煤礦工作面供電設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、南京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文永固煤礦3414工作面供電設(shè)計(jì) 姓    名 孟 繁 光 學(xué)    院 南京工業(yè)大學(xué)專(zhuān)    業(yè) 電氣自動(dòng)化 摘 要本設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)了永固煤礦3414工作面的供電設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)過(guò)程主要包括負(fù)荷計(jì)算、電纜選型計(jì)算、電氣保護(hù)整定計(jì)算、供電方案等。通過(guò)對(duì)永固煤礦3414工作面的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，用需用系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，為電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn)提供了數(shù)據(jù)。根據(jù)煤礦供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，制定了3414工作面的供電方案。并根據(jù)電流整定值以及相關(guān)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，選擇了斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、繼電器、變壓器等電氣設(shè)備。關(guān)鍵字：負(fù)

2、荷計(jì)算; 電纜選型;供電方案;電氣保護(hù)目 錄一. 摘要2二. 概述4（一）設(shè)計(jì)依據(jù)4（二）設(shè)計(jì)目的及范圍4（三）礦井基礎(chǔ)資料4三. 供電方案5四. 電力負(fù)荷計(jì)算6（一）負(fù)荷計(jì)算的目的6（二）負(fù)荷計(jì)算的方法6（三）供電系統(tǒng)總電壓損失7五. 電纜選型10（一）工作電流10（二）按持續(xù)允許電流選擇電纜截面11（三）啟動(dòng)條件效驗(yàn)電纜截面11六. 電氣保護(hù)整定計(jì)算12工作面供電系統(tǒng)圖15致謝16參考文獻(xiàn)17二、概述本設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)本次設(shè)計(jì)鞏固所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力及實(shí)際工程設(shè)計(jì)的基本技能。電力是現(xiàn)代煤礦的動(dòng)力，首先應(yīng)該保證供電的可靠和安全，并做到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面合理的滿足生產(chǎn)的需要

3、。由于煤礦生產(chǎn)條件的特殊性，對(duì)供電系統(tǒng)有特殊的要求，尤其是煤礦工作面供電系統(tǒng)是整個(gè)煤礦供電的主心骨，對(duì)整個(gè)煤礦供電的安全，可靠，經(jīng)濟(jì)具有舉足輕重的作用。針對(duì)礦井負(fù)荷的用電要求，根據(jù)需要系數(shù)法進(jìn)行了負(fù)荷計(jì)算。按安裝地點(diǎn)、運(yùn)行環(huán)境和使用要求對(duì)電氣設(shè)備的規(guī)格型號(hào)進(jìn)行選擇，并對(duì)它們進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗(yàn)。（一）、設(shè)計(jì)依據(jù)1、中華人民共和國(guó)建設(shè)部及國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)布的礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范。2、電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣一次部分）。3、煤礦電工手冊(cè)。（二）、設(shè)計(jì)目的及范圍本設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)本次設(shè)計(jì)鞏固所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。本論文的設(shè)計(jì)范圍包括：（1）供電方案的選擇； （2）電力負(fù)荷

4、計(jì)算；（3）電纜選型；（4）電氣保護(hù)整定。（三）礦井基礎(chǔ)資料永固煤礦位于安徽省蕭縣境內(nèi)，行政區(qū)劃屬永固鎮(zhèn)，即閘河煤田中部：在蕭縣東南16 km。北以18勘探線為界，南至12勘探線。東起煤層露頭，西至向斜軸。礦區(qū)中心點(diǎn)坐標(biāo)為X=3769500，Y=39495700，面積3km2，開(kāi)采深度-50m至-500m，礦區(qū)地理坐標(biāo)：東經(jīng)116°5939，北緯34°0313。礦區(qū)內(nèi)有公路北通蕭縣、徐州，南至宿州，連霍、徐合高速公路在礦區(qū)的北側(cè)、東側(cè)經(jīng)過(guò)；鐵路有符夾線從礦區(qū)西邊通過(guò)，并與隴海線、津浦線相連，交通十分便利。礦區(qū)位于閘河平原，地勢(shì)平坦，地面標(biāo)高為3237.60m，由西向東逐漸增

5、高，過(guò)渡到皇藏峪復(fù)式背斜，即平原與低山的分界，東西兩側(cè)為千山相山山脈，一般海拔在200350m，礦區(qū)西北側(cè)及西部有閘河由北向南流過(guò)。永固煤礦是華潤(rùn)天能徐州煤電有限公司和蕭縣人民政府聯(lián)辦的國(guó)有煤礦。1987年2月20日破土興建，1990年12月24日建成投產(chǎn)。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力9萬(wàn)噸/年，2007年經(jīng)安徽省經(jīng)濟(jì)委員會(huì)及安徽省煤炭安全監(jiān)察局核定生產(chǎn)能力為18萬(wàn)噸/年。礦井采用三路6kv電源供電，一、二路電源來(lái)自淮北礦務(wù)局石臺(tái)煤礦35kv變電所兩段不同的6kv母線 ，線路長(zhǎng)度均為5.8km。一回路主供井下；二回路帶電熱備用；三回路來(lái)自永固35KV變電所，線路長(zhǎng)度1.5km，三回路主供地面。通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)三路

6、電源均能獨(dú)立擔(dān)負(fù)全礦井負(fù)荷。礦井現(xiàn)有六個(gè)固定變電所，即地面變電所、150變電所、中央采區(qū)300變電所、南翼采區(qū)300變電所、450變電所、341采區(qū)變電所。入井高壓為6kv，井下中央變電所均為兩路電源供電。礦井抽風(fēng)機(jī)、主提升機(jī)、主排水泵等重要負(fù)荷均采用雙回路供電。井下采掘工作面供電電壓為660V，采掘工作面采用專(zhuān)用線路供電，局扇另設(shè)一條備用電源，工作面主局扇電源和備用局扇電源分別由不同的變壓器供電。工作面供電均設(shè)有風(fēng)電閉鎖（使用局扇的工作面）和瓦斯電閉鎖裝置，局扇開(kāi)關(guān)全部配置主備自換開(kāi)關(guān)，當(dāng)其中一路停電時(shí)可自動(dòng)切換到另一路供風(fēng)，保證工作面供風(fēng)不中斷。三、供電方案：工作面溜子道設(shè)備：信號(hào)綜保、皮

7、帶機(jī)、22kW溜子、40 kW溜子、11.4絞車(chē)電源，由341采區(qū)變電所變壓器66號(hào)饋電開(kāi)關(guān)提供。在341皮帶運(yùn)輸巷處（進(jìn)風(fēng)側(cè)）安裝一臺(tái)真空開(kāi)關(guān)作為電源開(kāi)關(guān)，并兼作瓦斯電閉鎖開(kāi)關(guān)。工作面材料道設(shè)備：乳化泵、潛水泵、11.4絞車(chē)電源，由341采區(qū)變電所變壓器65號(hào)饋電開(kāi)關(guān)提供。在341皮帶運(yùn)輸巷處（進(jìn)風(fēng)側(cè)）安裝一臺(tái)真空開(kāi)關(guān)作為電源開(kāi)關(guān)，并兼作瓦斯電閉鎖開(kāi)關(guān)。供電電壓等級(jí)均為660V。供電線路長(zhǎng)度：溜子道電源線路：干線長(zhǎng)度：150m，支線長(zhǎng)度（最遠(yuǎn)）：510m材料道電源線路：干線長(zhǎng)度：150m，支線長(zhǎng)度（最遠(yuǎn)）：780m電纜敷設(shè)路線：溜子道電源線路：-341采區(qū)變電所-341皮帶運(yùn)輸巷（斷路）-工

8、作面溜子道材料道電源線路：-341采區(qū)變電所-341皮帶運(yùn)輸巷（斷路）-工作面材料道四、電力負(fù)荷計(jì)算（一）負(fù)荷計(jì)算的目的：為一個(gè)企業(yè)或用電戶(hù)電，首先要解決的是企業(yè)要用多少度電，或選用多大容量的變壓器等問(wèn)題，這就需要進(jìn)行負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)合計(jì)算，為正確地選擇變壓器容量與無(wú)功補(bǔ)償裝置、選擇電氣設(shè)備與導(dǎo)線、以及繼電器保護(hù)的整定等提供技術(shù)參數(shù)。負(fù)荷計(jì)算的目的是為了解用電情況，合理選擇供配電系統(tǒng)的設(shè)備和元件，如導(dǎo)線、電纜、變壓器等。負(fù)荷計(jì)算過(guò)小，則依此選用的設(shè)備和載流部分有過(guò)熱的危險(xiǎn)，輕者使線路和配電設(shè)備壽命降低，重者影響供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。負(fù)荷計(jì)算偏大，則造成設(shè)備的浪費(fèi)和投資的增大。為此，正確的負(fù)荷計(jì)算是供電

9、設(shè)計(jì)的前提，也是實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要手段。（二）負(fù)荷計(jì)算的方法：供電設(shè)計(jì)常用的電力負(fù)荷計(jì)算方法有需用系數(shù)法、二項(xiàng)系數(shù)法、利用系數(shù)法、和單位產(chǎn)品電耗法等。需用系數(shù)法計(jì)算簡(jiǎn)便，對(duì)任何性質(zhì)的企業(yè)負(fù)荷均適用，且計(jì)算結(jié)果基本上符合實(shí)際。公式簡(jiǎn)單，計(jì)算方便只用一個(gè)原始公式就可以表征普遍的計(jì)算方法。該公式對(duì)用電設(shè)備組、車(chē)間變電站乃至一個(gè)企業(yè)變電站的負(fù)荷計(jì)算都適用。對(duì)不同性質(zhì)的用電設(shè)備、不同車(chē)間或企業(yè)的需用系數(shù)值，經(jīng)過(guò)幾十年的統(tǒng)計(jì)和積累，數(shù)值比較完整和準(zhǔn)確，查取方便，因而為我國(guó)設(shè)計(jì)部門(mén)廣泛采用。溜子道電源：表4-1電力負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表設(shè)備名稱(chēng)規(guī)格型號(hào) 數(shù)量 備 用 電機(jī)功率（kW） 額定電壓（V）皮帶D

10、ST-50-22366660皮帶DST-50-7.5215660溜子SGB-420/22122660溜子SGB-420/40140660信號(hào)綜保ZBZ-4.0MII14660絞車(chē) JD-11.4311.4660合計(jì)158.4（取需用系數(shù)Kx=0.6 Cos=0.6 ）則：P=Kx×p=0.6×158.4=95kW材料道線路：表4-2電力負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表 設(shè)備名稱(chēng)規(guī)格型號(hào) 數(shù)量 備 用 電機(jī)功率（kW） 額定電壓（V）信號(hào)綜保ZBZ-4.0MII14660絞車(chē) JD-11.4311.4660乳化泵BRW125/31.5X2137660潛水泵BQS50/25/7.5N17.5660合

11、計(jì)59.5（取需用系數(shù)Kx=0.6 Cos=0.6 ）則：P=Kx×p=0.6×59.5=35.94kW（三）供電系統(tǒng)總電壓損失：1、溜子道電源：a、變壓器的電壓損失U變變壓器的電壓損失計(jì)算UB=S/Se(Ur% cospj+Uxsinpj)式中：S變壓器二次側(cè)實(shí)際負(fù)荷容量之和，KVA；Se變壓器額定容量；Ur%變壓器額定負(fù)荷時(shí)，電阻壓降百分?jǐn)?shù)；Ux變壓器額定負(fù)荷時(shí)，電抗壓降百分?jǐn)?shù)。式中：Pd變壓器短路損耗。式中：Ud%變壓器額定負(fù)荷時(shí),阻抗壓降百分?jǐn)?shù)。式中：U2e變壓器二次側(cè)額定電壓。對(duì)KBSG2-T-315/6型變壓器的電壓損失為KBSG2-T-315/6型變壓器短路損

12、耗Pd=2200W, 變壓器額定負(fù)荷時(shí)，阻抗壓降百分?jǐn)?shù)Ud%=4。 取cospj=0.6, sinpj=0.8Ur%=UB=(Ur% cospj+Uxsinpj)=0.51×（0.69×0.63.94×0.8）=1.8186=690×b、干線電纜的電壓損失U干干線電纜中的電壓損失值的計(jì)算UG=式中：SG-干線電纜導(dǎo)線截面，mm2；LG-干線電纜長(zhǎng)度，m；Pe-電纜負(fù)荷的總額定功率，kW；-電導(dǎo)率m/mm2。UG=c、支線電纜的電壓損失U支 支線電纜中的電壓損失值的計(jì)算UZ=式中：SZ電纜導(dǎo)線截面，mm2；LZ支線電纜長(zhǎng)度，m；PZ電動(dòng)機(jī)的額定功率，kW；

13、Kf負(fù)荷率；d電動(dòng)機(jī)效率。UZ=Vd、總電壓損失UU=UB+UG+UZ12.51025=47.5V660V供電系統(tǒng)中允許電壓損失96V。即：UY=U2e-0.9Ue=690-0.9×660=96VU=47.5V<UY=96V故本線路的電纜選擇合格,能夠滿足運(yùn)行要求。2材料道電源：a、變壓器的電壓損失U變變壓器的電壓損失計(jì)算UB=S/Se(Ur% cospj+Uxsinpj)式中：S變壓器二次側(cè)實(shí)際負(fù)荷容量之和，KVA；Se變壓器額定容量；Ur%變壓器額定負(fù)荷時(shí)，電阻壓降百分?jǐn)?shù)；Ux變壓器額定負(fù)荷時(shí)，電抗壓降百分?jǐn)?shù)。式中：Pd變壓器短路損耗。式中：Ud%變壓器額定負(fù)荷時(shí),阻抗壓降

14、百分?jǐn)?shù)。式中：U2e變壓器二次側(cè)額定電壓。對(duì)KBSG2-T-315/6型變壓器的電壓損失為KBSG2-T-315/6型變壓器短路損耗Pd=2200W, 變壓器額定負(fù)荷時(shí)，阻抗壓降百分?jǐn)?shù)Ud%=4。 取cospj=0.6, sinpj=0.8Ur%=UB=(Ur% cospj+Uxsinpj)=0.51×（0.69×0.63.94×0.8）=1.8186=690×b、干線電纜的電壓損失U干干線電纜中的電壓損失值的計(jì)算UG=式中：SG-干線電纜導(dǎo)線截面，mm2；LG-干線電纜長(zhǎng)度，m；Pe-電纜負(fù)荷的總額定功率，KW；-電導(dǎo)率m/mm2。UG=c、支線電纜的

15、電壓損失U支 支線電纜中的電壓損失值的計(jì)算UZ=式中：SZ電纜導(dǎo)線截面，mm2；LZ支線電纜長(zhǎng)度，m；PZ電動(dòng)機(jī)的額定功率，KW；Kf負(fù)荷率；d電動(dòng)機(jī)效率。UZ=Vd、總電壓損失UU=UB+UG+UZ12.56.330.6=49.4V660V供電系統(tǒng)中允許電壓損失96V。即：UY=U2e-0.9Ue=690-0.9×660=96VU=49.4V<UY=96V故本線路的電纜選擇合格,能夠滿足運(yùn)行要求。五、電纜選型計(jì)算（一） 工作電流：A溜子道電源：Ig = P×1000/（1.732×Un×Cos ） =95×1000 / 1.732

16、15;660×0.6 =138AB材料道電源：Ig = P×1000/（1.732×Un×Cos ） =58.7×1000 / 1.732×660×0.6 =86A（二）按持續(xù)允許電流選擇電纜截面：表5-1橡套電纜長(zhǎng)時(shí)允許負(fù)荷電流表芯線截面mm246101625355070長(zhǎng)期允許電流A36466485113138173215根據(jù)長(zhǎng)期允許電流及我礦現(xiàn)有電纜情況，以及今后負(fù)荷變化。選擇50mm2非延燃型礦用橡套電纜作為干線電纜和支線電纜。（其長(zhǎng)期允許電流為173A）能夠滿足要求。（三）啟動(dòng)條件效驗(yàn)電纜截面溜子道電源：（按最遠(yuǎn)處

17、溜子啟動(dòng)，其它設(shè)備同時(shí)運(yùn)行時(shí)計(jì)算） 確定電機(jī)的最小電壓?jiǎn)?dòng)電流 查煤礦電工手冊(cè)表10-5-8得=MQe/Me=2.7 K=1.3 則：最小啟動(dòng)電壓為UQZX=Ue×K/=458V 最小電壓?jiǎn)?dòng)電流為： IQZX = IQe × UQZX / Ue =40×6×458/660=166A 啟動(dòng)電流在各段中的電壓損失 a、干線中電壓損失UQ干= 3 × I QZX × L干×Cos/（×S干） =1.732×166×150×0.6/（42.5×50） =12Vb、支線中的電壓損失：

18、UQ支= 1.732 ×I QZX × L支×Cos/（×S支） =1.732×166×780×0.6/（42.5×50） =63V最遠(yuǎn)一部溜子啟動(dòng)，其余設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的實(shí)際啟動(dòng)電壓為：UQ=U e-UQ=660-47.5-12-63=537.5V458V 合格材料道電源：（按最遠(yuǎn)處乳化泵啟動(dòng)，其它設(shè)備同時(shí)運(yùn)行時(shí)計(jì)算）確定電機(jī)的最小電壓?jiǎn)?dòng)電流 查煤礦電工手冊(cè)表10-5-8得=MQe/Me=2.7 K=1.3 則：最小啟動(dòng)電壓為UQZX=Ue×K/=458V 最小電壓?jiǎn)?dòng)電流為： IQZX = IQe &

19、#215; UQZX / Ue =75×6×458/660=312A 啟動(dòng)電流在各段中的電壓損失 a、干線中電壓損失UQ干= 3 × I QZX × L干×Cos/（×S干） =1.732×312×150×0.6/（42.5×50） =22Vb、支線中的電壓損失：UQ支= 1.732 ×I QZX × L支×Cos/（×S支） =1.732×312×200×0.6/（42.5×50） =30V最遠(yuǎn)一部溜子啟動(dòng)，其余設(shè)

20、備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的實(shí)際啟動(dòng)電壓為：UQ=U e-UQ=660-49.4-22-30=558.6V458V 合格六、電氣保護(hù)整定計(jì)算溜子道電源：1、工作面斷路開(kāi)關(guān)處的兩相短路電流I（2）da電纜的實(shí)際長(zhǎng)度： 150米50mm2，折算長(zhǎng)度為150米。b查表得兩相短路電流為：I（2）d =3380A2、工作面最后一臺(tái)設(shè)備處兩相短路電流I（2）da電纜的實(shí)際長(zhǎng)度：干線150米50mm2；支線電纜780米50mm2（折算長(zhǎng)度為930米）b查表得兩相短路電流為：I（2）d =777A3、變電所內(nèi)3414溜子道電源饋電開(kāi)關(guān)（66號(hào)）饋電開(kāi)關(guān)整定計(jì)算：Ie=124A 取變電所內(nèi)饋電開(kāi)關(guān) 過(guò)載整定值為：160A 短

21、路整定值為：800A 靈敏效驗(yàn)：K=3380/800=4.221.5 合格4、工作面斷路開(kāi)關(guān)整定計(jì)算：已知：Ie=124A IzIeI（2）d/8 Iz1.2靈敏效驗(yàn)：777/8*80=1.21合格取斷路開(kāi)關(guān)整定值為：80A 序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)整定值（A）備注1工作面斷路開(kāi)關(guān)802DST-50-22皮帶機(jī)243DST-50-7.5皮帶機(jī)94SGB-420/22溜子245SGB-420/40溜子486ZXZ-4.0MII信號(hào)綜保97JD-11.4絞車(chē)13表6-1溜子道電氣設(shè)備整定表5、材料道電源：斷路開(kāi)關(guān)處的兩相短路電流I（2）da電纜的實(shí)際長(zhǎng)度： 150米50mm2，折算長(zhǎng)度為150米。b查表得兩相

22、短路電流為：I（2）d =3380A材料道最后一臺(tái)設(shè)備處兩相短路電流I（2）da電纜的實(shí)際長(zhǎng)度：干線150米50mm2；支線電纜510米50mm2（折算長(zhǎng)度為660米）b查表得兩相短路電流為：I（2）d =1056A變電所內(nèi)3414材料道電源饋電開(kāi)關(guān)（65號(hào)）饋電開(kāi)關(guān)整定計(jì)算：Ie=100A 取變電所內(nèi)饋電開(kāi)關(guān)過(guò)載整定值為：120A 短路整定值為：800A 靈敏效驗(yàn)：K=3380/800=4.21.5 合格斷路開(kāi)關(guān)整定計(jì)算：已知：Ie=100A IzIeI（2）d/8 Iz1.2靈敏效驗(yàn)：1056/8*100=1.32合格取斷路開(kāi)關(guān)整定值為：100A序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)整定值（A）備注1材料道斷路開(kāi)關(guān)1002ZXZ-4.0MII信號(hào)綜保93JD-11.4絞車(chē)134BQS50/25/7.5N潛水泵95BRW125/31.5X乳化泵44表6-2材料道電氣設(shè)備整定表圖1工作面供電系統(tǒng)圖致 謝在本論文設(shè)計(jì)過(guò)程中我的指導(dǎo)老師給予了悉心的指導(dǎo)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，他給予了我極大的指導(dǎo)和幫助，為我指明了方向，他那認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)、誨人不倦的精神風(fēng)范、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度給了我很大的鼓舞和激勵(lì)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)我不僅對(duì)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)知識(shí)有了一次系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，鞏固了我三年來(lái)所學(xué)的各門(mén)學(xué)科的知識(shí)，而且也真切感受到了老師的學(xué)識(shí)淵博以及老師