采区供电系统毕业设计

设计条件及规定1.独立完毕与毕业设计阐明书配套的毕业设计0号图纸（或折合为0号图纸）一张（不包括毕业设计阐明书中的插图）以上。2.把各章节中的计算、分析、比较以及最终确定的内容系统地加以阐明。3.毕业设计阐明书一份7000字以上。4.绘制一张A0供电系统图。摘要电力是现代化矿山企业生产的重要动力来源，首先应当保证供电的可靠和安全，并做到技术和经济方式双满足生产的需要。煤矿的电气化为煤矿生产过程的机械化和自动化发明了有利条件，不停地改善矿工的劳动条件。现代的煤矿生产机械无不以电能作为直接（用电动机拖动）或间接（用气压驱动）的动力，矿山的照明、通讯和信号也都使用电能。对矿山企业进行可靠、安全、经济、合理的供电，对提高经济效益及保证安全生产方面都十分重要。本次设计的内容是采区供电。井下采区变电所是井下各个动力负荷集中的地方，采区供电与否安全、可靠、经济、合理将直接关系到人身、矿井和设备安全及采区生产的正常进行。因此，在对采区变电所的位置选择以及供电设备的选择上必须有严格的规定，这样才能保证生产的顺利进行由于井下工作环境十分恶劣，因此，本次设计在供电上即采用可靠的防止人身触电危险外，还对的选择了电气设备的类型及参数，并采用了合理的供电、控制和保护系统，以保证电气设备的安全运行和防止井下瓦斯和煤尘爆炸。本设计变压器选用矿用隔爆型干式变压器和矿用隔爆型移动变电站；高压开关与低压馈电开关都选用品有技术先进的智能化综合保护装置的高压防爆真空开关和低压矿用隔爆型真空馈电开关，多种设备的开关选用矿用隔爆型真空起动器。高压铠装电缆选用交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套电力电缆。通过短路电流、开关继电保护整定的计算和保护接地确实定，使其设计可靠性高、功能完善、组合灵活，以及功耗低，保证采区供电安全、经济、高效平稳运行。关键词：变电所，电力，供电方式，采区变电所第一章采区变电所的发展采区是井下动力负荷集中的地方，采区供电与否安全、可靠、经济合理，将直接关系到人身、矿井和设备安全及采区生产的正常运行。由于井下工作环境十分恶劣，因此在供电上除采用可靠的防止人身触电危险的措施外，还必须对的的选择电器设备的类型和参数，并采用合理的供电、控制和保护系统，加强对电器设备的维护和检修工作，保证电气设备的安全运行和防止井下瓦斯和煤尘爆炸。伴随煤炭工业现代化的发展，采掘机械化程度越来越高，机电设备的总装机容量和单机容量在不停增长。以采煤机为例，从20世纪70年代初期的150kW左右，增长到了目前的375×2kW，目前国外采煤机单机功率已超过1000kW；综采工作面总容量也从几百千瓦增长到－3000kW。由于机械化程度的不停提高，加紧了工作面的推进速度，这就规定采区走向长度加长，从而使供电距离增大，给供电带来了新的问题。由于供电电压等级一定期，输送的功率越大，电网的电压损失越大，电动机的端电压越低，这将影响用电设备的正常工作。处理的措施有：加大电缆截面，但有一定的程度，由于电缆截面过大，不便移动和敷设，并且也不经济；采用移动变电站使高压深入到工作面顺槽来缩短低压供电距离，可是供电电压质量得到较大的提高；提高用电设备的等级也是一种提高电压质量的有效措施。目前国内生产的综采工作面电气设备电压等级为1140V，并且还将继续提高，现正研制3kV的采掘运电气设备，以适应生产发展的需要。提高电压等级和采用移动变电站供电不仅保证了供电质量，并且还减少了电网输电损耗。机械化程度的提高无疑带动了采区用电的发展，则合理的设计采区变电所也是目前的重要任务。第二章采区变电所位置确实定2.1采区变电所位置确实定采区变电所是采区供电的中心，它肩负着整个采区的受电、配电、变电任务。采区变电所的位置决定于低压供电电压、供电距离、采煤措施及采区巷道布置方式、机械化程度、采煤机组的容量大小等原因。2.1.1（1）电压容许偏差电压偏差计算公式如下：电压偏差＝×100%《电能质量供电电压容许偏差》（gb12325—90）规定电力系统在正常运行条件下，顾客受电端供电电压容许偏差值为：1.10kv及以上高压供电和低压电力顾客的电压容许偏差为顾客额定电压的+7%—－7%；2.压照明顾客为+5%—－10%。（2）三相电压不平衡根据《电能质量三相电压容许不平衡度》规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度容许值为2%，短时间不得超过4%。在采区变电所供电状况下，交流额定频率为50hz电力系统正常运行方式下由于负序分量而引起的pcc点连接点的电压不平衡度能满足规定规定（3）电网频率《电能质量电力系统频率容许偏差》（gb/t15543—1995）中规定：电力系统频率偏差容许值为0.2hz，当系统容量较小时，偏差值可放宽到+5%hz—－5%hz，原则中没有阐明容量大小的界线的电网容量在300万kw以上者为0.2hz；电网容量在300万kw如下者为0.5hz。（4）波形正常状况下，规定电力系统的供电电压（或电流）的波形为正弦波，在电能的输送和分派过程中不应当使波形产生畸变，还应注意负荷中谐波源（装整流装置等）的影响，必要时采用一定措施消除谐波的影响。（5）供电可靠性供电可靠性是衡量电能质量的一种重要指标，必须保证供电的可靠2.1.采区变电所要便于对硐室的扩大和设备的增长，同步便于体积较大的变压器等设备直接通过运送上山运到采区变电所硐室减少运送设备的费用。在满足费用规定的同步还要满足顶板结实，无淋水且通风良好，保证变电所硐室内的温度不超过附近巷道5℃2.1.在确定采区变电所的位置时，首先应按工作面的机械化程度和供电质量规定，选择采区供电电压以及移动变电站的设置地点。根据机械化工作面采煤机组功率大、供电距离比其他机械设备远，且启动频繁、重载启动等特点，规定工作面输送机和采煤机组电动机启动时容许电压损失符合规定，保证机组启动时有足够启动力矩。同步，规定保证机组控制开关在机组电动机启动时有足够吸合能力。一般来说，炮采工作面选择380V或660V供电；一般机械化采煤工作面选择660V供电；综合机械化采煤工作面选择1140V供电；高产高效矿井综采工作面选择3300V供电。此外，综采工作面均采用移动变电站供电。2.1.在采区巷道中要详细确定采区变电所硐室的位置，还要按如下原则确定：（1）变电所尽量靠近负荷中心，保证与距离最远、容量最大的用电设备之间的电压损失在容许范围之内。（2）应尽量少设变电所，并减少变电所的迁移次数。在保证电压损失不超过容许范围条件下，一种采区最佳只设一种采区变电所对全采区供电。（3）通风良好，进出线及设备运送以便。（4）顶、底板稳定并防止淋水。采区变电所硐室不得设在工作面平巷中，一般设在盘区运送斜巷与轨道斜巷之间的联络巷内。采区变电所硐室不需要另留保安煤柱，运用运送巷及轨道巷的煤柱即可。在分层开采的盘区中，通过电压损失验算及硐室费用的比较，也可以将变电所设在压力稳定的岩层中，由它向各层工作面供电，而不必每层工作面都开凿变电硐室。在开拓采区工作面巷道时，一般由采区变电所向掘进工作面供电，不另设掘进变电所。当掘进大巷时，根据供电质量的规定，可运用联络巷作变电所。如掘进速度较快，又无永久性采区变电所或联络巷可作掘进变电所时，应采用防爆移动变电站供电；采用安全措施，并经有关部门同意，也可在大巷一侧加宽巷道作临时掘进变电所用。2.2采区变电所的硐室与设备布置2.2.1对采区变电硐室规定(1)采区变电硐室应用不燃性材料支护，其通风，防水，防火，通道等安全措施要与其中央变电所相似。(2)变压器可与变电设备布置在同一硐室内。(3)采区变电所的、高下压设备一般应分开布置在不一样侧。(4)检漏继电器应放置在固定于硐室墙壁的支架上。有备用电源线路或变压器，以保证供电的可靠性。(5)各设备之间、设备于墙壁之间要留有维护和检修通道，不一样侧面和背后检修的的设备不留通道。(6)无值班人员的采区变电所必须关门加锁。(7)大的变压器等设备直接通过采区变电所要便于对硐室的扩大和设备的增长，同步便于体积较运送上山运到采区变电所硐室减少运送设备的费用。在满足费用规定的同步还要满足顶板结实，无淋水且通风良好，保证变电所硐室内的温度不超过附近巷道5℃。2.2.2采区变电所的设备布置采区变电所的硐室与设备布置基本同井下中央变电所，不一样的时底板不需抬高。不需留有备用开关位置。高压设备和低压设备在两侧分布；也可将高、低压设备同侧布置，由变压器隔开。如图2-1为采区变电所的布置图。采区变电所内的重要电气设备与井下中央变电所基本相似，只是没有整流装置。图2-1采区变电所的布置第三章采区变电所负荷记录与变压器的选择3.1变压器选择注意事项变压器是供电系统中的重要电气设备，对供电的可靠性、安全性和经济性有着重要意义。假如变压器容量选择过大，不仅使设备投资费用增长，并且变压器的空载损耗也将过大，促使供电系统中的功率因数减小；假如变压器容量选择过小，在长期过负荷运行状况下，铜损耗将增大，使线圈过热而老化，缩短变压器寿命,既不安全又不经济。3.2台数确实定采区变电所变压器在一般状况下是按计算容量选设，不留备用量。其原因是为了竭力减少变电所硐室开拓量，减少供电成本。不过，若采区变电所的供电负荷中有一级负荷（如采区内分区水泵等）时，则变压器台数不得少于两台，以便保证供电的可靠性。3.3负荷记录3.3ΣPNT1=P1+P2=635+137=772KW式中：P1、P2为采一及掘一工作面机电设备的额定功率。3.3ΣPNT2=P3+P4=665+149=814KW式中：P3P4为采二及掘二工作面机电设备的额定功率。3.4变压器容量确定1、计算容量式中：ΣPN——变压器所带负荷额定功率之和ΣPN1=772KW,ΣPN2=841KW。——变压器所带负荷需用系数变压器平均功率因数（由附表十查到）——变压器一次侧额定电压，10KV3.5变压器型号确实定经计算，考虑变压器的电压等级、巷道断面、运送条件、使用场所、配件来源等因数，该采区变电所内的电力变压器选用KBSG-500系列矿用干式变压器两台。第四章采区供电设备的选择及其计算4.1采区供电计算的根据及环节为了保证供电安全可靠和技术经济合理，必须对的进行采区供电计算，在进行采区供电计算前，首先要到有关部门搜集下列原始资料作为计算的根据：（1）采区巷道布置图及机械设备布置图。理解采区区段数、区段长度、工作面长度、巷道断面大小、上下副巷标高和用电设备在采区内的分布状况。（2）采区各用电设备的技术参数。（3）采区供电的电源状况。理解采区附近既有变电所及中央变电所的分布状况，带负荷能力及在高压母线上发生短路时的短路容量。（4）矿井的瓦斯等级，煤层的走向、厚度、倾角、煤质硬度、顶底板状况以及支护方式等状况。（5）采煤措施、运送方式、通风方式、工作组织循环等。（6）生产产量、多种电气设备的价格、电价、机电硐室开拓价格等。根据原始资料对采区供电进行计算的环节如下：（1）确定采区变电所、工作面配电点、移动变电站的位置。（2）确定采区供电系统图。（3）进行负荷记录计算，并确定无功功率赔偿方案和计算赔偿电容器容量。（4）确定变压器的容量、型号及台数。（5）选择供电电缆。（6）计算短路电流。（7）选择开关及启动器。（8）继电保护装置整定计算。（9）确定采区保护接地系统。（10）由供电电气设备确定采区变电所硐室尺寸和设备的布置方案。（11）进行采区供电经济计算。4.2确定采区供电系统图的原则当采区变电所、工作面配电点、移动变电站的位置确定之后，即可确定供电系统图。对采区供电系统图的确定应满足供电安全、可靠、经济、系统简朴、操作以便等煤矿企业对供电的规定。其原则如下：4.2.1采区高压供电系统的确定原则1）供综采工作面的采区变（配）电所由两回路电源线路供电，其他采区变电所由单回电源线路供电。2）采区变电所双回路电源供电时，应分别设置电源进线开关。两回路电源供电时，当采用一回来供电，另一回路备用时，母线不可分段；当两回路电源同步供电时，母线应分段并设联络开关，保证正常分列运行。3）单电源进线的采区变电所，当变压器的台数不超过两台、无高压出线时，可不设电源进线总开关；当变压器的台数超过两台或有高压出线时，应设电源进线总开关。4）采区变电所的高压馈出线应设专用开关控制。5）由井下中央变电所向采区供电的单回路电缆供电线路上容许串接采区变电所，但串接的采区变电所不得超过三个。4.2.2采区低压供电系统的确定原则1）在保证供电安全可靠的前提下，力争所用的开关、起动器和电缆等设备至少；2）原则上一台起动器只控制一台低压设备；一台高压配电箱只控制一种变压器。当高压配电箱或低压起动器三台及以上时，应设置进线开关；采区为双电源供电时，应设置两台进线高压配电箱。3）当采区变电所的动力变压器多于一台时，应合理分派变压器的负荷，原则上一台变压器承担一种工作面的用电设备；且变压器最佳不并联运行；4）由工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电，上山及顺槽的输送机宜采用干线式供电；供电线路应走最短的路线，但应注意回采工作面（机采除外）、轨道上下山等处不应敷设电缆，溜放煤、矸、材料的溜道中严禁敷设电缆，并尽量防止回头供电；5）大容量设备的起动器应靠近配电点的进线端，以减小起动器间电缆的截面；6）低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机，可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，或采用掘进与采煤工作面分开供电；7）瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中，掘进工作面的局部通风机都应实行三专(专用变压器、专用开关、专用线路)供电；8）局部通风机与掘进工作面的电气设备，必须装有风电闭锁装置。瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中的所有掘进工作面应装设两闭锁(风电闭锁、瓦斯电闭锁)设施。因此，在掘进工作面的供电线路上应设一台闭锁用的磁力起动器，或专用的风电闭锁装置。9）局部通风机无论在工作或交接班时，都不准停风。因此要在专用变压器与采区变电所内其他任意一台变压器之间加设联络开关。平时断开，在试验局部通风机线路的漏电保护时，合上联络开关，以防局部通风机停电；10）采区变电所、上山绞车房、装车站及综采工作面应设照明灯。4.3采区供电设备的选择4.3.1采区及设备的供电回路确定采区用电设备的供电回路数，决定于用电设备的负荷等级。采煤工作面或掘进工作面的所有机电设备，假如由于某种原因对它们停电，仅仅对产量有所影响，而不会引起人员生命发生危险等重大事故，此时，可采用单回路供电。对于采区变电所的电源进线回路数要通过度析决定，假如一种矿井的采区较多，那么某一采区停电一段时间，对整个矿井的产量影响并不大，对这样的采区供电时，采用一路电源的供电系统便可满足规定了，不需要设置备用电源。对于采用综合机械化采煤的矿井，假如仅设置一种或两个采煤工作面就能完毕全矿的计划产量，频繁停电，必将影响全矿生产任务的完毕，因此对此类采区供电时，便可考虑设置备用电源，采用双回路或环形供电系统。对采区中的每一台机电设备来讲，假如停电，仅局部影响生产，采用一路电源对它们供电即可。对于个别设置了地位十分重要的分区水泵的采区，由于这样的水泵属于一类负荷，假如它和采区机电设备由同一种采区变电所供电，那么对这样的采区变电所供电时，必须设置备用电源，并且由采区变电所对这些水泵供电时，也必须采用双回路或环形供电系统。4.3.2供电电压等级确实定目前，在采区供电设计中，采区变电所的入线电压，一般采用6000V。对出线电压，380V的电压已逐渐淘汰。由于设备的功率越来越大，为了减少线路的电能损失，一般在660V与1140V电压之间。对于功率较大的设备，要尽量选用1140V的电压等级。对一般功率的设备，要视详细状况而定。部分大型现代化矿井综采工作面电牵引采煤机组已使用3000V电压。4.3.3供电方案设计（1）供电电压及供电方式的选择当采区变电所的位置选定后来，对采煤工作面的供电方式一般应遵照下述原则：1）对综采工作面的用电设备应采用1140V及以上电压供电，且在工作面的回风巷或进风巷设置移动变电站。2）对普采工作面尽量采用1140V电压供电，在技术条件容许的状况下，可由采区变电所直接供电。也可在工作面回风巷或进风巷设置移动变电站。3）对炮采工作面，除特殊状况外，一般不设置移动变电站，可采用1140V或660V电压供电。假如需要，也可同步采用两种电压供电。（2）供电方案选择供电方案选择是采区供电设计中最重要的一种环节。本节重要处理两个问题：1）合理的供电路线及负荷分组；2）选择技术、经济上合理的变压器容量。在确定供电方案时应遵照《煤矿安全规程》的有关规定，供电方案应从采区生产技术条件、负荷分布条件、供电距离等原因进行综合考虑，进行合理的方案分析。4.3.4低压开关及保护装置选择（1）选择的基本原则遵照《煤矿安全规程》，采区巷道及采掘工作面的低压开关和电气设备，一律应为隔爆型、本质安全型或隔爆兼本质安全型。低压电器设备的详细选择原则为：1）用电设备的额定电压应与其所在电网的电压等级相符。开关的额定电流应不小于或等于用电设备的实际工作电流。2）作馈电用的总开关或分路开关，应选用DWKB系列自动馈电开关(见表4-7)3）对综合机械化采区和高档普采工作面，均需配置保护齐全的660V或1140V成套电气设备。4）直接控制电动机或其他动力设备的开关，应选用隔爆型磁力起动器，其详细构造、型号应分别根据工作机械及控制方式而定。（2）控制起动器的选择：1）对需要远方控制的生产机械，如采煤机、截煤机、装岩机、输送机等，均应从QC83、QC810或QC815、QCS83、QCKB30或DQBH等型号的磁力起动器中选用，或选用DQZBH系列的真空磁力起动器。2）对不需常常远方控制或不常常起动的生产机械，如局扇、照明设备等，应选用QSS81系列或CH—15型带熔断器的开关；作短路保护用(见表4-12)。3）对需常常进行远方控制正、反转的生产机械，如刨煤机、回柱绞车、调度绞车等，应选用QC83—80N、QC815N及新系列QCKB30—12N系列等可逆磁力起动器。4）对需集中联锁控制的机械，如输送机、采煤机组与可弯曲刮板输送机等，应选用QC83、QC810或QC815等系列的磁力起动器。5）对向电钻供电的开关，一般应选用BZ80、ZZ80或KSGZ型电煤钻变压器综合装置(见表4-1)。当采用1140V电压时，可选用KSG系列的干式变压器(见表4-2)，但需安装电煤钻综合保护控制器(见表4-3)。（3）继电保护装置的选择：开关电器的继电保护装置，应与电网和生产机械的规定相符，详细选用原则为：1）采区变电所的总低压开关，应设有短路、过负荷和漏电保护装置，或至少要装设漏电及短路保护装置。2）变电所内的分路开关及配电点的总开关，除需有短路、过载保护外，还应设有漏电闭锁或选择性检漏保护装置(其型号见表4-6)。3）向综合机械化采煤工作面馈电的移动变电站的低压馈电开关，除应有短路、过负荷保护外，还应当设有漏电闭锁和漏电保护装置(参见表4-6选型)。4）直接控制电动机的多种起动器，一般均应具有短路、过负荷、断相的保护装置，对直接控制与保护采煤机组等大型设备的起动器，还要有电闭锁和漏电保护装置(参见表4-6选型)。5）井下低压真空开关，应有过电压保护装置。6）各类低压开关的接线喇叭口的数目，要满足电网接线的需求，而它们的出口内径，则要与所用电缆的外径相适配。4.3.5高压配电箱的选择（1）型号的选择采区内使用的高压配电箱应选用隔爆型，根据矿井设备真空化的规定，应优先选择具有真空断路器的高压配电箱。从电气设备对保护装置的规定，控制和保护高压电动机及变压器的高压配电箱，应具有短路、过负荷、欠压释放保护；控制和保护移动变电站的高压配电箱，除应具有上述三种保护外，还应具有选择性漏电保护、高压电缆监视保护。条件限制时至少应有短路和欠压释放保护。配电箱喇叭口的数目和内径要满足电网的接线规定。喇叭口的数目分类有：双电源式，共有三个喇叭口；单电源式，有两个喇叭口：联合使用式，仅有一种负荷电缆喇叭口。（2）电气参数选择高压配电箱应