法满足即时、高效、精确的要求。于是，就必须要有一种快速、高效、准确的辅助工具，以满足需求。煤矿供电设计与管理系统应运而生。系统简介矿井供电设计与管理系统能迅速绘出高低压供电系统图，能实现高低压短路电流、开关整定保护、电压损失、电缆长时载流量等自动计算，同时自动生成相关Word文档计算说明书。该系统集绘图、计算、设计、优化、管理于一体，运行环境简单，人机界面友好，技术水平国内领先。技术依据本系统技术依据主要来自：煤炭工业出版社1995年版《煤炭电工手册（修订本）》（以下简称《手册》）第二分册煤炭工业部1998年制定《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》（以下简称《细则》）煤炭工业部1992年制定《煤矿安全规程》（以下简称《规程》）煤炭工业部1994年制定《煤炭工业矿井设计规范》（以下简称《规范》）功能和特点1.绘图能迅速绘出电路系统图，既美观大方有能实时动态修改图形。2.电网设计计算由供电系统图能迅速、准确、动态的计算出整个供电系统的短路电流、保护整定值、长时载流量、电压损失等，并可以高效的进行电网设计工作。功能和特点3.自动生成Word文档计算说明书在计算的同时，能自动生成短路电流、保护整定、负荷统计、长时载流量、电压损失等Word文档计算说明书。4.数据库管理系统采用开放的数据库，用户可以方便的添加修改设备的参数，并能对设备参数进行查询。功能和特点5.系统开发平台与运行环境、系统开发平台基于Windows2000/xp，采用多层次的Client/Server结构，在面向对象思想指导下设计与实现的。其前端采用的是VC++，后台数据库服务器由Access组成。绘图本系统通过对CAD进行二次开发，形成了一套完整的机电设备图例库，能够方便快捷实时动态的绘制修改图形。并且，根据需要，可以对图例进行随意的修改。供电设计计算回路短路电流计算电压损失计算开关保护整定回路短路路电流计计算两相短路路电流：：三相短路路电流：：其中：短路回路路内一相相电阻值值的总和和：短路回路路内一相相电抗值值的总和和：系统电抗抗值：R1、X1-根据三相相短路容容量计算算的系统统电抗值值；Rb-矿用变压压器的变变压比，，若一次次电压为为6000V，二次电电压为400、690、1200V时，变比比依次为为15、8.7、5；当一次次电压为为3000V，二次电电压为400V时，变压压比为7.5；Rb、Xb-矿用变压压器的电电阻、电电抗值；；R2、X2-低压电缆缆的电阻阻、电抗抗值；正常工作作电压损损失计算算变压器电电压损失失＋低压压电缆电电压损失失正常工作作电压损损失计算算变压器：：其中：电压损失失百分比比：正常工作作电压损损失计算算低压电缆缆：电压损失失绝对值值：电压损失失百分比比：电机起动动端电压压计算：：电机起动动阻抗：：电机实际际起动电电流：电机实际际起动电电压：其中起动回路路总电阻阻：起动回路路总电抗抗：低压开关关选择原原则馈电用总总开关和和母线的的分断开开关局部通风风机、一一般设备备、远方方控制和和集中闭闭锁控制制的开关关煤电钻用用的变压压器开关关应选用用综合保保护器需控制正正、反转转机械的的开关开关整定定计算（（一）过流保护护理论计计算值：：开关整定定计算（（一）短路保护护理论值值即最大大电流计计算公式式：整定计算算灵敏度度：开关整定定计算（（二）过流保护护理论计计算值：：短路保护护理论计计算值：：整定计算算灵敏度度：熔断器理论计算算值：整定计算算灵敏度度：供电设计计（设备备选型））采区低压压网络的的有关规规定变压器选选择电缆的截截面、芯芯数、长长度回路短路路电流计计算、正正常和启启动电压压损失校校验开关整定定井下供电电设备的的特殊工工作条件件井下空气气中含有有易燃易易爆的瓦瓦斯和煤煤尘设备对地地泄漏电电流可能能引爆电电雷管井下空间间狭窄人人体易触触电冒顶、片片帮事故故可损害害电缆等等电气设设备井下的条条件使设设备易受受潮有些硐室室、巷道道温度高高，设备备散热条条件差采掘设备备移动、、启动频频繁常产产生短时时过载为防出水水事故，，排水设设备对供供电要求求高井下停电电可导致致水淹、、瓦斯聚聚集……井下供电电的要求求严格遵守守煤炭部部颁发的的《煤矿安全全规程》及《煤炭工业业矿井设设计规范范》中有关的规定定注意安全可靠靠、经济合理理性设计原则（1）在保证供电电可靠的前提提下，力求所所拟图中使用用的开关、电电缆等设备最最省。（2）尽可能由一一台变压器向向一个生产环环节或工作面面的机械供电电，以便缩小小事故所引起起的停电范围围。（3）对单电源进进线的采区变变电所，当其其变压器不超超过两台且无无高压馈出线线时，通常可可不设电源断断路器；而当当其变压器超超过两台并有有高压馈出线线时，则应设设进线断路器器。（4）在对生产量量较大的综合合机械化工作作面或下山排排水设备进行行低压供电时时，应尽量采采用双回路高高压电源进线线及两台或两两台以上的变变压器，使得得当一回线路路或一台变压压器发生故障障时，另一回回线路或另一一台变压器仍仍能保证工作作面正常生产产及排水供电电。设计原则（5）对第一类负负荷为高压设设备（如高压压水泵）或变变压器在四台台以上（即采采掘工作面较较集中的盘区区）的采区变变电所，因其其已处于能影影响矿井安全全的地位，故故应按前述井井下主要变电电所的接线原原则加以考虑虑。（6）变压器尽量量采用分列运运行。这是由由于当采用并并列运行时，，线路对地电电流的增加会会对安全造成成威胁；电网网绝缘电阻的的下降可使漏漏电继电器的的运行条件恶恶化，在发生生漏电事故时时又会因一台台检漏继电器器控制两台变变压器的馈电电开关，而使使停电范围加加大，从而使使可靠性降低低之故。（7）一个开关只只能控制一种种用电设备，，容量愈大的的开关，应排排得离电源愈愈近。设计原则（8）为了防止采采用局扇通风风的工作面的的沼气爆炸事事故，根据《风电沼气闭锁锁系统技术规规范》规定，对高沼沼气及沼气突突出的矿井，，局扇的供电电系统应装设设专用变压器器、专用电缆缆、专用高低低压开关配检检漏继电器、、以及因停风风或因沼气超超限均需切断断掘进工作面面的电源的闭闭锁系统。对对低沼气矿井井局扇，仅实实行风电沼气气闭锁。由于于局扇独立于于其它供电设设备线路，故故不受其它电电气设备故障障（如漏电，，短路等）跳跳闸的影响。。变压器选择与与校验视在功率计算算公式（见《手册》348页）式中：:所计算的电力力负荷总的视视在功率，kVA变压器选择与与校验需用系数（取取0.3~1），按以下两两种情况计算算：A：单体支架各各用电设备无无一定顺序起起动的一般机机组工作面B：自移式支架架，各用电设设备按一定顺顺序起动的机机械化采煤工工作面井下高压网网络的设备备选择计算算井下高压电电缆的选型型与计算井下高压开开关选择井下高压电电缆的选型型与计算井下高压电电缆的选型型与敷设要要求（参考《规程》）井下高压电电缆的截面面选择按允许持续续电流选择择截面按经济电流流密度选择择截面井下高压电电缆的截面面校验按短路时的的热稳定性性校验按正常负荷荷和发生事事故时的电电压损失校校验井下高压电电缆的选型型与计算固定敷设的的动力电缆缆应采用铠铠装铅包纸纸绝缘电缆缆、铠装聚聚氯乙烯绝绝缘电缆或或不燃性橡橡胶电缆移动式和手手持式设备备应使用专专用的不燃燃性橡胶电电缆使用带有分分相屏蔽的的橡胶绝缘缘屏蔽电缆缆低压电缆严严禁采用铝铝芯井下高压电电缆的截面面选择下井主电缆缆的截面选选择条件考虑一回停停止供电时时其它下井井主电缆应应满足最大大涌水量时时的需要：：按允许持持续电流选选择考虑在正常常涌水量，，全部电缆缆投入运行行时的需要要：按经济济电流密度度选择校验地面变变电所母线线（或下井井电抗器的的负荷端））发生三相相短路时的的热稳定性性校验正常负负荷时的电电压损失校验当一回回路发生事事故时的电电压损失井下高压电电缆的截面面选择供采区变电电所及单台台设备电缆缆的截面选选择按允许持续续电流选择择：采区以以最大持续续负荷电流流计算；单单台设备以以额定电流流计算校验电缆首首端（即馈馈出变电所所母线）发发生三相短短路时的热热稳定性校验正常负负荷时的电电压损失校验当一电电缆发生事事故时的电电压损失井下高压电电缆的截面面选择按允许持续续电流选择择（同低压部部分）：空气温度度为25℃时电缆允许许载流量，，A：环境温度度校正系数数，25℃时取1，温度越高高值越小，，温度越低低值越大：通过电缆缆的最大持持续工作电电流，A井下高压电电缆的截面面选择按经济电流流密度选择择（见《手册》下册P349）：通过电缆的最大持续工作电流，A：同时工作电缆的根数（不考虑损坏）：经济电流密度，A/mm2井下高压电电缆的截面面选择按经济电流流密度选择择（见《手册》下册P349）年最大负荷利用小时（h）经济电流密度（A/mm2）铜芯电缆铝芯电缆1000~30002.51.933000~50002.251.73≥500021.54井下高压电电缆的截面面选择按电缆短路路时的热稳稳定性1）热稳定系数数法，适用用于纸绝缘缘电缆（见《手册》下册P350）：三相最大稳态短路电流，A：短路电流作用的假想时间，s：热稳定系数井下高压电电缆的截面面选择假想时间t的选取：电力系统容容量超过150MVA，瞬时动作作的井下中中央变电所所井下可取取0.25s地面馈出为为0.5s时，井下中中央变电所所可取0.65s按电缆短路路时的热稳稳定性1）热稳定系数数法，适用用于纸绝缘缘电缆（见《手册》下册P350）井下高压电电缆的截面面选择导体种类铜铝电缆种类有中间接头油浸纸绝缘有中间接头油浸纸绝缘额定电压（KV）短路允许最高温度（℃）1202501202003~1093.415960.490按电缆短路路时的热稳稳定性1）热稳定系数数法，适用用于纸绝缘缘电缆（见《手册》下册P350）井下高压电电缆的截面面选择按电缆短路路时的热稳稳定性2）电缆的允许许短路电流流法，适用用于交联聚聚乙烯电缆缆（见《手册》下册P350）线芯长期允允许工作温温度6~10KV电缆不得超超过90℃35KV不得超过80℃（聚乙烯为为70℃）线芯短期过过载温度不得超过130℃℃，短期过载载温度下运运行时间全全年不得超超过100h线芯短路温温度不得超过250℃℃（聚乙烯为为130℃℃），持续时时间最长不不超过2s井下高压电电缆的截面面选择按电缆的电电压损失校校验电缆截截面（见《手册》下册P352）公式同低压压部分电压损失不不得超过10%计算应从地地面变电所所算起至采采区变电所所母线止井下高压开开关选择断流容量，，MVA：由高开保护护的最大三三相短路电电流计算的的短路容量量应小于矿矿用高开的的额定断流流容量非矿用高开开井下使用用应取额定定断流容量量折半：工作电压压，kV：三相最大大稳态短路路电流，kA说明短路保护整整定值过载保护整整定值有的短路保保护与过载载有关，取取倍数关系系以下资料总总结了目前前所见到的的所有的整整定方式，，但尚未完完全总结出出规律：同样的保保护方式下下，瞬时的的、反时限限的、感应应式(GL)、电子式(DL)、微电脑控控制等几种种样式如何何在程序中中区别开来来变压器短路路保护1瞬时动作的的过电流继继电器短路路保护（见《手册》下册952页并参考《细则》第13条）：可靠系数数，1.2~1.4：其余电机机额定电流流之和，A：起动电流流最大的电电机的起动动电流，A：电流互感感器变流比比：躲躲过过变变压压器器二次次侧侧启启动动电电流流或变变压压器器二二次次侧侧短路路电电流流（见见大大柳柳塔塔）），A变压压器器短短路路保保护护2过电电流流继继电电器器速速断断保保护护：变变压压器器二二次次侧侧最最大大三三相相短短路路电电流流，，A过电电流流继继电电器器短短路路保保护护的的过过电电流流速速断断倍倍数数：对对于于Y/Y接线线的的变变压压器器取取1；对对于于Y/△接线线的的变变压压器器取取变压压器器短短路路保保护护2资料料变压压器器短短路路保保护护灵敏敏度度校校验验：变变压压器器低低压压侧侧母母线线上上的的最最小小两两相相短短路路电电流流，，A：对对于于Y/Y接线线的的变变压压器器取取1；对对于于Y/△接线线的的变变压压器器取取变压压器器过过负负荷荷保保护护1电子子式式的的过过电电流流继继电电器器过过负负荷荷保保护护（见见《细则则》第14条））按变变压压器器额额定定电电流流整整定定问问题题：：是否否需需要要除除以以变变流流比比？？是是否否也也需需要要可可靠靠系系数数、、返返回回系系数数？？：返返回回系系数数，，一一般般为为0.85：可可靠靠系系数数，，取取1.05电磁磁式式的的过过电电流流继继电电器器过过负负荷荷保保护护（见见《细则则》第14条））按躲躲过过变变压压器器一一次次侧侧额额定定电电流流整整定定，，动动作作时时间间为为10~15s变压压器器过过负负荷荷保保护护2过负负荷荷保保护护：可可靠靠系系数数，，1.2~1.4：电电流流互互感感器器变变流流比比：接接线线系系数数，，Y/Y接线线取取1，Y/△△接线线取取：返返回回系系数数GL-13~16取0.8，其其余余为为0.85时限限：：变压器过过负荷保保护2过负荷保保护灵敏敏度高压电动动机短路路保护瞬时动作作、电子子式的过过电流继继电器：电机的的起动电电流，A：电流互互感器变变流比灵敏度校校验：可靠系系数，1.2~1.4高压电动动机短路路保护过