某煤矿井下采区变电所供电系统设计

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煤矿采区供电设计所需原始资料

煤矿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。

煤矿采区供电设计供电系统的拟定

拟定采区供电系统，就是确定变电所内高、低压开关和输电线路及控制开关的数量。在拟定供电系统时，应考虑以下原则：

(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。 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。 煤矿采区供电设计低压电缆的选择

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 1.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：

(1)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。

(2)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。

(3)采区低压电缆严禁采用铝芯。

(4)电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体。

(5)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7-6～表7-7。 2.确定电缆的芯线数目

(1)干线用的铠装电缆选三芯电缆，非铠装电缆选用四芯电缆。

(2)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。

(3)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。

3.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(7-8)计算。即

Ｌ＝ＫｍＬｍ（7-8）

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：

(1)移动设备的电缆，须增加机头部分活动长度3m～5m余量。 (2)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

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。

在按上述条件选择低压电缆主芯线的截面时，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。选择干线电缆主芯线截面时，如干线电缆不长，应先按电缆的允许持续电流初选；当干线电缆较长时，应先按正常时的允许电压损失初选；然后再按其他条件校验。

某煤矿供电系统设计计算示例之一 一、供电系统的拟定

1、地面主供电线路（详见供电系统图）

根据《煤矿规程》第四百四十一条规定，结合某煤矿的实际情况，现拟定矿井供电线路为两条，一是由某地（1）变电站向某煤矿地面配电室输送的6KV供电线路；二是由某地（2）变电站向某煤矿地面配电室输送的6KV供电线路。

2、矿井主供电线路详见供电系统图）

根据《煤矿规程》第四百四十一条规定，结合五一煤矿的实际情况，现拟定矿井供电线路为两条，

第一条：采用ZLQ50mm2铠装电缆从地面10KV站向+510中央变电所供6000V电源，电缆长度为1200m。

第二条：采用ZLQ35mm2铠装电缆从地面10KV站向+350中央变电所供6000V电源，电缆长度为1700m。

第三条：采用ZLQ35mm2铠装电缆从地面10KV站向+200中央变电所供6000V电源，电缆长度为2200m；从+200中央变电所采用VUZ35mm2铠装电缆向南翼采区变电所供6000V电源，电缆长度为2300m。 3、联络电缆供电情况：

+510水平中央变电所与+350水平中央变电所联络供电采用ZLQ35mm2铠装电缆，电缆长度为500m；+350水平中央变电所与+200水平中央变电所的联络供电采用ZLQ35mm2铠装电缆，电缆长度为500m。

二、各中央变电所变压器容量的计算 1、+510中央变电所变压容量的计算 P510=ΣPeKx÷Cosψpj 其中ΣPe=P1+P2+P3， P1=130KW为2m绞车负荷； P2=75KW为1.2m人车负荷； P3=30KW为照明等其它负荷。则

ΣPe=130+75+30=255KW；Kx=0.7，Cosψpj=0.7 P510=235×0.7÷0.7 =235KVA＞180KVA。

由于考虑到1.2m绞车是专提升人员用，故该变电所采用两台变压器分别向2m绞车和1.2m绞车供电。即一台180KVA和一台100KVA的变压器。因此完全能够满足生产需要。

2、目前+350水平中央变电所变压器容量的计算 P350前=ΣPeKx÷Cosψpj 其中ΣPe=P1+P2+P3+P4+P5，

P1=250KW为D280×43×5的主排水泵负荷； P2=155KW为150D30×7排水泵的负荷； P3=130KW为压风机负荷； P4=110KW为1.6m人车负荷；

P5=15×2=30KW为充电设备及照明等其它负荷；则 ΣPe=250+155+130+110+30=675KW；Kx=0.85，Cosψpj=0.8 P350前=675×0.85÷0.8 =717.8KVA。

由于该中央变电所，目前有比较多的大容量设备，因此，选用三变压器，两台320KVA和一台200KVA的变压器。其中一台320KVA的变压器供200D43×5的水泵250KW电动机的电；另一台320KVA的变压器供压风机130KW和1.6m人车130KW电动机的电；一台200KVA的变压器供两台150D30×7的水泵155KW电动机的电，两台水泵一台排水，一台备用。

3、南翼投产后+350中央变电所变压器的容量计算

由于南翼投产后两台压风机已搬至南翼采区变电所，因此，+350中央变电所的负荷发生变化，其变化后的情况如下：

P350后=ΣPeKx÷Cosψpj 其中ΣPe=P1+P2+P3+P4，

P1=250KW为D280×43×5的主排水泵负荷； P2=155KW为150D30×7的排水泵负荷； P3=110KW1.6m人车负荷；

P4=15×2=30KW为充电设备及照明等其它负荷；则 ΣPe=250+155+110+30=545KW；Kx=0.85，Cosψpj=0.8 P350后=545×0.85÷0.8 =579KVA。

由于该中央变电所有比较多的大容量设备，而且又有主排水设备，因此，选用两台320KVA变压器。其中一台320KVA的变压器供200D43×5的水泵250KW电动机的电；另一台320KVA的变压器供1.6m人车110KW电动机的电和两台150D30×7的水泵155KW电动机的电；两台水泵一台排水，一台备用。

4、+200水平中央变电所变压器容量的计算 P200=ΣPeKx÷Cosψpj 其中ΣPe=P1+P2+P3，

P1=250KW为D280×43×5的主排水泵负荷； P2=155KW为150D30×7的排水泵负荷； P3=70KW为充电设备及照明等其它负荷；则 ΣPe=250+155+70=475KW；Kx=0.85，Cosψpj=0.8 P200=475×0.85÷0.8 =504.7KVA。

由于该中央变电所担负着南翼主排水任务。因此，选用两台315KVA变压器，其中一台315KVA的变压器供200D43×5的水泵250KW电动机的电；另一台315KVA的变压器供两台150D30×7的水泵155KW电动机的电，两台水泵一台排水，一台备用。 5、南翼采区变电所变压器容量的计算 P南翼=ΣPeKx÷Cosψpj 其中ΣPe=P1+P2+P3+P4+P5+P6， P1=130KW为压风机负荷；

P2=40×2=80KW为两个采煤工作面40型电刮板运输机的负荷； P3=30×2=60KW为两个采煤工作面泵站的负荷；

P4=17×2=34KW为两个掘进碛头装岩机的负荷； P5=25×2=50KW为两个掘进碛头内齿轮绞车的负荷；

P6=70KW为各工作面和掘进碛头的干变、水泵、煤电钻、局扇以及硐室照明等其它负荷；则

ΣPe=130+88+60+34+50+70=432KW；Kx=0.7，Cosψpj=0.8 P南翼=432×0.7÷0.8 P南翼=378KVA。

由于该采区变电所担负着南翼主生产任务。因此，选用一台320KVA变压器和一台180KVA的变压器，320KVA的变压器供压风机及充电设备的电；180KVA的变压器供两个掘进碛头和采煤工作面所有设备的电。

三、按经济电流密度校验各主输电电缆载面 1、+510中央变电所主输电电缆截面的校验 ①、+510中央变所两台压器无功功率的计算 Q510=Q1+Q2

Q1=I0%×Pe÷100+ux%×Pe（P÷Pe）2÷100式中：I0%=6，Pe=180，ux%=4.5，P=130

Q1=6×180÷100+4.5×180（130÷180）2÷100 =10.8+4.225 =15.025

Q2=I0%×Pe÷100+ux%×Pe（P÷Pe）2÷100 式中：I0%=6，ux%=4.5，P=75

Q2=6×100÷100+4.5×100（75÷100）2÷100 =6+2.53 =8.53 Q510=Q1+Q2 =15.025+8.53 =23.56(千乏)

②、计算+510中央变电所的最大长时负荷电流

Ig510=√(P5102+Q5102 )÷(√3 ×U ) 式中:P510=235KW，Q510=23.56千乏, U=6

Ig510 =√(2352+23.562)÷(√3 ×6)

Pe=100，

=236 ÷10.39 =22.7(A)

③、按经济电流密度校验电缆截面

S510=Ig510÷Jn式中：Ig510=22.7A，Jn=1.15 S510=22.7÷1.15 =19.7(A)

根据计算电流19.7A查电工手册可选取电缆截面为10mm2电缆，允许电流为65A，而现使用的电缆截面为50mm2，允许电流为135A，能继续使用，但不经济。

2、目前+350中央变电所主输电电缆截面的校验 ①、+350中央变所三台压器无功功率的计算 Q350前=Q1+Q2+Q3

Q1=I0%×Pe÷100+ux%×Pe（P÷Pe）2÷100 式中：I0%=5.5， Pe=320，ux%=4.5，P=310

Q1=5.5×320÷100+4.5×320（310÷320）2÷100 =17.6+13.5

=31.1

Q2=I0%×Pe÷100+ux%×Pe（P÷Pe）2÷100 式中：I0%=5.5， Pe=320，ux%=4.5，P=260

Q2=5.5×320÷100+4.5×320（260÷320）2÷100 =17.6+13.5 =31.1

Q3=I0%×Pe÷100+ux%×Pe（P÷Pe）2÷100 式中：I0%=5.5， Pe=200，ux%=4.5，P=185

Q3=5.5×200÷100+4.5×200（185÷200）2÷100 =11+7.7 =18.7

Q350前=Q1+Q2+Q3 =31.1+31.1+18.7 =80.9(千乏)

②、计算目前+350中央变电所的最大长时负荷电流

Ig350前=√(P350前2+Q350前2)÷(√3×U)式中:P350前=717.8KW， Q350前=80.9千乏, U=6

Ig350前=√(717.82+80.92)÷(√3×6) =69.52(A)

③、按经济电流密度校验电缆截面

S350前=Ig350前÷Jn式中：Ig350前=69.52A，Jn=1.15 S350前=69.52÷1.15 =60.5(A)

根据计算电流60.5A查电工手册可选取电缆截面为16mm2电缆，允许电流为65A,而现使用的电缆截面为35mm2，允许电流为105A,能继续使用,但不经济。

3、南翼投产后+350中央变电所主输电电缆截面的校验 ①、南翼投产后+350中央变所二台压器无功功率的计算 Q350后=Q1+Q2

Q1=I0%×Pe÷100+ux%×Pe（P÷Pe）2÷100 式中：I0%=5.5，

Pe=320，ux%=4.5，P=280

Q1=5.5×320÷100+4.5×320（280÷320）2÷100 =17.6+11 =28.6

Q2=I0%×Pe÷100+ux%×Pe（P÷Pe）2÷100 式中：I0%=5.5， Pe=320，ux%=4.5，P=260

Q2=5.5×320÷100+4.5×320（260÷320）2÷100 =17.6+13.5 =31.1 Q350后=Q1+Q2 =28.6+31.1 =59.7(千乏)

②、计算投产后+350中央变电所的最大长时负荷电流

Ig350后=√(P350后2+Q350后2)÷(√3×U)式中:P350后=579KW， Q350后=59.7千乏,

U=6

Ig350后=√(5792+59.72)÷(√3×6) =56(A)

③、按经济电流密度校验电缆截面

S350后=Ig350后÷Jn式中：Ig350后=56A，Jn=1.15 S350后=56÷1.15 =48.7(A)

根据计算电流48.7A查电工手册可选取电缆截面为16mm2电缆，允许电流为65A,而现使用的电缆截面为35mm2，允许电流为105A,能继续使用,但不经济。

4、南翼投产后采区变电所主输电电缆截面的校验 ①、南翼投产后采区变所二台压器无功功率的计算 Q南=Q1+Q2

Q1=I0%×Pe÷100+ux%×Pe（P÷Pe）2÷100 式中：I0%=5.5， Pe=320，ux%=4.5，P=250

Q1=5.5×320÷100+4.5×320（250÷320）2÷100

=17.6+8.8 =26.4

Q2=I0%×Pe÷100+ux%×Pe（P÷Pe）2÷100 式中：I0%=5.5， Pe=180，ux%=4.5，P=174

Q2=5.5×180÷100+4.5×180（174÷180）2÷100 =9.9+7.5 =17.4 Q南=Q1+Q2 =26.4+17.4 =43.8(千乏)

②、计算南翼投产后采区变电所的最大长时负荷电流 Ig南=√(P南2+Q南2)÷(√3×U)式中:P南=378KW， Q南=43.8千乏, U=6

Ig南=√(3782+43.82)÷(√3×6)

=380.5÷10.39 =36.6(A)

③、按经济电流密度校验电缆截面

S南=Ig350后÷Jn式中：Ig南=36.6A，Jn=1.15 S南=36.6÷1.15 =31.8(A)

根据计算电流31.8A查电工手册可选取电缆截面为10mm2电缆，允许电流为48A，而现使用的电缆截面为35mm2，允许电流为105A,能继续使用，但不经济。

5、南翼投产后+200中央变电所主输电电缆截面的校验 ①、南翼投产后+350中央变所二台压器无功功率的计算 Q200=Q1+Q2

Q1=I0%×Pe÷100+ux%×Pe（P÷Pe）2÷100 式中：I0%=5.5， Pe=320，ux%=4.5，P=250

Q1=5.5×320÷100+4.5×320（250÷320）2÷100 =17.6+8.8

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