采区供电设计要求wwwwwwwwww.docx
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采区供电设计要求wwwwwwwwww
采区供电设计要求
采区供电设备的选择包括主变压器的选择,采区供电系统的拟定,低压电缆的选择,低压开关的选择。
相关计算有负荷容量和负荷电流的计算,电压损失的计算,短路电流的计算和过流保护整定计算。
第一节设备选择前的准备
一、采区供电设计所需原始资料
在进行井下采区供电设计时,必须首先收集以下原始资料,作为设计的依据。
(1)矿井的瓦斯等级,采区煤层走向、倾角,煤层厚度、煤质硬度、顶底板情况、支护方式。
(2)采区巷道布置,采区区段数目、区段长度、走向长度、采煤工作面长度,采煤工作面数目,巷道断面尺寸。
(3)采煤方法,煤、矸、材料的运输方式,通风方式。
(4)采区机械设备的布置,各用电设备的详细技术特征。
(5)电源情况。
了解采区附近现有变电所及中央变电所的分布情况,供电距离、供电能力及高压母线上的短路容量等情况。
(6)采区年产量、月产量、年工作时数,电气设备的价格、当地电价、硐室开拓费用、职工人数及平均工资等资料。
此外,在做井下采区供电设计时还需要准备下述资料:
《煤矿安全规程》、《煤炭工业设计规范》、《煤矿井下供电设计技术规定》、《矿井低压电网短路保护装置整定细则》、《矿井保护接地装置安装、检查、测定工作细则》、《煤矿井下检漏继电器安装、运行、维护与检修细则》、《煤矿电工手册》第二分册(下)、《中国煤炭工业产品大全》、各类有关的电气设备产品样本、各类供电教材。
二、采区变电所位置的确定
采区变电所是采区供电的中心,它担负着整个采区的受电、变电、配电任务。
1.采区变电所的位置确定
采区变电所的位置决定于低压供电电压、供电距离、采煤方法及其采区巷道布置方式、机械化程度、采煤机组的容量大小等因素。
1)采区各级供电电压的供电范围
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,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,且起动频繁、重载起动等特点,供电电压的最大供电范围,主要由工作面输送机和采煤机组的电动机起动时,允许电压损失确定的。
要保证机组起动时,有足够起动力矩;同时也要保证机组控制开关在机组电动机起动时有足够吸合能力。
一般来说,炮采工作面选择380V或660V,普通机械化采煤工作面选择660V,综合机械化采煤工作面选择1140V,高产高效矿井综采工作面选择3300V,综采工作面均采用移动变电站供电。
2)采区变电所硐室的位置确定
在采区巷道中要具体确定采区变电所硐室的位置,还要按以下原则确定。
①尽量接近负荷中心,并保证变电所至距离最远与容量最大的用电设备之间,电压损失在允许范围之内;
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出允许范围下,一个采区最好只设一个采区变电所对全采区供电。
③通风良好,进出线及设备运输方便;
④顶、底板稳定并避免淋水。
采区变电所硐室不得设在工作面平巷中。
一般设在盘区运输斜巷与轨道斜巷之间的联络巷内。
如图1-7所示,它不需要另留保安煤柱,利用运输巷及轨道巷的煤柱即可。
在分层开采的盘区中。
经过起动电压的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。
向掘进工作面供电的变电所,在开拓采区工作面巷道时,一般由采区变电所代替,不另设掘进变电所。
当掘进大巷时,则根据起动电压的要求、可利用联络巷作变电所。
如掘进速度较快,又无永久性采区变电所位置或联络巷可作掘进变电所时,应采用防爆移动变电站供电,如有安全措施,并经有关部门批准,也可在大巷一侧加宽巷道作临时掘进变电所用。
3)采区变电所的硐室与设备布置
采区变电所的硐室与设备布置基本同井下主变电所,不同的是底板不需抬高,不需留有备用开关位置。
高压设备与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。
图1-1
0为典型的采区变电所设备布置图。
二、移动变电站
移动变电站一般用于向综采工作面供电,可随工作面的移动而移动,用它可缩短低压供电距离,减少电压损失。
1.移动变电站位置
移动变电站一般设置在工作面平巷,距工作面100~300米的位置。
移动变电站的设置原则是靠近负荷中心,同时考虑安全性和经济性。
可有如下几种布置方式(参见图1-11移动变电站布置方式示意图):
(1)设置在运输平巷(如图中1#移动变电站)。
由于运输机的功率远大于调度绞车的功率,所以设置在运输平巷内可以靠近负荷中心。
但是由于移动变电站需要敷设专用的轨道,因此需要加大巷道断面,增大巷道的开拓费用和维护费用。
对于顶板较破碎、压力较大、巷道难以维护的工作面,应采用以下方式。
(2)设在回风平巷(如图中2#移动变电站)。
虽然远离运输机,但是可以利用调度绞车的轨道,而不需要专设轨道和增大巷道断面,在运输机有其他移动变电站供电的情况下可以考虑,然而为安全起见在专用的回风平巷内不得设置移动变电站。
(3)设在下一个工作面的回风平巷与本工作面运输平巷的联络巷内(如图中3#移动变电站)。
这样既能位于负荷中心又不需增大巷道断面,但是必须在采掘可以衔接的情况下选用。
(4)设置在运输平巷的入口处轨道上山与材料上山的联络巷内(如图中4#移动变电站)。
这样也不需要增大巷道断面,但是距离工作面较远,在供电质量满足要求的情况下方可选择。
2.移动变电站的主接线
移动变电站是由矿用隔爆变压器及其高、低压开关组成。
可采用单电源或双电源进线,经高压负荷开关或高压断路器接到变压器一次侧,变压器二次侧经低压断路器配出。
三、工作面配电点
工作面配电点的任务是将采区变电所或移动变电站送来的1140V或660V电能分配到回采或掘进工作面的用电设备。
工作面电钻和照明用的127V电源可从电钻和照明综合保护装置上获得。
1.工作面配电点的位置及设备布置
为保证安全,工作面设备的控制开关不宜放在工作面,而应放在工作面配电点,采用远方控制。
回采工作面配电点一般设在距工作面50m~70m处的巷道中;掘进工作面配电点距掘进头80m~100m,一般配电点至掘进设备的电缆长度以不超过100m为宜;
2.配电点开关的设置
工作面配电点设有控制工作面各种设备的磁力起动器以及电钻(照明)综合保护装置,三台及其以上开关的配电点都需要设置自动馈电开关作为配电点的总开关,以便检修磁力起动器时切断总开关,做到断电检修和维护,保证人身安全。
第二节采区供电系统的拟定
拟定采区供电系统,就是确定变电所内高低压开关、输电线路及控制开关的数量。
一、拟定供电系统的原则:
(1)在保证供电安全可靠的前提下,力求所用的开关、起动器和电缆等设备最少;
(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个变压器。
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,应合理分配变压器的负荷,原则上一台变压器负担一个工作面的用电设备;且变压器最好不并联运行;
(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,并尽量避免回头供电;
(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。
二、拟定采区供电系统
根据上述拟定原则和所选变压器的台数以及采区的实际情况,拟定出相应的供电系统,并画出采区供电系统图。
当供电系统有多种可行方案时,应经过技术经济比较后择优选择。
第三节采区变压器的选择
一、变压器台数、型号的选择
采区变压器的台数尽量要少,一台变压器满足要求时尽量选一台,这样可以减少高低压设备的数量及变电所硐室开拓费用。
采区变电所的供电负荷中有一类负荷(如分区水泵),时,变压器的台数不得少于两台,当一台停止运行时,其余变压器应保证一类负荷用电。
对高沼矿按照“三专两闭锁”要求,局部通风机使用专用变压器。
对低沼矿采、掘工作面应分开供电。
此外,在确定变压器的台数时,还应考虑不同电压等级的设备需要不同的变压器等问题。
在确定变压器型号时,应考虑变压器的使用场所。
—般在变电所硐室内的动力变压器,选择矿用一般型油浸变压器;在采煤工作面顺槽及掘进巷道内,应选择隔爆型干式动力变压器或移动变电站。
为了供电的经济性,应尽量选用低损耗变压器,即阻抗压将百分数较小的变压器。
常用矿用变压器的型号及其技术数据见表7-1~表7-3。
表3-1矿用一般型变压器技术数据
型号
额定
容量
额定电压
kv
损耗
W
阻抗
电压
空载
电流
联接组
外形尺寸/m
质量
kVA
高压侧
低压侧
空载
负载
%
%
长
宽
高
kg
KS7-50/6
50
6
0.69/0.4
190
1150
4
2.8
Y,y0/Y,d11
1.26
0.93
1.10
470
KS7-100/6
100
320
2000
2.6
1.38
1.0
1.15
764
KS7-200/6
200
540
3400
2.4
1.47
1.05
1.24
1030
KS7-250/6
250
640
4000
2.4
1.45
0.91
1.37
1150
KS7-315/6
315
760
4800
2.2
1.6
0.98
1.55
1366
KS7-400/6
400
920
5800
1.65
1.0
1.4
1700
KS7-500/6
500
1080
6900
2.1
1.7
1.0
1.5
1950
KS7-630/6
630
l300
8100
4.5
1.7
1.18
1.7
2530
KS7-100/10
100
10
320
2000
4
2.0
1.24
0.83
1.]0
666
KS7-200/10
200
540
3400
1.44
0.92
1.3
970
KS7-250/10
250
640
4000
1.45
0.92
1.37
1107
KS7-315/10
315
760
4800
1.9
1.53
0.97
1.4
1253
KS7-400/10
400
920
5800
1.38
1.08
1.45
1504
表3-2矿用隔爆型干式变压器主要技术数据
型号
额定容量kVA
额定电压
kV
损耗
W
阻抗
电压
空载
电流
轨距
联接组
外形尺寸
m
质量
高压侧
低压侧
空载
负载
%
%
mm
长
宽
高
/kg
KBSG-2.5/0.66
2.5
0.66
0.133
45
85
4
14
600/
900
D,d0
0.53
0.43
0.5
KBSG-4/0.66
4.0
55
125
12
Y,d11
0.53
0.48
0.7
KBSG-31.5/6
31.5
6
0.693/0.4
250
460
3
Y,y0
Y,d11
KBSG-50/6
50
400
600
2.2
0.6
1.05
1250
KBSG-100/6
100
600
1000
2.2
0.72
1.02
1400
二、变压器容量的选择
1.变电所负荷统计
变压器的额定容量按照所带负荷确定。
故应将变压器所带负荷进行统计,统计时应以每一条供电干线为单位进行分组(分组应考虑负荷的电压等级、生产环节、安装地点和电缆的敷设路线等因素),每一条供电干线、每一台移动变电站或变压器都应统计出它们的负荷,以便在后面的设计计算中查用。
井统计后可求出每组总的额定功率ΣPN,具体统计内容见表
表3-3变电所负荷统计
分组编号
用电设备名称
台数
电动机
成组负荷计算
变压器负荷计算
额定功率
额定电压
效率
功率因数
需用系数
加权平均功率因数
额定负荷
计算负荷
同时系数
加权平均功率因素
计算负荷
台
kw
kV
%
kw
kw
Kva
1
2
2、成组负荷的计算
由于工作条件的变化,用电设备实际负荷随时都在变化,又由于生产环节的不同,在一组电气设备中,同时工作的实际台数可能小与其总台数。
所以每组用电设备总的实际负荷ΣP,总是小于该组总的额定负荷ΣPN。
我们将其实际负荷占额定负荷的比例用需用系数Kde表示,由于实际负荷的不确定性,需用系数很难准确算出,一般采用概率的方法,进行数据统计后列表给出,煤矿井下不同用电设备及场所的需用系数值见表3-4。
其中:
综合机械化采煤工作面需用系数按下面经验公式计算:
Kde=0.4+0.6
(3-1)
普通机械化采煤工作面需用系数按下面经验公式计算:
Kde=0.286+0.714
(3-2)
式中PNmax——所带负荷中容量最大的一台电动机额定功率,kW;
ΣPN——所带负荷的额定功率之和,kW。
根据需用系数即可求出成组负荷,我们称之为计算负荷Pca,其计算式如下:
Pca=KdeΣPN(3-3)
式中:
Pca——成组负荷的计算功率,可用表示,kw;
ΣPN——该组负荷的额定功率,kw;
Kde——该组负荷的需用系数
表3-4需用系数、平均功率因数
序号
名称
需用系数Kde
平均功率因数(注)COS
am
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
综采工作面
一般机采工作面
炮采工作面(缓倾斜煤层)
炮采工作面(急倾斜煤层)
非掘进机的掘进工作面
掘进机的掘进工作面
架线电机车整流
蓄电池电机车充电
输送机
井底车场(不包含主排水泵)
按式(3-1)
按式(3-2)
0.4~0.5
0.5~0.6
0.3~0.4
0.5
根据计算
0.8
0.6~0.7
0.6~0.7
0.7
0.6~0.7
0.6
0.7
0.6
0.6~0.7
0.8~0.9
0.8~0.85
0.7
0.7
2.变压器容量计算
采区变电所变压器容量计算公式如下:
(3-4)
式中Sca——变压器计算容量,kVA;
Ks——组间同时系数,当供给一个工作面时取1,供给2个工作面时取0.95,供给3个及以上工作面时取0.9;
∑Pca——变压器所带各组设备计算功率之和,kW;分别由下式计算:
COSΦTWm——变压器加权平均功率因数。
可由下式计算(当有功率因数补偿时,按补偿后的功率因数计):
3.变压器容量的确定
根据所选变压器型号和所求变压器计算容量ST,查相应型号的变压器技术数据(见表)选出满足下列关系的变压器额定容量STN,即
STN≥Sca(3-5)
第四节低压电缆的选择
低压电缆又分为支线和干线两种。
支线是指起动器到电动机的电缆,向单台电动机供电;干线是指分路开关到起动器的电缆,向多台电动机供电。
低压电缆的选择就是确定各低压电缆的型号、芯线数、长度和截面等。
一、低压电缆型号、芯数和长度的确定
4.低压电缆型号的选择
电缆的型号主要依据其电压等级、用途和敷设场所等条件来决定。
煤矿井下所选电缆的型号必须符合《煤矿安全规程》的有关规定。
矿用低压电缆的型号,一般按下列原则确定:
(11)支线一律采用阻燃橡套电缆。
1140V设备及采掘工作面的660V和380V设备,必须用分相屏蔽阻燃橡套电缆;移动式和手持式电气设备,应使用专用的橡套电缆。
(12)固定敷设的干线应采用铠装或非铠装聚氯乙烯绝缘电缆;对于半固定敷设的干线电缆,为了移动方便一般选用阻燃橡套电缆,也可选用上述铠装电缆。
(13)采区低压电缆严禁采用铝芯。
(14)电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体。
(15)照明、通信和控制用电缆,固定敷设时应采用铠装电缆、阻燃橡套电缆或矿用塑料电缆;非固定敷设时应采用阻燃橡套电缆。
矿用电缆的型号规格见表。
5.确定电缆的芯线数目
(16)干线用的铠装电缆选三芯电缆,非铠装电缆选用四芯电缆。
(17)支线用电缆就地控制(控制按钮在起动器上)时,一般采用四芯电缆;远方控制和联锁控制(控制按钮在工作机械上)时,应根据控制要求增加控制芯线的根数。
注意电缆中的接地芯线,除用作监测接地回路外,不得兼作其他用途。
(18)信号电缆芯线根数要按控制、信号、通讯系统的需要决定,并留有备用芯线。
6.确定电缆长度
就地控制的支线电缆长度,一般取5m~10m。
其它电缆因吊挂敷设时会出现弯曲,所以电缆的实际长度L应按式(4-1)计算。
即
L=KmLm
式中Lm——电缆敷设路径的长度,m;
Km——电缆弯曲系数,橡套电缆取1.1,铠装电缆取1.05。
为了便于安装维护和便于设备移动,确定电缆长度时还应考虑以下两点:
(19)移动设备的电缆,须增加机头部分活动长度3m~5m余量。
(20)当电缆有中间接头时,应在电缆两端头处各增加3m余量。
二、低压电缆主芯线截面的选择
1、低压电缆主芯线截面必须满足以下几个条件:
(1)正常工作时,电缆芯线的实际温度应不超过电缆的长时允许温度,所以应保证流过电缆的最大长时工作电流不得超过其允许持续电流。
(2)正常工作时,应保证供电网所有电动机的端电压在95%~105%的额定电压范围内,个别特别远的电动机端电压允许偏移8%~10%。
(3)距离远、功率大的电动机在重载情况下应保证能正常起动,并保证其起动器有足够的吸持电压。
(4)所选电缆截面必须满足机械强度的要求。
2、支线电缆截面的选择
支线电缆一般按机械强度初选,按允许持续电流校验后,即可确定下来。
根据不同的生产机械设备,橡套电缆满足机械强度要求的最小截面见表。
3、干线电缆主芯线截面的选择
1)按正常时的允许电压损失选择芯线截面
(1)总允许电压损失ΔUp的计算
按要求,正常工作时应保证供电网所有电动机的端电压不低于额定电压的95%。
ΔUp=U2NT-0.95×UN
对于380V系统ΔUp=U2NT—0.95×UN=400—0.95×380=39V;
对于660V系统ΔUp=690—0.95×660=63V;
对于1140V系统ΔUp=1200—0.95×1140=117V。
(2)支线电缆电压损失Δubl
(21)变压器的电压损失ΔUT
式中ΔUT——变压器的电压损失,V;
Sca——变压器的实际负荷容量,kVA;
SNT——变压器的额定容量(查所选变压器的技术数据),kVA;
UT.2N——变压器二次侧额定电压(查所选变压器的技术数据),V;
IT2N——变压器二次侧额定电流(查所选变压器的技术数据),A;
RT、XT——变压器的电阻、电抗,
(4)干线上按允许电压损失
△Upms=△UP-△UT-△Ubl
(5)按允许电压损失选择干线电缆截面
式中Kde——干线负荷的需用系数;
△Up。
ms——干线电缆允许得电压损失;
ΣPN——干线所带负荷的额定功率之和,kW;
Ams.min——干线电缆满足电压损失的最小截面,mm2;
Lms——干线电缆的长度,m;
γSC——电缆导体的电导率,m/Ω。
mm2。
UN——电缆线路所在电网的额定电压,V。
2)用长时允许电流校验所选择的干线电缆截面
式中∑PN——电缆所带负荷的额定功率之和,kW;
UN——电缆所在电网的额定电压,V;
Kde―电缆线路所带负荷的需用系数,由表7-4查取;
cosΦwm——电缆所带负荷的加权平均功率因数。
表4-1矿用橡套软电缆的型号规格
型号
名称
额定电压/kV
芯线数×导体标称截面/mm
电缆外径/mm
Uo/U
Kv
动力线
地线
控制线
监视线
最小(标称)
最大
MZ
矿用电钻电缆
0.5
3×2.5
3×2.5
3×4
3×4
1×2.5
1×2.5
1×4
1×4
1×2.5
1×4
17.8
19.1
19.1
20.5
19.6
21.0
21.0
22.6
MCP
采煤机用屏蔽橡套软电缆
0.66/1.14
3×35
3×50
3×70
3×95
1×16
1×25
1×35
1×50
3×6
3×6
3×6
3×10
47.7
55.2
60.3
66.3
50.9
58.5
64.0
70.0
MYP
矿用移动屏蔽橡套软电缆
0.66/1.4
3×10
3×16
3×25
3×35
3×50
3×70
3×95
1×10
1×10
1×6
1×16
1×25
1×35
1×50
33.3
35.9
41.3
44.0
50.4
55.1
62.3
36.1
38.7
44.5
47.2
53.7
58.8
66.0
MYPJ
矿用移动屏蔽监视型橡套软电缆
6
3×25
3×35
3×50
3×6/3
3×16/3
3×25/3
3×2.5
3×2.5
3×2.5
63.0
66.0
69.0
68.0
71.0
74.9
7.按正常工作时的允许电压损失选择电缆截面
表4-2矿用铠装电缆的技术数据
型号
电缆结构
芯线数
芯线截面(毫米2)
使用场所
额定电压U0/U(干伏)
0.6/1
3.6/6
6
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- 采区 供电 设计 要求 wwwwwwwwww