徐州龙润公司煤矿井下供电设计基本思路20080420

煤矿井下供电设计龙润电子王春君说明：•本设计思路的内容主要参考：1.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2.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》）3.煤炭工业部1992年制定《煤矿安全规程》（以下简称《规程》）4.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》）井下供电设备的特殊工作条件•井下空气中含有易燃易爆的瓦斯和煤尘•设备对地泄漏电流可能引爆电雷管•井下空间狭窄人体易触电•冒顶、片帮事故可损害电缆等电气设备•井下的条件使设备易受潮•有些硐室、巷道温度高，设备散热条件差•采掘设备移动、启动频繁常产生短时过载•为防出水事故，排水设备对供电要求高•井下停电可导致水淹、瓦斯聚集……井下供电的要求•严格遵守煤炭部颁发的《煤矿安全规程》及《煤炭工业矿井设计规范》中有关的规定•注意安全可靠、经济合理性供电设计的三项工作•绘制供电系统图：CAD•短路计算与开关整定•制作供电设计说明书供电设计的步骤•一．采区、工作面概况•二．选择变压器•三．拟订供电系统图•四．选择高压配电装置•五．选择高压电缆•六．选择低压开关、起动器•七．选择低压电缆•八．短路电流计算•九．高压开关保护装置整定•十．低压开关和移变高馈保护装置整定•十一．绘制供电系统图和机电设备布置图采区、工作面概况整理基本资料：•采区、工作面地质条件•采煤方法、巷道布置以及机电设备容量、分布情况•采区变电所及采掘工作面配电点位置•绘制工作面巷道布置图采区（工作面）供电设计•变压器选择；校验•电缆的截面、芯数、长度•回路短路电流计算•开关选型、整定80%eSSeSS变压器选择•选型：–高压为6kV、10kV时可选用矿用型动力变压器–一次侧为1140V以下时应选用防爆型干式变压器•台数：–中央变电所动力变压器一般设两台（主排水泵为低压时）–照明变压器只设一台变压器选择•视在功率计算公式（见《手册》下册348页）xexesKPKPSSKcoscos或式中：SePcos：负荷总的视在功率，kVA：设备（不含备用）额定功率之和，kW：负荷的加权平均功率因数变压器选择：需用系数（借助于统计数据，由概率理论导出的，由额定功率求取工作负荷的系数）LosixwmwKKKxK：负荷系数，因一组用电设备中的备用电设备未必全能在满负荷下运行，表示工作着的用电设备的实际所需功率与全部用电设备容量比值LoK：同时工作系数，因各用电设备不同时工作，故以其表示在最大负荷时，工作着的用电设备的容量与全部用电设备总容量的比值siK：同时工作设备的加权平均效率，它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wm：电网效率，它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0.9~0.95wm变压器选择：需用系数（取0.3~1），按以下两种情况计算：0.2860.714dxePKPxKA：单体支架各用电设备无一定顺序起动的一般机组工作面（见《手册》下册348页）：最大电动机的功率，kWdP变压器选择0.40.6dxePKP：需用系数（取0.3~1），按以下两种情况计算：xKB：自移式支架，各用电设备按一定顺序起动的机械化采煤工作面(综采)（见《手册》下册348页）：最大电动机的功率，kWdP井下用电设备的需用系数及平均功率因数表（见《手册》下册348页）井下负荷名称需用系数平均功率因数综采工作面0.4+0.60.7一般机组工作面0.286+0.7140.6~0.7炮采工作面(缓倾斜层)0.4~0.50.6炮采工作面(急倾斜煤层)0.5~0.60.7掘进工作面0.3~0.40.6架线电机车0.45~0.650.9蓄电池电机车0.80.9输送机0.50.7井底车场无主排水设备0.6~0.70.7有主排水设备0.6~0.70.7dePPcosxKdePPxexesKPKPSSKcoscos或变压器选择•视在功率计算公式（见《手册》下册348页）：同时系数一个变压器供给二个及以上工作面的电力负荷时需考虑同时系数：–当供给二个工作面时取0.95–当供给三个以上工作面时取0.9sK拟订供电系统图•确保供电可靠，力求设备最省•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•采区变电所前是否设置进线断路器•双回路供电•检漏继电器•容量大的设备就近电源•局扇的三专供电、闭锁系统……高压配电装置选择（一）按电气参数选择的原则：•型式应符合《规程》以及在国标《矿山电力装置设计规范》中的有关规定•额定电压应与井下高压网络的额定电压等级相符，即设备的额定电压不应小于其装设处的额定电压•开关柜组合方式及一次、二次线路方案•断流容量的校验高压配电装置选择（二）•断流容量，MVA：–由高开保护的最大三相短路电流计算的短路容量应小于矿用高开的额定断流容量–非矿用高开井下使用应取额定断流容量折半(3)3dsUI(3)dIU：工作电压，kV：三相最大稳态短路电流，kA井下高压电缆的选型与计算•井下高压电缆的选型与敷设要求（参考《规程》）–向移变供电的高压电缆，应选用矿用监视型高压双屏蔽橡套电缆•井下高压电缆的截面选择–按允许持续电流选择截面•井下高压电缆的截面校验–按经济电流密度选择截面–按短路时的热稳定性校验–按正常负荷和发生事故时的电压损失校验井下高压电缆的截面选择•下井主电缆的截面选择条件–考虑一回停止供电时其它下井主电缆应满足最大涌水量时的需要：按允许持续电流选择–考虑在正常涌水量，全部电缆投入运行时的需要：按经济电流密度选择–校验地面变电所母线（或下井电抗器的负荷端）发生三相短路时的热稳定性–校验正常负荷时的电压损失–校验当一回路发生事故时的电压损失井下高压电缆的截面选择•供采区变电所及单台设备电缆的截面选择–按允许持续电流选择：采区以最大持续负荷电流计算；单台设备以额定电流计算–校验电缆首端（即馈出变电所母线）发生三相短路时的热稳定性–校验正常负荷时的电压损失–校验当一电缆发生事故时的电压损失井下高压电缆的截面选择•按允许持续电流选择（同低压部分）cccKII≥ccIKcI：空气温度为25℃时电缆允许载流量，A：环境温度校正系数，25℃时取1，温度越高值越小，温度越低值越大：通过电缆的最大持续工作电流，A井下高压电缆的截面选择•按经济电流密度选择（见《手册》下册P349）cIAnJJncI：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井下高压电缆的截面选择•按经济电流密度选择（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井下高压电缆的截面选择•按电缆短路时的热稳定性1）热稳定系数法，适用于纸绝缘电缆（见《手册》下册P350）(3)dtAIC≥Ct(3)dI：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的截面选择假想时间t的选取：–电力系统容量超过150MVA，瞬时动作的井下中央变电所井下可取0.25s–地面馈出为0.5s时，井下中央变电所可取0.65s•按电缆短路时的热稳定性1）热稳定系数法，适用于纸绝缘电缆（见《手册》下册P350）井下高压电缆的截面选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允许最高温度(℃)120250120200热稳定系数93.415960.490•按电缆短路时的热稳定性1）热稳定系数法，适用于纸绝缘电缆（见《手册》下册P350）额定电压3~10(KV)井下高压电缆的截面选择•按电缆短路时的热稳定性2）电缆的允许短路电流法，适用于交联聚乙烯电缆（见《手册》下册P350）线芯长期允许工作温度–6~10KV电缆不得超过90℃–35KV不得超过80℃（聚乙烯为70℃）线芯短期过载温度–不得超过130℃，短期过载温度下运行时间全年不得超过100h线芯短路温度–不得超过250℃（聚乙烯为130℃），持续时间最长不超过2s井下高压电缆的截面选择•按电缆的电压损失校验电缆截面（见《手册》下册P352）公式同低压部分电压损失不得超过10%计算应从地面变电所算起至采区变电所母线止003)cILRcosXsin（00()xeeKPLRXtgUU低压防爆开关选择•依据《规程》，进入采区巷道的用电设备均需采用防爆型•满足额定电流、额定电压的要求•馈电用总开关和母线的分断开关•局部通风机、一般设备、远方控制和集中闭锁控制的开关•煤电钻用的变压器开关应选用综合保护器•需控制正、反转机械的开关采区低压电缆选择•低压电缆的型号及电压等级，要在符合《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加以确定•固定敷设的动力电缆应采用铠装铅包纸绝缘电缆、铠装聚氯乙烯绝缘电缆或不燃性橡胶电缆•移动式和手持式设备应使用专用的不燃性橡胶电缆采区低压电缆选择•选择使用带有分相屏蔽的橡胶绝缘屏蔽电缆•低压电缆严禁采用铝芯•动力用橡套软电缆一般选用四芯•信号电缆要按控制、信号、通信系统需求决定，并留有备用芯线•橡胶电缆的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼做其他用途一.）电缆截面选择•初选：–正常工作负荷电流应≤电缆允许持续电流•校验：–正常运行时，回路的电压损失应≤额定电压的7%~10%–距采区变电所最远、容量最大的电动机（如采煤机、工作面输送机等）启动时端电压应≥额定电压的75%–电缆末端的最小两相短路电流应≥馈电开关整定电流值的1.5倍电缆截面初选（一）•按允许持续电流（见《手册》下册370页）cccKII≥ccIKcI：空气温度为25℃时电缆允许载流量，A：环境温度校正系数，25℃时取1，温度越高值越小，温度越低值越大：用电设备持续工作电流，A结论：井下低温条件下电缆可承担高于允许载流量的持续工作电流电缆截面初选（二）•用电设备持续工作电流的计算：–两台及以下：取额定电流之和（额定电流计算公式）–采掘机械：取小时容量–三台及以上：使用需用系数计算，、的取值、含义同变压器，为持续工作电流，A（见《手册》下册370页）ecosP、10003xecseKPIKUcoscIxK正常运行时回路电压损失校验•回路总的电压损失（参考《手册》下册371页）bUUU：变压器电压损失：每段低压电缆电压损失bUU正常运行时回路电压损失校验•回路总的电压损失需满足：–10kV时，电压损失1000V–6kV时，电压损失600V–3.3kV时，电压损失265V–1140V时，电压损失117V–660V时，电压损失63V–380V时，电压损失39V正常运行时回路电压损失计算（一）•变压器电压损失（见《手册》下册371页）2()berxUUUcosUsin2eU,cossin：变压器负荷的功率因数及相对应的正弦值：变压器二次侧额定电压，V正常运行时回路电压损失计算（一）•变压器电压损失（见《手册》下册371页）2()berxUUUcosUsin：变压器的负荷系数2ceeISIScI2eI：正常运行时变压器低压侧的负荷电流，A：变压器低压侧的额定电流，A正常运行时回路电压损失计算（一）•变压器电压损失（见《手册》下册371页）2()berxUUUcosUsinSeS：所计算的电力负荷总的视在功率，kW：变压器的额定容量，kVA：变压器的负荷系数2ceeISIS正常运行时回路电压损失计算（一）•变压器电压损失（见《手册》下册371页）2()berxUUUcosUsinrU%10rePUS：变压器短路损耗，WPeS：变压器额定容量，kW：变压器在额定负荷时电阻压降百分数，%正常运行时回路