煤矿采区供电设计蔡仁飞.docx
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煤矿采区供电设计蔡仁飞
采区供电设计
一、原始资料:
1、井田设计能力50万吨/年。
2、井田内布置方式:
采区式,运输大巷底板岩巷。
3、矿井瓦斯等级:
低等级。
4、采区煤层倾角:
18°─32°/26°
5、设计煤层:
K2=1.76-2.15m/2.15m。
6、年工作日:
300天,日工作小时:
14小时。
7、矿井电压等级及供电情况:
该矿井供电电源进线采用双回路电源电压35kv,变电所内设有630kv,35/6.3kv变压器两台和400kv,6/0.4kv变压器两台,承担井下和地面低压用电负荷。
用两条高压电缆线下井,电压等级为6kv,经中央变电所供给采区变电所。
二、设计要求:
1、设计要符合煤矿安全规程、煤矿工业设计规程、煤矿井下供电设计技术规定。
2、设计遵循煤炭工业建设的方针政策,在保证供电安全可靠的基础上进行技术经济比较,选用最佳方案。
3、设备选型时,应采用定型的成套设备,尽量采用新技术、新产品,积极采取措施减少电能损耗,节约能源。
4、设计质量要确保技术的先进性、经济合理性、安全适应性。
第七节短路电流的计算----------------------------------------------------24
第八节变电所一次设备的选择和校验………………………………25.
第九节变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定26
采区供电设计
第一节、采区变电所位置的确定
一、采区供电对对电能的要求
1、电压允许偏差
电压偏差计算公式如下:
电压偏差=
×100%
《电能质量供电电压允许偏差》(GB12325—90)规定电力系统在正常运行条件下,用户受电端供电电压允许偏差值为:
(1)35KV及以上供电和对电压有特殊要求的用户为额定电压的+5%—-5%;
(2)10KV及以上高压供电和低压电力用户的电压允许偏差为用户额定电压的+7%—-7%;
(3)低压照明用户为+5%—-10%。
2、三相电压不平衡
根据《电能质量三相电压允许不平衡度》规定:
电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%,短时间不得超过4%。
在采区变电所供电情况下,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要求。
3、电网频率
《电能质量电力系统频率允许偏差》(GB/T15543—1995)中规定:
电力系统频率偏差允许值为0.2HZ,当系统容量较小时,偏差值可放宽到+5%HZ—-5%HZ,标准中没有说明容量大小的界限的电网容量在300万KW以上者为0.2HZ;电网容量在300万KW以下者为0.5HZ。
4、波形
正常情况下,要求电力系统的供电电压(或电流)的波形为正弦波,在电能的输送和分配过程中不应该使波形产生畸变,还应注意负荷中谐波源(装整流装置等)的影响,必要时采取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个重要指标,必须保证供电的可靠性。
二、费用和环境要求
采区变电所要便于对硐室的扩大和设备的增加,同时便于体积较大的变压器等设备直接通过运输上山运到采区变电所硐室减少运输设备的费用。
在满足费用要求的同时还要满足顶板坚固,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℃。
根据采区巷道布置,要使采区变电所能顺利的通过运输平巷向整个采区的负荷中心(采煤工作面)进行供电。
在回风上山和运输上山联络巷处,低压供电距离合理,并且不必移动采区变电所就能对采区的采煤、掘进及回采等进行供电。
所以把采区变电所布置在回风上山和运输上山联络巷处。
第二节拟定采区供电系统的原则
一、采区高压供电系统的拟定原则
1、工作面的采区变(配)电所一般由两回路电源线进行供电,每个采区应为一回路;
2、双电源进线的采区变电所,应设置电源进线开关;
3、采区变电所的高压馈出线宜用专用的开关柜。
二、采区低压供电系统的拟定原则
1、在保证供电安全可靠的前提下,力求所用的设备最省;
2、原则上一台起动器只能控制一台设备;
3、当采区变电所动力变压器超过一台时,应合理分配变压器负荷;
4、变压器最好不要并联运行;
5、从变电所向各配电点或配电点到用电设备采用辐射式供电,上山及顺槽运输机采用干线式供电;
6、工作点配电点最大容量电动机的起动器应靠近配电点进线;
7、供电系统应尽量避免回头供电;
8、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组都应实行三专(专用变压器、专用开关、专用线路)供电;
9、局部通风机和掘进工作面中的
电气设备必须装有风电闭锁装置。
在瓦斯喷出区域、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)实施。
第三节采区主要设备
根据采区巷道的布置和采区的实际情况将采区的主要设备选型如下:
采区主要设备选型表
序号
设备名称
设备型号
台数
电动机
安装
地点
功率kw
电压v
1
上山绞车
JBRO400M-6
1台
110
660
工作面
2
照明
1.2
127
工作面
3
回柱绞车
BJO2-71-4
3台
17
660
顺槽
4
电钻
MZ2-12
5台
1.2
127
顺槽
5
局扇
JBT52-2
5台
11
660
顺槽
6
裝岩机
DZ2B-17
1台
17
660
顺槽
7
调度绞车
JBJ-11.4
2台
11.4
660
顺槽
8
喷浆机
BJO2-51-6
1台
5.5
660
顺槽
第四节采区负荷的计算及变压器容量、台数确定
一、变压器选择注意事项
变压器是供电系统中的主要电气设备,对供电的可靠性、安全性和经济性有着重要意义。
如果变压器容量选择过大,不仅使设备投资费用增加,而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;如果变压器容量选择过小,在长期过负荷运行情况下,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。
二、台数的确定
采区变电所变压器在一般情况下是按计算容量选设,不留备用量。
其原因是为了尽力减少变电所硐室开拓量,降低供电成本。
但是,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。
三、采区负荷的计算及变压器容量、台数确定
为保证供电质量和安全,根据采区巷道布置,按需用系数法计算变压器容量和台数。
1、第一组:
照明,上山绞车变压器容量及台数的确定
选KBSG-2.5/0.66型变压器接照明
ΣPN=1.2+110=111.2KW
采区为无机组缓倾斜工作面,查《矿山供电》续表2-2
Kde=0.5cosφnat=0.6
SNT=ΣPnKdeKc/cosφnat
=111.2×0.5×1/0.6
=92.67KVA
式中:
ΣPn——该组用电设备额定功率之和
Kde——需用系数,
cosφnt——加权平均功率因率,按综采工作面,取0.7
Kc——采区重合系数,取1
根据计算结果选择KSJ2-100/6变压器一台
2、采区变电所变压器容量及台数的确定
SNT=KdeKc/cosφnat
=157.32×0.49×1/0.7
=131.08kva
式中:
ΣPN——变电所供电设备额定功率之和
ΣPN=3×17+5×1.2+5×11+17+2×11.4+5.5=157.32kw
Kde——需用系数,Kx=0.5
cosφnt——加权平均功率因率,按综采工作面,取0.7
Kc——采区重合系数,取1
所以根据计算结果选择KJS135/6干式变压器一台。
第五节采区低压供电网络的计算
一、电缆型号确定
根据供电电压、工作条件、敷设地点环境,确定电缆型号为:
MYP、MY、MYJV22和MYCP型。
其中MYP型电缆用于额定电压为1140V的设备,MYJV22型电缆用于高压开关至移变的电缆,MYCP用于采煤机组及工作面刮板运输机真空磁力起动器至电动机的电缆,其余所需电缆用MY型。
二、电缆长度确定
由式:
Lz=α·LX
式中:
α—系数,橡套电缆取α=1.1,铠装电缆取α=1.05
LX—巷道实际长度m
电缆长度计算结果表
序号
地点
巷道长度(m)
选取电缆长度(m)
电压
备注
1
G1
80
88
低压
橡套
2
G1-1
80
88
低压
橡套
3
Z1-2
300
330
低压
橡套
4
Z2
600
660
低压
橡套
5
Z2-1
60
66
低压
橡套
6
Z2-2
100
110
低压
橡套
7
Z2-3
60
66
低压
橡套
8
Z2-4
200
220
低压
橡套
9
Z3
600
660
低压
橡套
10
Z3-1
200
220
低压
橡套
11
Z3-2
60
660
低压
橡套
12
Z3-3
100
110
低压
橡套
13
Z3-4
60
66
低压
橡套
14
Z4
700
770
低压
橡套
15
Z4-1
60
66
低压
橡套
16
Z4-2
100
110
低压
橡套
17
Z4-3
100
110
低压
橡套
18
Z4-4
100
110
低压
橡套
19
Z4-5
200
220
低压
橡套
20
Z5
700
770
低压
橡套
21
Z5-1
60
66
低压
橡套
22
Z5-2
150
165
低压
橡套
23
Z5-3
100
110
低压
橡套
24
Z5-4
150
165
低压
橡套
25
G4-2
80
88
低压
橡套
26
G3-5
100
110
低压
橡套
27
G4
1000
1050
高压
铠装
28
G3
300
315
高压
铠装
三、选择支线电缆
1、由机械强度初定电缆截面
橡套电缆满足机械强度的最小截面
用电设备名称最小截面(mm2)
回柱绞车16-25
上山绞车16—25
装岩机16—25
调度绞车4—6
局部风机4—6
煤电钻4—6
照明2.5—4
喷浆机44
查书得各电缆截面的长时允许电流IP值如下:
主芯线截面mm2
4
6
10
16
25
35
50
70
95
长期允许电流A
36
46
64
85
113
173
198
215
260
各支线电缆的实际长时工作电流计算如下公式:
In=(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)
式中:
In——电缆中通过的实际工作电流A
Kx——需用系数
ΣPe——电缆所带负荷有功功率之和KW
Ue——电网额定电压V
ηpj——电动机加权平均效率
cosφpj——加权平均功率因数
1、满足采煤机组机械强度要求的截面初步截面确定为25mm2,其IP=173A。
上山绞车电缆G1当中的实际长时工作电流
Iz1=(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)
=0.6×110×103/1.732×660×0.93×0.86
=60.16A
IP=113A>Iz1=60.16A
上山绞车组初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电流的要求,所以上山绞车电缆截面取25mm2。
2、满足照明机械强度要求的截面初步截面确定为4mm2,其IP=36A。
照明电缆G1当中的实际长时工作电流
Iz2=(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)
=0.6×1.2×103/1.732×127×1×1
=2.7A
IP=36A>Iz2=2.7A
照明初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电流的要求,所以照明电缆截面取4mm2。
3、满足回柱绞车机械强度要求的截面初步截面确定为16mm2,其IP=85A。
回柱绞车电缆Z3-1当中的实际长时工作电流
Iz2=(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)
=0.6×17×103/1.732×660×0.885×0.84
=10A
IP=85A>Iz3=10A
回柱绞车初选电缆截面不能够满足该支线的长时实际工作电流的要求,所以回柱绞车电缆要更大些截面取25mm2。
4、满足电钻机械强度要求的截面初步截面确定为6mm2,其IP=46A。
电钻电缆Z4-2当中的实际长时工作电流
Iz4=(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)
=0.6×1.2×103/1.732×127×0.795×0.79
=4.34A
IP=46A>Iz4=4.34A
电钻初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电流的要求,所以电钻电缆截面取6mm2。
5、满足局扇机械强度要求的截面初步截面确定为6mm2,其IP=46A。
局扇电缆Z5-4当中的实际长时工作电流
Iz5=(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)
=0.6×11×103/1.732×660×0.86×0.89
=6.3A
IP=46A>Iz5=6.3A
局扇初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电流的要求,所以局扇电缆要更大些截面取6mm2。
6、满足裝岩机机械强度要求的截面初步截面确定为25mm2,其IP=113A。
裝岩机机组电缆Z4-5当中的实际长时工作电流
Iz6=(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)
=0.6×17×103/1.732×660×0.89×0.85
=9.8A
IP>Iz6
裝岩机初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电流的要求。
7、调度轿车机械强度要求的截面初步截面确定为6mm2,其IP=46A。
调度轿车组电缆Z3-4当中的实际长时工作电流
Iz7(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)
=0.6×11.4×103/1.732×660×0.89×0.87
=6.4A
IP>Iz7
调度轿车初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电流的要求,所以调度轿车电缆截面要更大些取6mm2。
8、满足喷浆机机械强度要求的截面初步截面确定为35m2,其IP=173A。
喷浆机车电缆Z4-5当中的实际长时工作电流
Iz8=(KxΣPe103)/(1.732Ueηpjcosφpj)
=0.6×5.5×103/1.732×660×0.85×0.8
=3.5A
IP>Iz8
喷浆机初选电缆截面能够满足该支线的长时实际工作电流的要求。
设备
可配电缆(型号,规格)
上山绞车
ZQP20-10003×4+1×4
照明
UZ-5003×4+1×4
回柱绞车
U-10003×25+1×10
电钻
UZ-5003×4+1×4
局扇
U-10003×6+1×6
裝岩机
UCP-10003×16+1×4
调度轿车
U-10003×6+1×6
喷浆机
U-10003×6+1×6
四、干线电缆的选择
G处初选25mm2IP=113A
ΣI=60.16+2.7=62.86A 可选U1000-3×25型号电缆 Z2处初选6mm2IP=46A ΣI=4.34+6.3+6.4+3.5=20.54A 可选U1000-3×6型号电缆 Z3处初选2525mm2IP=113A ΣI=10+4.34+6.3+6.4=27.04A 可选U1000-3×25型号电缆 Z4处初选25mm2IP=113A ΣI=10+4.3+6.3×2+9.8=36.74A 可选U1000-3×25型号电缆 Z5处初选25mm2IP=113A ΣI=10+2×4.34+6.3=24.98A 可选U1000-3×25型号电缆 G处 U1000-3×25型号电缆 Z2处 U1000-3×6型号电缆 Z3处 U1000-3×25型号电缆 Z4处 U1000-3×25型号电缆 Z5处 U1000-3×25型号电缆 Z4-2电缆的选择: 1: 按机械强度选择,查《矿山供电》表5-18初选25mm2 2: 按电压损失选择干线电缆截面: ΔUb1=KdePNZ4-2×103/(UNRSCAb1η) =0.5×17×66×103/(660×42.5×25×0.885) =0.9V 变压器电压损失: 取cosφwn=0.6 ΔUT%=ST/SN.T(US%COSφT+UX%SINφT) =(131.08/135)×(1.78×0.6+4.13×0.8)=4.25 ΔUT=ΔUT%/100U2NT=(4.25/100)×690=29.3V 查《供电设计指导书》kjs135/6的US%=4.5,ΔPN.T=2400W U2NT=690V UR%=100ΔPN.T/SN.T=100×2.4/135=1.78 UX%= = =4.13 1、电网的允许电压损失 电压等级为690的电压允许损失 ΔUP=U2NT5%=34.5 式中: U2NT——变压器二次侧电压 正常工作时应该让供电网所有的电动机端电压在95%-105%范围内 ΔUPms=ΔUP-ΔUT-ΔUb1=34.5-29.3-0.9=4.3v Amin=kdeΣPNLMS10003/UNRSCΔUPms =0.5×(1.2×2+11×3+17+11.4+5.5+17)×88×1000/(660×44.3×4.3) =30.20mm2 选芯线截面为35mm2铜芯电缆 按长时允许电流选择干线截面 Ica=kdeΣPn103/(1.732UnCOSφ) =0.6×(1.2×2+11×3+17+11.4+5.5+17)×1000/(1.732×660×0.6) =62.9A 查《矿山设计指导书》表5-10: 35mm2矿用橡套电缆长时允许电流为138A,确定选用U1000-3×35型电缆为Z4-2电缆 3: 按起动条件检验电缆截面 (1)回柱绞车电动机的最小起动电压—满足电动机最小起动转矩。 由回柱绞车技术参数查得额定起动转矩与额定转矩之比a=2.5额定起动电流I2ST.N=130A起动功率因数cosφst=1.52由《矿山供电》表5-19查得K=1.2 USTmin=UN =660× =457v 按满足起动器吸力线圈有足够的吸持电压校验 Istmin=IstnUstmin/UN=130×457/660=90A 回柱绞车支线电缆起动电压损失 ΔUb1st= IstLb1/rscAb1cosφst 电动机实际起动电流可按Istmin=IstnUstmin/UN=130×457/660=90A ΔUb1st=(×90A×66/(42.5×25))×0.25=5v 起动器安装处的电压为USTmin+ΔUb1st=462>0.6Un=396 回柱绞车起动时电网电压损失的计算: 1回柱绞车支线电缆的电压损失: 由于回柱绞车电动机的最小起动电压为457v,起动电流为90A,支线电压损失为5v 回柱绞车起动时干线电缆的电压损失,除起动电动机外,其他用电设备的需要系数Kde=0.5,干线电缆电压损失为: ΔUms。 t=(lms/(rAmin)( Istcosφst+KdeΣPN.re1000/UN)=7.58v 除回柱绞车外变压器所带其他用电设备的需要系数Kde=0.5 Cosφwm。 re=0.6变压器内部损失: ΔUT.st%=(1/I2nt)(ur%(Istcosφst+KdeΣPN.re1000/( UN)))+ Ux%(Istsinφst+(KdeΣPN.re1000/( UN))tanφwm。 re)=5.8 =ΔUT.st%×U2nt/100=5.8×690/100=40 回柱绞车起动时总电压损失为 ΔUst=ΔUT.st+ΔUms。 t+ΔUb1st=40+7.58+5=52.6 U2nt-ΔUst=690-52.6=637.4>Ust.min Z3-5电缆的选择 1: 按机械强度选择,查《矿山供电》表5-18初选25mm2 2: 按电压损失选择干线电缆截面: ΔUb1=KdePNZ4-2×103/(UNRSCAb1η) =0.5×17×66×103/(660×42.5×25×0.885)=0.9V 变压器电压损失: 取cosφwn=0.6 ΔUT%=ST/SN.T(US%COSφT+UX%SINφT) =(131.08/135)×(1.78×0.6+4.13×0.8)=4.25 ΔUT=ΔUT%/100U2NT=(4.25/100)×690=29.3V ΔUPms=ΔUP-ΔUT-ΔUb1=34.5-29.3-0.9=4.3v Amin=kdeΣPNLMS10003/UNRSCΔUPms =0.5×(17×2+1.2×3+17+11×2+11.4)×88×1000/(660×44.3×4.3)=28.23mm2 选芯线截面为35mm2铜芯电缆.长时允许电流选择干线截面 Ica=kdeΣPn103/(1.732UnCOSφ)=28.23A 查《矿山设计指导书》表5-10: 35mm2矿用橡套电缆长时允许电流为138A,确定选用U1000-3×35型电缆为Z3-5电缆 采区高压电缆的选择 G4长L=1050m,两台变压器的负荷容量S1=92.67KVA,S2=131.08KVAUN=6KV Imn=(S1+S2)/( UN)=21.5A 对于一般机采工作面取300×2×5h查《矿山供电》表5-15 Ied=1.73Ae=Imn/Ied=21.5/1.73=12.43 选U6000-3×50铠装电缆 2)按长时允许电流 查《矿山电工学》表6-9选25C。 时k=1及表6-7IP=49A KIP>Ica=Imn=21.5A 3)按短路热稳定条件校验电缆截面 Amin=(Iss/c) -变电所导线短路容量可取50mva UP-平均电压取6.3kv Iss=Sd/( UP)=4582.2A Amin=23mm2 Tj-短路电流作用的假想时间Tj=0.25s C-热稳定系数查《供电指导书》表16-5C=90 4)根据允许电压损失校验 ΔUX=( SdCOSφ×2)/(DSUe)=( ×(79.97+92.7)×0.6×1575)/(28.8×50×60)=32.71v D为电缆导体电导芯铜D=28.8 ΔUX%=ΔUX/UP=32.71/(600×100)=0.55% 因为ΔUX%=0.55%<10%所以电缆的电压损失负荷要求 第六节采区电气设备的选择 一、采区高压开关柜的选择 1、采区高压开关柜的选择的原则 1)根据《煤矿安全规程》规定,矿用一般高压配电箱适用于煤(岩)与沼
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