ch6井下供电设计计算

CH6井下供电设计计算学习要求一般掌握：简单煤矿井下供电系统的设计步骤与方法；重点掌握：变压器的容量及型号的选择；高压电缆截面的选择；低压电缆截面选择。2/4/20231中国矿业大学电气工程系§6-1概述一、已知资料

1）采区开拓为中间上山，倾角为17°，分东西两翼，每翼走向长600m。采区分为三个区段，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。2/4/20232中国矿业大学电气工程系一、已知资料2）回采工作面采用MLD2-170采煤机，并用HDJA-1200型金属铰接顶梁与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YAJ-13型液压安全绞车。3）煤的运输方式：在工作面内采用SGW-150CI型刮板输送机及SZQ-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800mm的SPJ-800型胶带输送机；在轨道上山，采用JDSB-75型单滚筒绞车。4）煤巷掘进采用打眼放炮，装煤机装煤，调度绞车调车。2/4/20233中国矿业大学电气工程系二、采区供电设计步骤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）拟订采区供电系统图。4）选择高压配电装置和高压电缆。2/4/20234中国矿业大学电气工程系二、采区供电设计步骤5）选择采区低压电缆。6）选择采区供电系统中的低压开关、起动器。7）对高低压开关中的保护装置进行整定。8）绘制采区供电系统图和采区变电所设备布置图。2/4/20235中国矿业大学电气工程系§6-2变电所及配电点位置确定一、变电所位置选择选择原则：采区变电所要位于负荷中心，顶底板稳定无淋水、通风好、运输方便的地方。根据采取巷道布置情况，可以在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ设置采取变电所。

变电所的位置有三个方案：方案1：一个采区变电所向全采区供电；方案2：一个采区变电所先后设置在两个位置，在采区开采前期和后期向全采区供电；方案3：一个采区变电所+一台移动变电站联合向采区供电。2/4/20236中国矿业大学电气工程系采区变电所位置选择应综合考虑建设成本、设备运行、维护等各方面，保证供电的安全可靠、有合格的电能质量及经济合理。根据本采区条件，采取先在采区负荷中心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。根据本采区条件为西翼开采、东翼掘进，将移动变电站设在回采面运输平巷内。2/4/20237中国矿业大学电气工程系二、工作面配电点的设置见第一章第二节的介绍。本采区工作面配电点的布置为：回采工作面配电点设在运输平巷内，与工作面相距50米；回风顺槽配电点距离工作面70米；掘进工作面配电点有两个，分别设在东翼第一区段上、下部的顺槽内，且距离掘进头80米；在上山采区绞车房附近设一配电点。2/4/20238中国矿业大学电气工程系§6-3负荷统计及变电所容量选择一、负荷统计概述1）负荷统计的目的：通过对采区的负荷进行统计，依此决定采区变电所变压器的容量、型号和台数。2）变压器的选择*：如果选择容量偏小，将会使其所带负荷不能正常运转，影响供电的安全可靠；若选择容量偏大，又会使变电所投资提高和增加变压器的损耗，造成浪费。2/4/20239中国矿业大学电气工程系一、负荷统计3）负荷统计：要正确选择变压器，必须先准确求得负荷的功率。但是由于各电气设备运行中负荷是经常变化的，且一般用电设备通常不会同时运行。所以，各用电设备的实际负荷总量，要小于其铭牌标注值的直接相加和。因此，选择变压器之前，要确定有效的负荷统计方法。常用方法为利用概率理论确定的需用系数法。2/4/202310中国矿业大学电气工程系2.需用系数法需用系数法是借助一些统计数据，通过计算手段，由各用电设备的额定功率求取计算负荷的方法。计算公式为：2/4/202311中国矿业大学电气工程系2.需用系数法Sca——一组用电设备的计算负荷；∑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；cosφwm——一组用电设备的加权平均功率因数，即为各用电设备的功率与功率因数的乘积之和与它们的总功率之比；Kde——需用系数，公式为：2/4/202312中国矿业大学电气工程系2.需用系数法KLO——负荷系数，表示最大负荷时，工作的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，表示在最大负荷时，工作的用电设备的容量与全部用电设备的总容量比值；ηwm——同时工作设备的加权平均效率，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；ηm——电网效率，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。2/4/202313中国矿业大学电气工程系采煤工作面用电设备需用系数Kde加权平均功率因数cosφwm综合机械化工作面（自移支架）0.4+0.6Pmax/ΣP*0.7一般机械化工作面（单体支架）0.286+0.714×

Pmax/ΣP*0.6～0.7一般机械化工作面（倾斜机采面）0.6～0.750.6～0.7缓倾斜煤层（炮采工作面）0.4～0.50.6急倾斜煤层（炮采工作面）0.5～0.60.72/4/202314中国矿业大学电气工程系掘进工作面:

采用掘进机构非掘进机构0.50.3～0.40.6~0.70.6电机车:

架线式电机车蓄电池电机车其他运输设备（如输送机、绞车等）0.5～0.650.80.50.90.90.7井底车场:

无主排水设备有主排水设备0.6~0.70.75~0.850.70.82/4/202315中国矿业大学电气工程系二、采区动力变压器的选择原则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、变电所硐室的尺寸及开拓费用、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，综合加以分析，拟定出几种方案，进行技术、经济比较，最后再确定出最好的方案。目前采区变电所中主要采用KSJ或KS7系列矿用变压器，有条件优先选用KSGB隔爆干式变压器。2/4/202316中国矿业大学电气工程系2.采区变压器容量、台数的确定1）方案确定拟定采用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：

A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。B组:胶带输送机、液压安全绞车、小水泵、调度绞车、采区上山输送机、照明变压器。C组：装煤机2台、局部风扇2台、调度绞车2台、电钻变压器2台、小水泵2台、采区上山绞车、照明变压器。2/4/202317中国矿业大学电气工程系名称额定容量kW额定电压V额定电流A额定功率因数额定效率负荷系数采煤机1706601870.860.930.75刮板输送机2×75660820.870.910.8转载机4066044.70.860.910.85乳化泵2×55660590.920.90.9喷雾泵2×3066033.80.870.890.85调度绞车11.466012.90.870.890.75电钻变压器1.26602.190.80.851小水泵46605.60.750.840.95A组设备数据表2/4/202318中国矿业大学电气工程系A组设备变压器的选择总负荷：需用系数：加权功率因数：2/4/202319中国矿业大学电气工程系A组设备变压器的选择4.计算负荷5.选择变压器：查表1-21，选择型号为KSGZY-500/6的移动变电站一台。2/4/202320中国矿业大学电气工程系§6-4采区供电系统的拟定一、拟定采区供电系统图的原则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。尽可能由一台变压器向一个生产环节或工作面的机械供电，以便缩小事故所引起的停电范围。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；而当其变压器超过两台并有高压馈出线时，则应设进线断路器。2/4/202321中国矿业大学电气工程系一、拟定采区供电系统图的原则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可以保证工作面正常生产及排水供电。5.对第一类负荷为高压设备（如高压水泵）或变压器在4台以上（即采掘工作面较为集中的盘区）的采区变电所，因其已处于能影响矿井安全的地位，故应按井下主要变电所的结线原则加以考虑。2/4/202322中国矿业大学电气工程系一、拟定采区供电系统图的原则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会因1台检漏继电器控制两台变压器的馈电开关，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，容量越大的开关，应离电源越近。2/4/202323中国矿业大学电气工程系一、拟定采区供电系统图的原则8.为防止采用局扇通风的工作面的瓦斯煤尘爆炸，根据《风电沼气闭锁系统技术规范》规定，对高沼气及沼气突出矿井，局扇的供电系统应装设专用变压器、专用电缆、专用高低压开关配检漏继电器、以及因停风或因沼气超限均需切断掘进工作面的电源的闭锁系统。对低沼气矿井局扇，仅实行风电沼气闭锁。2/4/202324中国矿业大学电气工程系§6-5高压配电装置及电缆的选择一、高压配电装置选择选择原则1）高压配电装置的形式应符合《煤矿安全规程》中规定的设备选用的有关要求，以及在国标《矿山电力装置设计规范》中的有关规定。2）配电装置电气参数选择应符合：（1）按正常条件下选择额定电压和额定电流（2）动稳定和热稳定校验（3）断流能力校验2/4/202325中国矿业大学电气工程系一、高压配电装置选择（1）按正常条件下选择额定电压和额定电流：井下高压配电装置的额定电压VN，应与井下高压电网额定电压等级对应。额定电流IN，不应小于其所控制的设备或线路的长时间最大工作电流Ica。即2/4/202326中国矿业大学电气工程系一、高压配电装置选择电气设备的额定电流IN是其在厂家规定的环境温度下长期允许通过的最大电流，当装设地点温度为θ℃时，在该环境下长期允许工作电流Ip为2/4/202327中国矿业大学电气工程系一、高压配电装置选择（3）断流能力校验必须符合下式要求：2/4/202328中国矿业大学电气工程系二、高压电缆截面选择1。井下高压电缆截面选择方法

1）按经济电流密度选择电缆截面经济截面：按降低电能损耗、线路投资、节约有色金属等因素综合确定的负荷总经济利益的导线截面。

经济电流密度：与经济截面对应的电流密度(A/mm2)。2/4/202329中国矿业大学电气工程系年最大负荷利经济电流密度用小时数

A/mm2h导线材料1000～30003000～5000>5000裸导体铜32.251.75铝1.651.150.9钢0.450.40.35铜芯纸绝缘、橡胶绝缘电缆2.52.252铝芯电缆1.921.731.542/4/202330中国矿业大学电气工程系二、高压电缆截面选择按经济电流密度选择电缆截面的计算公式为：2/4/202331中国矿业大学电气工程系二、高压电缆截面选择2）按长期允许电流选择电缆截面一定温度下，一定截面的导线可以长时间承载电流而不致于引起电缆的破坏的能力是一定的。所以应根据电缆的长期允许载流量来选择电缆的截面。见表6-7、8。按长时间允许电流选择电缆截面时，应满足：2/4/202332中国矿业大学电气工程系导电芯线最高允许工作温度不同环境温度下载流量的校正系数5℃10℃15℃20℃25℃30℃35℃40℃45℃80℃65℃60℃50℃1.171.221.251.341.131.171.201.261.091.121.131.181.041.061.071.091.01.01.01.0.954.935.926.895.905.865.845.775.853.791.756.633.798.707.655.447不同环境温度下载流量的校正系数K2/4/202333中国矿业大学电气工程系二、高压电缆截面选择3）按短路电流热稳定校验电缆截面4）按允许电压损失校验电缆截面为保证用电设备的正常运行，必须使其供电电缆的电压损失在允许范围内。2/4/202334中国矿业大学电气工程系二、高压电缆截面选择电缆电压损失计算：我国规定，电缆线路的电压损失不应超过如下标准：10～35kV及以上线路，±5%；10kV及以下线路，±7%.2/4/202335中国矿业大学电气工程系用允许电压损失校验高压电缆截面步骤（1）根据所选电缆截面，查表6-10，得R0、X0；（2）根据负荷功率P，额定电压VN和功率因数角按下式

计算ΔV%。如果计算结果符合电缆电压损失百分比要求，则所选电缆满足要求，否则重选。2/4/202336中国矿业大学电气工程系二、高压电缆截面选择2.下井电缆截面的选择过程1）对主排水泵由井下主变电所供电的下井电缆。（1）取矿井最大涌水量时井下的总计算负荷，按一回路不送电情况，依允许载流量选择电缆截面。（2）取矿井正常涌水量时井下的总额定负荷，按全部下井电缆送电情况，依经济电流密度选择电缆截面。

2/4/202337中国矿业大学电气工程系2.下井电缆截面的选择过程（3）按三相短路电流热稳定值，选择电缆截面。（4）取上述三个所选截面最大者，再按正常涌水量时全部下井电缆送电，及最大涌水量时一回路不送电时两种情况，校验电压损失。2/4/202338中国矿业大学电气工程系2.下井电缆截面的选择过程2）对主排水泵不由井下主变电所供电的电缆按一回路不送电，其余回路担负井下总计算负荷的情况，依允许载流量选择电缆截面，同时使其符合全部下井电缆供电时的经济电流密度要求，并校验三相短路电流热稳定及电压损失。2/4/202339中国矿业大学电气工程系3。选择实例1依据所绘制的供电系统，选择采区变电所至KSGZY-500/6型移动变电站的高压电缆。选择步骤：1。根据《安全规程》规定，向移动变电站供电的高压电缆，应选择UGSP-6000系列的矿用监视型高压双屏蔽橡套电缆。UGSP系列电缆只有一种规格截面，故选择电缆截面为35mm2。其型号为UGSP-6000-3×35+1×16/3+JS。允许载流量经查表6-12为Ip=148A。2/4/202340中国矿业大学电气工程系3。选择实例2实际干线电缆最大长时工作电流为：2）长度计算：

电缆实际长度应按下式计算：

Lca=Kin.Lwa

Kin：增长系数，橡套电缆取1.1，铠装电缆取1.05

Lwa：电缆敷设路径长度。2/4/202341中国矿业大学电气工程系电缆长度的确定考虑变电所内20m，变电所至第一区段下顺槽75m，采区翼长600m，移动变电站距离采面150m。20+75+600-150=545m电缆单根供货长度150m，需要4根电缆中间需设3个接头，每个接头电缆端要有3m裕量。且橡套软电缆要比敷设距离加长10%。总长：Lca=（545+3*2*3）*1.1=619m2/4/202342中国矿业大学电气工程系3。选择实例33）校验：（1）短路热稳定校验：由公式：

2/4/202343中国矿业大学电气工程系3。选择实例4电缆控制配电箱的断流容量最大为100MVA，（即可能最大短路容量），小于所选择的UGSP电缆热稳定的最大允许短路容量，说明了电缆的热稳定性满足要求。（2）按允许电压损失校验允许电压损失，要求从地面变电所6kV母线到采区移动变电站高压端子的允许电压损失不超过7%。

实际校验过程为分段校验电压损失，最后计算总电压损失，判断是否满足要求。2/4/202344中国矿业大学电气工程系§6-6井下低压电缆选择一、低压电缆型号选择1。选择原则低压电缆的型号和电压等级，要在符合煤矿安全规程的前提下，根据实际用电设备的要求，电缆的用途和敷设场所等情况综合考虑加以确定。

1）在井下，采煤机组、截煤机、回柱绞车、调度绞车、电钻、工作面运输机、装岩机、装煤机和局扇等，都是经常移动的工作机械，对此类机械，其供电电缆一律采用轻便、易弯曲的非延燃电缆，如UCPQ或UPQ系列。2/4/202345中国矿业大学电气工程系选择原则2）对于660V或380V固定的或半固定的设备，如上下山绞车，上下山和平巷中的输送机，可选用铠装铅包纸绝缘铜芯电缆，铠装聚氯乙稀绝缘铜芯电缆，或矿用橡套电缆。3）对无沼气的进风斜井和平硐，对有新鲜风流的井底车场，以及对低沼气矿井的砌暶的回风斜井，可以采用铝芯电缆。对井下主变配电所的高低压电缆，可选用铝芯的电缆。在同时采用铜铝芯电缆时，需在它们的衔接处，使用铜铝过渡接头，并经常加以检查。2/4/202346中国矿业大学电气工程系选择原则4）在采区内，一般选用无黄麻外皮的ZQ20型铜芯油浸纸绝缘铅包铠装电缆，但有水泥支柱或砌碹的通风良好的巷道除外。2/4/202347中国矿业大学电气工程系二、低压电缆长度的确定在确定电缆的计算长度时，应按照下述规定，在其实际敷设路径长度上增加一定的活动裕量。

1）固定敷设的橡套电缆的实际计算长度Lca应比其敷设路径的长度Lwa增加10％。

2）固定敷设的铠装电缆的实际计算长度Lca应比其敷设路径的长度Lwa增加5％。2/4/202348中国矿业大学电气工程系二、低压电缆长度的确定

3）对移动设备用的电缆，其实际长度应按照使用时的最大距离满足上述规定外，另加3～5m的机头活动长度。对半固定的设备机械，如起动器在机头附近时，则由其至电动机的一段支线电缆的长度，应以5～10m计。当电缆中间有接头时，则其长度应在接线盒两端各增加3m。2/4/202349中国矿业大学电气工程系三、低压电缆芯线数目的确定（1）铠装动力电缆只有三条输送电能的主芯线。（2）对移动设备供电的橡套电缆，如果为一般的移动设备，如输送机，回柱绞车等由于其控制按钮不在工作机械上，通常可另设控制电缆，其供电电缆一般可选4芯的。而对于采煤机组，装岩机等移动设备，由于其控制按钮在工作机械上，一般选6芯电缆作动力、接地、控制用，也可根据需要选7～11芯的。2/4/202350中国矿业大学电气工程系四、低压电缆主芯线截面的确定1。原则1）基本原则与高压电缆相同；2）电缆的正常工作负荷电流应等于或小于电缆的长时间允许载流量。3）在正常运行时，低压电缆最远端的电压不应低于电网额定电压的规定值。4）电缆的机械强度，应符合用电设备使用场合的要求。通常对采掘工作面的用电设备，给出最小电缆截面。2/4/202351中国矿业大学电气工程系四、低压电缆主芯线截面的确定5）对距离最远，容量最大的电动机，在重载情况下，应保证其启动端电压不低于额定电压的75％，以便确保磁力起动器有足够的吸合电压。在选择低压电缆截面时，一般要按启动条件加以校验。6）所选电缆截面必须与保护装置适配，并且在短路时有足够的热稳定性。2/4/202352中国矿业大学电气工程系2。支线电缆截面的选择工作面配电点到各移动机械的支线电缆都属于采区供电系统电缆网络的支线，相对较短且通过电流不大，在正常运行时，网络中的电压损失所占比重小，故电压损失小，因此电压损失不是选择电缆的主要依据。考虑到这些电缆的工作环境很差，同时所采用的橡套电缆的机械强度很差，并且经常移动、弯折，容易受到挤砸伤，故选择截面主要按满足机械强度的要求，再按允许载流量校验。2/4/202353中国矿业大学电气工程系支线电缆截面选择举例采煤机供电电缆选择：按表6-14用电设备要求最小截面要求，选择3×35mm2截面的电缆，其允许长时载流量Ip=138A。其额定电流为其长时最大工作电流，即：所选电缆的长时允许载流量为138A，因此不满足条件。改选择3×50mm2截面的电缆，其长时允许载流量为173A，满足要求。故选择UCPQ-1140-3×50+1×10+3×6型电缆。2/4/202354中国矿业大学电气工程系支线电缆截面选择向固定、半固定设备供电的支线电缆，如输送机上山、上山绞车房及运输平巷的供电干线上像个输送机、绞车供电的支线电缆，由于其很短，且不经常移动，在选择其截面时，不是以满足电压损失和机械强度为准，而是按照允许负荷，同高压电缆一样。当低压支线电缆向单台或两台电机供电，按照下式计算：2/4/202355中国矿业大学电气工程系支线电缆的选择低压电缆向多台电机供电时，按下式计算2/4/202356中国矿业大学电气工程系3。采区变电所至各配电点的干线电缆截面选择1）选择和校验的方法和步骤

由于干线电缆是向不经常移动的设备供电，固定架设在巷道支柱上，一般采用铠装电缆。因为其本身有较好的机械强度，故主要不依据机械强度选择截面。由于它们在正常工作时负荷电流大，供电距离长、线路电压损失相对较突出，因此应按照允许电压损失选择截面，再按长时允许载流量校验。

结合采区供电系统，介绍干线电缆的截面选择、校验方法和步骤。2/4/202357中国矿业大学电气工程系低压干线电缆的选择和校验（1）确定变压器至电动机间电缆的允许电压损失ΔVp：查表6-13（2）确定采区低压电网的电压损失ΔV,使ΔV满足：

ΔVp>=ΔV=ΔVT+ΔVtl+ΔVbl2/4/202358中国矿业大学电气工程系额定电压VN（V）变压器副边额定电压V2N（V）正常运行时电动机允许偏移-5%个别情况电动机允许最大偏移–10%电动机端电压（V）允许电压损失（V）电动机端电压（V）允许电压损失（V）1273806601140133400690120012136162710831239631171193425941026145896174表6-13不同电网电压正常与最大允许电压损失2/4/202359中国矿业大学电气工程系低压干线电缆的选择和校验2/4/202360中国矿业大学电气工程系低压干线电缆的选择和校验（3）按干线铠装电缆的允许电压损失选择电缆计算出变压器电压损失和支线最大电压损失后，根据最大允许电压损失，可以得到干线允许电压损失，可确定满足电压损失的干线电缆的截面：按照允许载流量校验。2/