供电系统设计

第六部份供电系统设计

一、概述：

本设计共分五部分，分别是：1）变压器容量的选择。2）低压电缆截面的选择。3）开关的选择。4）整定校验的计算。5）附加图纸说明。根据本工作面的所用设备的功率及沿线的排水负荷和主运输系统的负荷来确定整个系统的总负荷。总负荷大约为1366.614KW。其中工作面负荷为862KW；运输系统负荷为254.614 KW；专用风机负荷为118KW；备用风机负荷为

132KW。

二、变压器的选择：

为了便于操作工作面的动力设备及主运输系统中的各部胶带机和沿线的排水设施。特将变压器分开选择：工作面配电点变压器的选择；各部胶带机和沿线排水设施配电点变压器的选择。

1)工作面负荷变压器的的选择;

变压器选择是否合适，对采区安全生产影响极大，若变压器容量偏小，将使工作机械不能正常运转；若变压器容量过大，势必造成设备投资的浪费。所以采区供电负荷一般采用需用的系数法进行计算，并用下列公式确定变压器的容量：

S B= （KVA）

S B——变压器计算容量（KVA）

——由该变压器供电的设备总功率（KW）

K X——需用系数

COSφdj——加权平均功率因

数

查相关资料，所选参数按一般机械化工作面选择：COSφ=0.6 K=0.5

根据公式：S B= ＝＝718.33KVA

由以上计算可选变压器容量为S B=800KVA;变压器的变比为

1140/10KV=0.114,KBSGZY-1250/10型移动变电站。

2）各部胶带输送机配电点变压器的选择

故运输系统采用多部胶带输送机共同完成运输任务的。现以任一部胶带输送机配电点为例进行计算并选择移变。

胶带输送机配电点负荷分布为：驱动电机为254.614KW；排水负荷估计为4KW（预计为15台4KW排水泵）.

根据公式：S B= ＝=290.98KVA

式中的K X=0.8；COSφdj=0.7

由以上计算可选变压器容量为S B=800KVA；变压器变比为

0.66/10KV=0.066,KBSGZY-800/10型移动变电站。

3）专用风机配电点变压器的选择

由于胶运巷工作面长度达1942米。供风系统采用专用变压器和备用变压器完成通风任务。现就专用风机配电点进行计算并选择移变。

专用风机配电点负荷分布为：专用风机有一套是2*15KW,还有两套是2*22KW。

根据公式：S B= ＝=196.6KVA

式中的COSφdj=0.6

由以上计算可选变压器容量为S B=315KVA；变压器变比为

0.66/10KV=0.066,KBSGZY-315/10型移动变电站。

4）备用风机配电点变压器的选择

由于胶运巷工作面长度达1992.7米。供风系统采用专用变压器和备用变压器完成通风任务。现就备用风机配电点进行计算并选择移变。

备用风机配电点负荷分布为：备用风机有三套是2*22KW。

根据公式：S B= ＝=220 KVA

式中的COSφdj=0.6

由以上计算可选变压器容量为S B=315KVA；变压器变比为

0.66/10KV=0.066,KBSGZY-315/10型移动变电

站。

三、低压电缆的选择

电缆芯线具有一定的阻抗，电流流过电缆会产生电压降，并使电缆发热。为了满足使用要求，并保证电缆本身正常工作，在确定低压电缆截面时，应按下列四条原则进行选择。

1.在正常工作时，电缆芯线的实际温升不超过绝缘所允许的最高温升，否则电缆将因过热而大大缩短其使用寿

命。

2.正常运行时，电缆网路实际电压损失必须小于或等于网路所允许的电压损失。

3.鼠笼电动机起动时，起动电流很大，使电缆线路电压损失增大，尤其当大容量电动机起动时，影响更为显著。

4.电缆的机械强度必须符合要求。

1）连续采煤机供电电缆的选择

由于连续采煤机属于移动设备，所以其随机电缆截面必须满足机械强度的要求。根据下表选择电缆的截面：

表1 橡套电缆机械强度要求的最小截面

由上表可以确定连续采煤机的随机电缆截面积在50-95mm2进行选择。

＝＝A＝245.05A

式中I g---实际流过电缆的工作电流

P---所供负荷的计算功率，KW;

K x---需用系数；V e——电网额定电压，V；

COSφ——平均功率因数，一般为0.6－0.8。

从橡套电缆长时允许负荷电流表中可查得95mm2的橡套电缆长时允许负荷电流为300A。按经济电流法计算，即实际流过电缆的工作电流必须小于或等于所允许的长时负荷电流。

I g≤I y

I g——实际流过电缆的工作电流，A；

I y——电缆长时允许负荷电流，A。

从上述计算过程中可得出：

I g＝245.05A≤I y＝300A

为保证采煤机的截割头的端电压不低于额定电压的95％，按允许电压损失的大小对所选电缆进行校验。

A、1140V供电系统允许的电压损失

1140V供电网线路末端的最低电压U min为1083V，允许电压损失△U Y为117V。

B、1140供电网的实际电压损失

△U网＝△U B+△U L=18.4+52=70.4V＜117V

所以所选电缆符合要求。

2）给料破碎机电缆的选择

从表1中，可知给料破碎机电缆截面可在25-50 mm2进行选择。

＝＝＝93.98A

从橡套电缆长时允许负荷电流表中可查得50mm2的橡套电缆长时允许负荷电流为173A。按经济电流法校验，即实际流过电缆的工作电流必须小于或等于所允许的长时负荷电流。

I g≤I y

I g——实际流过电缆的工作电流，A；

I y——电缆长时允许负荷电流，A。

从上述计算过程中可得出：

I g＝9398A≤I y＝173A

从上述计算过程中，可知所选的50mm2的橡套电缆符合要求。

3）锚杆机随机电缆的选择

从表1中，可知锚杆机随机电缆截面可在16-25 mm2进行选择。

＝＝＝75.97A

从橡套电缆长时允许负荷电流表中可查得16mm2的橡套电缆长时允许负荷电流为85A。按经济电流法校验，即实际流过电缆的工作电流必须小于或等于所允许的长时负荷电流。

I g≤I y

I g——实际流过电缆的工作电流，A；

I y——电缆长时允许负荷电流，A。

从上述计算过程中可得出：

I g＝75.97A≤I y＝85A

从上述计算过程中，可知所选的16mm2的橡套电缆符合要求。

4）胶带输送机供电电缆的选择

从表1中，可知胶带输送机供电电缆截面可在25-50 mm2进行选择。

＝＝＝174.95A

从橡套电缆长时允许负荷电流表中可查得50mm2的橡套电缆长时允许负荷电流为180A。按经济电流法校验，即实际流过电缆的工作电流必须小于或等于所允许的长时负荷电流。

I g≤I y

I g——实际流过电缆的工作电流，A；

I y——电缆长时允许负荷电流，A。

从上述计算过程中可得出：

I g＝174.95A≤I y＝180A

从上述计算过程中，可知所选的50mm2的橡套电缆符合要求。

5）胶带输送机供电电缆的选择

从表1中，可知胶带输送机供电电缆截面可在16-25 mm2进行选择。

＝＝＝24.05A

从橡套电缆长时允许负荷电流表中可查得16mm2的橡套电缆长时允许负荷电流为85A。按经济电流法校验，即实际流过电缆的工作电流必须小于或等于所允许的长时负荷电流。

I g≤I y

I g——实际流过电缆的工作电流，A；

I y——电缆长时允许负荷电流，A。

从上述计算过程中可得出：

I g＝24.05A≤I y＝85A

从上述计算过程中，可知所选的16mm2的橡套电缆符合要求。

为保证驱动电机的端电压不低于额定电压的95％，按允许电压损失的大小对所选电缆进行校验。

A、660V供电系统允许的电压损失

660V供电网线路末端的最低电压U min为627V，允许电压损失△U Y为63V。

B、660V供电网的实际电压损失

△U网＝△U B+△U L=26.4+0.71=27.11V＜63V

所以所选电缆符合要求。

四、开关的选择

（一）低压电气设备的选择原则：

1. 用电设备的额定电压应与其所在的电网的电压等级相符。开关的额定电流应大于或等于用电设备的实际工作电流。

2. 作馈电用的总开关或分路开关，应选用DW80系列或其他系列的自动馈电开关。

3. 直接控制电动机或其他动力设备的开关，应选用隔爆型磁力启动器，其具体结构，型号应分别根据工作机械及控制方式，按下述原则定：

a. 对需要远方控制的生产机械，如运输机、采煤机等，均应选用真空磁力起动器。

b. 对需经常进行远方控制正、反转的生产机械，应选用QC83-80N等系列可逆磁力起动器。

c. 对于向电钻、照明设备供电的开关，一般应选ZXZ8-2.5/4系列综合保护装置。

4. 开关电器的继电保护装置，应与电网和生产机械的要求相符，具体选择原则为：

A、配电点的总开关，除需有短路、过载保护外，还应设有漏电闭锁或选择性检漏保护装置。

B、向机械化采煤工作面馈电的移动变电站的低压馈电开关，除应有短路、过载保护外，还应当设有漏电闭锁和漏电保护装置。

C、直接控制电动机的各种起动器，一般均应有短路、过载、断相的保护装置。

D、井下低压真空开关，应有过电压保护装置。

（二）一部机头配电点开关的选择

根据此开关所控制负荷的额定电流来计算，80开关的额定电流要大于此开关控制负荷额定电流之和。

I ek＞∑I ef

I ek——80开关的额定电流

∑I ef——80开关所控制所有负荷的额定电流之和

I ek=80A

∑I ef=22*1.15＝25.3A

根据经验换算系数额定电压为660伏的负荷，1KW约等于1.15个额定电流。

根据以上计算I ek＞∑I ef，故选择QBZ80/1140(660)N开关是合理的。

五、短路电流计算

1）、各元件阻抗值计算

A、专用风机KBSGZY-315/10KV移变技术参数：

变压器的额定容量为315KVA，当二次侧额定电压为690V时，空载损耗为1400W,短路损耗为2200W,阻抗电压为4.19％。

Z T1= (U K%/100)×(U2NT2/S NT)=0.063Ω

R T1= ΔP NT(U2NT2/S2NT)=0.011Ω

X T1= =0.062Ω

B、备用风机KBSGZY-315/10KV移变技术参数：

变压器的额定容量为315KVA，当二次侧额定电压为690V时，空载损耗为1400W,短路损耗为2200W,阻抗电压为4.49％。

Z T1= (U K%/100)×(U2NT2/S NT)=0.067Ω

R T1= ΔP NT(U2NT2/S2NT)=0.011Ω

X T1= =0.066Ω

C、煤机移变KBSGZY-800/10KV移变技术参数：

变压器额定容量为800KVA，，短路损耗为6000W,空载损耗为2550W，阻抗电压为5.93％。二次侧额定电压为1200V。

Z T1= (U K%/100)×(U2NT2/S NT)=0.106Ω

R T1= ΔP NT(U2NT2/S2NT)=0.013Ω

X T1= =0.105Ω

D、皮带机移变KBSGZY-800/10KV移变技术参数：

变压器额定容量为800KVA，，短路损耗为6000W,空载损耗为2550W，阻抗电压为5.52％。二次侧额定电压为690V。

Z T1= (U K%/100)×(U2NT2/S NT)=0.032Ω

R T1= ΔP NT(U2NT2/S2NT)=0.004Ω

X T1= =0.031Ω

D、电缆阻抗计算可以查询《矿用橡套电缆电阻与电抗选取值表》附录三-低压电缆参数表

95mm2电缆参数UP系列r0=0.230,x0=0.075

70mm2电缆参数UP系列r0=0.315,x0=0.078

50m2电缆参数UP系列r0=0.448，x0=0.081

25m2电缆参数UP系列r0=0.864，x0=0.088

16m2电缆参数UP系列r0=1.37，x0=0.090

(1)K1点：煤机点:

R WK1=R0×L1=0.230*375*0.001＝0.086ΩX WK1=X0×L1=0.075*375*0.001＝0.028Ω(2)K2点：破碎机点:

R WK1=R0×L1=0.448*340*0.001＝0.152ΩX WK1=X0×L1=0.081*340*0.001＝0.027Ω (3)K3点：梭车点:

R WK1=R0×L1=1.37*200*0.001＝0.274ΩX WK1=X0×L1=0.090*200*0.001＝0.018Ω (2)K4点：锚杆机点:

R WK1=R0×L1=1.37*150*0.001＝0.205ΩX WK1=X0×L1=0.090*150*0.001＝0.013Ω (3)K5点:皮带机点:

R WK1=R0×L1=1.370*150*0.001＝0.205ΩX WK1=X0×L1=0.090*150*0.001＝0.013Ω(4)K6点:专用风机点:

R WK1=R0×L1=0.864*150*0.001＝0.129ΩX WK1=X0×L1=0.088*150*0.001＝0.013Ω(5)K7点:备用风机点:

R WK1=R0×L1=0.864*150*0.001＝0.129ΩX WK1=X0×L1=0.088*150*0.001＝0.013Ω2）、各点两相最小短路电流的计算

煤机点短路电流计算:

I(2) =

=3489.2A

折算到10 KV侧的两相短路电流为: ⅠK1(2)= 3489.2*(1.14/10)=397.7A 破碎机点短路电流计算:

I K2(2) =

=

=2737.2A

折算到10 KV侧的两相短路电流为: ⅠK2(2)= 2737.2*(1.14/10)=312A 梭车点短路电流计算:

I K3(2) =

=

=1866.4A

折算到10 KV侧的两相短路电流为: ⅠK3(2)= 1866.4*(1.14/10)=212.7A 锚杆机点短路电流计算:

I K4(2) =

=

=2337.1A

折算到10 KV侧的两相短路电流为: ⅠK4(2)= 2337.1*(1.14/10)=266.4A 皮带机短路电流计算:

I(2) =

=1313.2A

折算到10 KV侧的两相短路电流为:

ⅠK5(2)= 1313.2*(0.69/10)= 90.6A

专用风机短路电流计算:

I K6(2) =

=

=2057.2A

折算到10 KV侧的两相短路电流为:

ⅠK6(2)= 2057.2*(0.69/10)= 141.9A

备用风机短路电流计算:

I K7(2) =

=

=2035A

折算到10 KV侧的两相短路电流为:

ⅠK7(2)= 2035*(0.69/10)= 140.42A

六、整定计算

1)、专用风机配电点315移变的保护整定

KBSGZY-315移动变电站过负荷保护装置按保护变压器过负荷来整定，其过载保护的整定范围为0.1～1倍的配电箱额定电流，由于变压器所配的低馈头不同，现以额定电流为315A的为例，来计算过载整定值。因此过负荷整定为0.5倍的额定电流，此时过负荷保护的实际整定值为：

式中：——过负荷电流 A

——变压器二次测额定电流A

——变压器二次测平均电压A

——总功率Kw

过负荷电流为: = =123.4A

整定电流为=0.5*315A=157.5A

短路保护的整定值为：

式中：——容量中最大一台电机的额定起动电流 A

——除最大一台电机外，其余用电设备额定电流之和 A

则：

=25.3*8+ (2*17.25+3*25.3)

=312.8A

短路保护装置的整定范围为1～10倍的配电箱额定电流，因此过载整定为2倍的额定电流，此时过负荷保护的实际整定值为：

短路整定值为: =2×315A=630A

用后背保护区内最小两相短路电流校验灵敏度：

= =3.26>1.5 满足要求。

高压侧：

过负荷保护整定为：

= =18.18A

所配高馈头以额定电流为100A的为例，取实际整定值为0.1倍的配电箱额定电流，即

=0.1×100A=10A

短路保护的整定值为：

=

=25.89A

取实际整定值为1倍的配电箱额定电流，即：=0.1×100A=10 A。

保护装置的灵敏度：

= =14.19＞1.5 满足要求。

2)、备用风机配电点315移变的保护整定

KBSGZY-315移动变电站过负荷保护装置按保护变压器过负荷来整定，其过载保护的整定范围为0.1～1倍的配电箱额定电流，由于变压器所配的低馈头不同，现以额定电流为500A的为例，来计算过载整定值。因此过负荷整定为0.5倍的额定电流，此时过负荷保护的实际整定值为：

式中：——过负荷电流 A

——变压器二次测额定电流A

——变压器二次测平均电压A

——总功率Kw

过负荷电流为: = =129.9A

整定电流为: =0.3*500A=150A

短路保护的整定值为：

式中：——容量中最大一台电机的额定起动电流 A

——除最大一台电机外，其余用电设备额定电流之和 A

则：

=25.3*8+ (5*25.3)

=328.9A

短路保护装置的整定范围为1～10倍的配电箱额定电流，因此过载整定为2倍的额定电流，此时过负荷保护的实际整定值为：

短路整定值为: =1×500A=500A

用后背保护区内最小两相短路电流校验灵敏度：

= =4.07>1.5 满足要求。

高压侧：

过负荷保护整定为：

= =18.18A

所配高馈头以额定电流为50A的为例，取实际整定值为0.1倍的配电箱额定电流，即

=0.2×50A=10A

短路保护的整定值为：

=

=27.23A

取实际整定值为1倍的配电箱额定电流，即：=0.1×100A=10 A。

保护装置的灵敏度：

= =14.04＞1.5 满足要求。

3)、皮带机配电点移变的保护整定

KBSGZY-800移动变电站过负荷保护装置按保护变压器过负荷来整定，其过载保护的整定范围为0.1～1倍的配电箱额定电流，由于变压器所配的低馈头不同，现以额定电流为800A的为例，来计算过载整定值。因此过负荷整定为0.5倍的额定电流，此时过负荷保护的实际整定值为：

式中：——过负荷电流 A

——变压器二次测额定电流A

——变压器二次测平均电压kv

——总功率Kw

过负荷电流为: = =266.3A

整定电流为=0.4*800A=320A

短路保护的整定值为：

式中：——容量中最大一台电机的额定起动电流 A

——除最大一台电机外，其余用电设备额定电流之和 A

则：

=184*8+ (25.3+15*4.5+0.131)

=1571.33A

短路保护装置的整定范围为1～10倍的配电箱额定电流，因此过载整定为2倍的额定电流，此时过负荷保护的实际整定值为：

短路整定值为: =1×800A=800A

用后背保护区内最小两相短路电流校验灵敏度：

= =1.64>1.5 满足要求。

高压侧：

过负荷保护整定为：

= =46.18A

所配高馈头以额定电流为200A的为例，取实际整定值为0.2倍的配电箱额定电流，即

=0.2×200A=40A

短路保护的整定值为：

=

=130.10A

取实际整定值为1倍的配电箱额定电流，即：=0.2×200A=40 A。

保护装置的灵敏度：

= =9.06＞1.5 满足要求。

4)、煤机配电点移变的保护整定

KBSGZY-800移动变电站过负荷保护装置按保护变压器过负荷来整定，其过载保护的整定范围为0.1～1倍的配电箱额定电流，由于变压器所配的低馈头不同，现以额定电流为800A的为例，来计算过载整定值。因此过负荷整定为0.7倍的额定电流，此时过负荷保护的实际整定值为：

式中：——过负荷电流 A

——变压器二次测额定电流A

——变压器二次测平均电压kv

——总功率Kw

过负荷电流为: = =518.4A

整定电流为=0.7*800A=560A

短路保护的整定值为：

式中：——容量中最大一台电机的额定起动电流 A

——除最大一台电机外，其余用电设备额定电流之和 A

则：

=112.2*8*2+ 344.52

=2139.7A

短路保护装置的整定范围为1～10倍的配电箱额定电流，因此过载整定为2倍的额定电流，此时过负荷保护的实际整定值为：

短路整定值为: =2×800A=1600A

用后背保护区内最小两相短路电流校验灵敏度：

= =2.18>1.5 满足要求。

高压侧：

过负荷保护整定为：

= =46.18A

所配高馈头以额定电流为200A的为例，取实际整定值为0.3倍的配电箱额定电流，即=0.3×200A=60A

短路保护的整定值为：

=

=292.7A

取实际整定值为1倍的配电箱额定电流，即：=0.3×200A=60 A。

保护装置的灵敏度：

= =6.62＞1.5 满足要求。

六、设计小结

本次设计进行了变压器的选择、电缆的选择、短路电流的计算、变压器保护整定的计算和校验四方面的设计，综合应用了《矿山电工学》、《矿山供电》等理论知识，将理论和实际有效地联系起来，本供电设计符合井下现场实际情况