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电电流计算两相短路电电流：三相短路电电流：其中：短路回路内内一相电阻阻值的总和和：短路回路内内一相电抗抗值的总和和：系统电抗值值：R1、X1-根据三相短短路容量计计算的系统统电抗值；；Rb-矿用变压器器的变压比比，若一次次电压为6000V，二次电压压为400、690、1200V时，变比依依次为15、8.7、5；当一次电电压为3000V，二次电压压为400V时，变压比比为7.5；Rb、Xb-矿用变压器器的电阻、、电抗值；；R2、X2-低压电缆的的电阻、电电抗值；正常工作电电压损失计计算变压器电压压损失＋低低压电缆电电压损失正常工作电电压损失计计算变压器：其中：电压损失百百分比：正常工作电电压损失计计算低压电缆：：电压损失绝绝对值：电压损失百百分比：电机起动端端电压计算算：电机起动阻阻抗：电机实际起起动电流：：电机实际起起动电压：：其中起动回路总总电阻：：起动回路总总电抗：低压开关选选择原则馈电用总开开关和母线线的分断开开关局部通风机机、一般设设备、远方方控制和集集中闭锁控控制的开关关煤电钻用的的变压器开开关应选用用综合保护护器需控制正、、反转机械械的开关开关整定计计算（一））过流保护理理论计算值值：开关整定计计算（一））短路保护理理论值即最最大电流计计算公式：：整定计算灵灵敏度：开关整定计计算（二））过流保护理理论计算值值：短路保护理理论计算值值：整定计算灵灵敏度：熔断器理论计算值值：整定计算灵灵敏度：供电设计（（设备选型型）采区低压网网络的有关关规定变压器选择择电缆的截面面、芯数、、长度回路短路电电流计算、、正常和启启动电压损损失校验开关整定井下供电设设备的特殊殊工作条件件井下空气中中含有易燃燃易爆的瓦瓦斯和煤尘尘设备对地泄泄漏电流可可能引爆电电雷管井下空间狭狭窄人体易易触电冒顶、片帮帮事故可损损害电缆等等电气设备备井下的条件件使设备易易受潮有些硐室、、巷道温度度高，设备备散热条件件差采掘设备移动、、启动频繁常产产生短时过载为防出水事故，，排水设备对供供电要求高井下停电可导致致水淹、瓦斯聚聚集……井下供电的要求求严格遵守煤炭部部颁发的《煤矿矿安全规程》及及《煤炭工业矿矿井设计规范》》中有关的规定定注意安全可靠、、经济合理性设计原则（1）在保证供电可可靠的前提下，，力求所拟图中中使用的开关、、电缆等设备最最省。（2）尽可能由一台台变压器向一个个生产环节或工工作面的机械供供电，以便缩小小事故所引起的的停电范围。（3）对单电源进线线的采区变电所所，当其变压器器不超过两台且且无高压馈出线线时，通常可不不设电源断路器器；而当其变压压器超过两台并并有高压馈出线线时，则应设进进线断路器。（4）在对生产量较较大的综合机械械化工作面或下下山排水设备进进行低压供电时时，应尽量采用用双回路高压电电源进线及两台台或两台以上的的变压器，使得得当一回线路或或一台变压器发发生故障时，另另一回线路或另另一台变压器仍仍能保证工作面面正常生产及排排水供电。设计原则（5）对第一类负荷荷为高压设备（（如高压水泵））或变压器在四四台以上（即采采掘工作面较集集中的盘区）的的采区变电所，，因其已处于能能影响矿井安全全的地位，故应应按前述井下主主要变电所的接接线原则加以考考虑。（6）变压器尽量采采用分列运行。。这是由于当采采用并列运行时时，线路对地电电流的增加会对对安全造成威胁胁；电网绝缘电电阻的下降可使使漏电继电器的的运行条件恶化化，在发生漏电电事故时又会因因一台检漏继电电器控制两台变变压器的馈电开开关，而使停电电范围加大，从从而使可靠性降降低之故。（7）一个开关只能能控制一种用电电设备，容量愈愈大的开关，应应排得离电源愈愈近。设计原则（8）为了防止采用用局扇通风的工工作面的沼气爆爆炸事故，根据据《风电沼气闭锁系系统技术规范》规定，对高沼气气及沼气突出的的矿井，局扇的的供电系统应装装设专用变压器器、专用电缆、、专用高低压开开关配检漏继电电器、以及因停停风或因沼气超超限均需切断掘掘进工作面的电电源的闭锁系统统。对低沼气矿矿井局扇，仅实实行风电沼气闭闭锁。由于局扇扇独立于其它供供电设备线路，，故不受其它电电气设备故障（（如漏电，短路路等）跳闸的影影响。变压器选择与校校验视在功率计算公公式（见《手册》348页）式中：:所计算的电力负负荷总的视在功功率，kVA变压器选择与校校验需用系数（取0.3~1），按以下两种种情况计算：A：单体支架各用用电设备无一定定顺序起动的一一般机组工作面面B：自移式支架，，各用电设备按按一定顺序起动动的机械化采煤煤工作面井下高压网络的的设备选择计算算井下高压电缆的的选型与计算井下高压开关选选择井下高压电缆的的选型与计算井下高压电缆的的选型与敷设要要求（参考《规程》）井下高压电缆的的截面选择按允许持续电流流选择截面按经济电流密度度选择截面井下高压电缆的的截面校验按短路时的热热稳定性校验验按正常负荷和和发生事故时时的电压损失失校验井下高压电缆缆的选型与计计算固定敷设的动动力电缆应采采用铠装铅包包纸绝缘电缆缆、铠装聚氯氯乙烯绝缘电电缆或不燃性性橡胶电缆移动式和手持持式设备应使使用专用的不不燃性橡胶电电缆使用带有分相相屏蔽的橡胶胶绝缘屏蔽电电缆低压电缆严禁禁采用铝芯井下高压电缆缆的截面选择择下井主电缆的的截面选择条条件考虑一回停止止供电时其它它下井主电缆缆应满足最大大涌水量时的的需要：按允允许持续电流流选择考虑在正常涌涌水量，全部部电缆投入运运行时的需要要：按经济电电流密度选择择校验地面变电电所母线（或或下井电抗器器的负荷端））发生三相短短路时的热稳稳定性校验正常负荷荷时的电压损损失校验当一回路路发生事故时时的电压损失失井下高压电缆缆的截面选择择供采区变电所所及单台设备备电缆的截面面选择按允许持续电电流选择：采采区以最大持持续负荷电流流计算；单台台设备以额定定电流计算校验电缆首端端（即馈出变变电所母线））发生三相短短路时的热稳稳定性校验正常负荷荷时的电压损损失校验当一电缆缆发生事故时时的电压损失失井下高压电缆缆的截面选择择按允许持续电电流选择（同低压部分分）：空气温度为为25℃时电缆允许载载流量，A：环境温度校校正系数，25℃时取1，温度越高值值越小，温度度越低值越大大：通过电缆的的最大持续工工作电流，A井下高压电缆缆的截面选择择按经济电流密密度选择（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井下高压电缆缆的截面选择择按经济电流密密度选择（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井下高压电缆缆的截面选择择按电缆短路时时的热稳定性性1）热稳定系数法法，适用于纸纸绝缘电缆（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缆缆的截面选择择假想时间t的选取：电力系统容量量超过150MVA，瞬时动作的的井下中央变变电所井下可可取0.25s地面馈出为0.5s时，井下中央央变电所可取取0.65s按电缆短路时时的热稳定性性1）热稳定系数法法，适用于纸纸绝缘电缆（见《手册》下册P350）井下高压电缆缆的截面选择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按电缆短路时时的热稳定性性1）热稳定系数法法，适用于纸纸绝缘电缆（见《手册》下册P350）井下高压电缆缆的截面选择择按电缆短路时时的热稳定性性2）电缆的允许短短路电流法，，适用于交联联聚乙烯电缆缆（见《手册》下册P350）线芯长期允许许工作温度6~10KV电缆不得超过过90℃35KV不得超过80℃（聚乙烯为70℃）线芯短期过载载温度不得超过130℃，短期过载温温度下运行时时间全年不得得超过100h线芯短路温度度不得超过250℃（聚乙烯为130℃），持续时间间最长不超过过2s井下高压电缆缆的截面选择择按电缆的电压压损失校验电电缆截面（见《手册》下册P352）公式同低压部部分电压损失不得得超过10%计算应从地面面变电所算起起至采区变电电所母线止井下高压开关选择择断流容量，MVA：由高开保护的最大大三相短路电流计计算的短路容量应应小于矿用高开的的额定断流容量非矿用高开井下使使用应取额定断流流容量折半：工作电压，kV：三相最大稳态短短路电流，kA说明短路保护整定值过载保护整定值有的短路保护与过过载有关，取倍数数关系以下资料总结了目目前所见到的所有有的整定方式，但但尚未完全总结出出规律：同样的保护方式式下，瞬时的、反反时限的、感应式式(GL)、电子式(DL)、微电脑控制等几几种样式如何在程程序中区别开来变压器短路保护1瞬时动作的过电流流继电器短路保护护（见《手册》下册952页并参考《细则》第13条）：可靠系数，1.2~1.4：其余电机额定电电流之和，A：起动电流最大的的电机的起动电流流，A：电流互感器变流流比：躲过变压器二次侧启动电流或变压器二次侧短路电流（见大柳塔），A变压器短路保护2过电流继电器速断断保护：变压器二次侧最最大三相短路电流流，A过电流继电器短路路保护的过电流速速断倍数：对于Y/Y接线的变压器取1；对于Y/△接线的变压器取变压器短路保护2资料变压器短路保护灵敏度校验：变压器低压侧母母线上的最小两相相短路电流，A：对于Y/Y接线的变压器取1；对于Y/△接线的变压器取变压器过负荷保护护1电子式的过电流继继电器过负荷保护护（见《细则》第14条）按变压器额定电流流整定问题：是否需要除以变流流比？是否也需要要可靠系数、返回回系数？：返回系数，一般般为0.85：可靠系数，取1.05电磁式的过电流流继电器过负荷荷保护（见《细则》第14条）按躲过变压器一一次侧额定电流流整定，动作时时间为10~15s变压器过负荷保保护2过负荷保护：可靠系数，1.2~1.4：电流互感器变变流比：接线系数，Y/Y接线取1，Y/△接线取：返回系数GL-13~16取0.8，其余为0.85时限：变压器过