毕业设计（论文）-梅林庙煤矿地面供电系统设计

毕业设计（ 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ）-梅林庙煤矿地面供电系统设计 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 提供全套毕业论文，各专业都有 提供全套毕业论文，各专业都有 目 录 前 言 .......................................................................................................... 2 概 述 ........................................................................................................ 1 1 1.1 设计依据 .......................................................................................... 1 1.2 设计目的及范围................................................................................ 1 1.3 矿井基础资料 ................................................................................... 1 2 负荷计算 .................................................................................................. 2 2.1 负荷计算的目的................................................................................ 2 2.2 负荷计算方法 ................................................................................... 2 2.3 负荷计算过程 ................................................................................... 5 2.3.1 各用电设备组负荷计算.................................................................. 5 3电气主接线设计 ....................................................................................... 6 3.1 对主接线的基本要求......................................................................... 7 3.2 本所电气主接线 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的确定 .............................................................. 7 ................................ 7 3.2.1 确定矿井35kV进线回路 ................................ 3.2.2 35kV主接线的确定 ...................................................................... 7 4 短路电流计算 .......................................................................................... 9 4.1 短路电流计算的目的......................................................................... 9 4.2 短路电流计算中应计算的数值........................................................... 9 4.3 三相短路电流计算计算的步骤..........................................................10 4.4短路电流计算过程 ............................................................................10 5设备选择 ................................................................................................. 12 5.1 一般的选择方法 .............................................................................12 5.2 短路动、热稳定性校验原则 ...........................................................13 5.3 变压器选择 ....................................................................................14 5.3.1 35kV设备的选择 .................................................................14 5.4 井下设备选择 ................................................................................15 5.4.1 电缆选择计算 ......................................................................15 5.4.2 井下开关选择 ......................................................................17 6.1 继电保护装置 ................................................................................18 6.2 防雷保护及接地 .............................................................................19 6.2.1 变电所防雷装置 ..................................................................19 6.2.2 地面变电所保护接地网 ........................................................20 6.2.3 井下保护接地网 ..................................................................21 7 结 论 ...................................................................................................... 23 参考文献 .................................................................................................... 24 1 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 前 言 本设计的目的是通过本次设计巩固所学的专业知识，培养分析问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 、解决问题的能力及实际工程设计的基本技能。 电力是现代煤矿的动力，首先应该保证供电的可靠和安全，并做到技术和经济方面合理的满足生产的需要。由于煤矿生产条件的特殊性，对供电系统有特殊的要求，尤其是煤矿地面供电系统作为整个煤矿供电开端，对整个煤矿供电的安全，可靠，经济具有举足轻重的作用。 本论文根据变电所的设计原则，围绕某矿井35KV变电所设计这一课题展开了全面的设计与研究，主要完成以下工作: 针对矿井负荷的用电要求，根据需要系数法进行了负荷计算。据此对主变压器进行选择，并进行无功补偿。根据变电所主接线的设计原则，对变电所的主接线进行设计:高压35kV采用全桥接法,6kV母线采用单母分段接线形式。采用标幺值法对供电系统进行了短路计算。按安装地点、运行环境和使用要求对电气设备的规格型号进行选择，并对它们进行动稳定和热稳定校验。为了在供配电系统发生故障时，能够自动地、迅速地、有选择地将故障设备从系统中切除，以免事故的扩大，在论文中对变电所继电保护进行了设计。防雷保护是变电所保护中不可缺少的一项保护措施，本文采用了在线路上安装阀型避雷器对其进行防雷保护，并在变电所装设避雷针。 2 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 1 概 述 1.1 设计依据 1、电力工程电气设计手册(电气一次部分)。 2、煤矿电工手册(地面供电部分)。 3、按照国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kV及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则: (1)工厂供电设计必须要遵守国家的有关法令、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，包括节约能源和有色金属等技术经济政策。 (2)工厂供电设计应做到保证人身和设备安全，供电可靠，电能质量合格、技术先进和经济合理。设计中应采用负荷国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。 (3)工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等合理确定设计方案。 (4)工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近期结合，以近期为主，适当的考虑扩建可能性。 1.2 设计目的及范围 本设计的目的是通过本次设计巩固所学的专业知识，培养分析问题、解决问题的能力。本论文的设计范围包括: (1)对变电所的主接线进行设计; (2)对电气设备的规格型号进行选择; (3)变电所继电保护设计; (4)变电所防雷保护设计。 1.3 矿井基础资料 1、本矿概况 本矿井为年产300万吨的高瓦斯矿井，三班工作制，年最大利用负荷小时 1 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 6000h.立井井深0.38km,预期服役年限为90年。电费收取为两部电价制，固定部分按变压器安装容量收费18元/kva月。 2、电源情况 矿井地面变电所距上级变电所8km，采用双回路架空线供电，已知电源过电流保护动作时间2.5s，短路电容1000MVA~1500MVA。 3、自然条件 (1)月最高室温42?，月最低室温32?。 (2)最热月土壤温度27?。 (3)冻土层厚度为0.45m，变电所土质为黄土。 4、原始负荷资料 负荷资料见表1-1 全矿电力负荷统计表。 2 负荷计算 2.1 负荷计算的目的 为一个企业或用电户电，首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大容量的变压器等问题，这就需要进行负荷的统计合计算，为正确地选择变压器容量与无功补偿装置、选择电气设备与导线、以及继电器保护的整定等提供技术参数。 负荷计算的目的是为了解用电情况，合理选择供配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器等。负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热的危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。为此，正确的负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。 2.2 负荷计算方法 供电设计常用的电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、利用系数法、和单位产品电耗法等。需用系数法计算简便，对任何性质的企业负荷均适用，且 2 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 负荷资料见表1-1 全矿电力负荷统计表 编电机容需要系功率因设备名称 电压(kV) 号 量(kW) 数 k 数cosφ d 地面高压 1 主提升机 6 2000 0.90 0.85 副提升机 6 2000 0.80 0.85 压风机 6 1600 0.80 0.90 南风井 2 通风机 6 1000 0.70 0.80 压风机 6 500 0.70 0.80 低压设备 6 539 0.70 0.80 北风井 3 通风机 6 1000 0.70 0.80 压风机 6 500 0.70 0.80 低压设备 6 539 0.70 0.80 地面低压 4 地面工业工场 6 1800 0.70 0.77 立井锅炉房 6 100 0.60 0.70 机修厂 6 800 0.40 0.65 坑木厂 6 200 0.40 0.70 选煤厂 6 3200 0.60 0.80 水源井 6 200 0.80 0.80 工人村 6 800 0.50 0.70 其他用电设备 6 600 0.50 0.70 井下高压 5 主排水泵高 6 3800 0.90 0.85 主排水泵正 6 2600 0.90 0.85 井下低压 6 井底车场 6 600 0.60 0.80 111采区 6 900 0.60 0.70 113采区 6 1200 0.60 0.70 124采区 6 100 0.60 0.70 156采区 6 1800 0.87 0.75 3 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 算结果基本上符合实际。 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 简单，计算方便只用一个原始公式P,KPcadN,就可以表征普遍的计算方法。该公式对用电设备组、车间变电站乃至一个企业变电站的负荷计算都适用。对不同性质的用电设备、不同车间或企业的需用系数值，经过几十年的统计和积累，数值比较完整和准确，查取方便，因而为我国设计部门广泛采用。 本设计采用需要系数法进行负荷计算，步骤如下: 1、用电设备组计算负荷的确定 用电设备组是由工艺性质相同需要系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。在一个车间中可根据具体情况将用电设备分为若干组，在分别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为: P,KP ，kW cadN, Q,Ptan, , kvar (2-1) caca 22S,P，Q ，kVA cacaca 式中P、Q、S——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷; cacaca P——该用电设备组的设备总额定容量，kW; N, ——功率因数角的正切值; tan, ——需要系数，由表1-1查得。 Kd 2、多组用电设备组的计算负荷 在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母 m K线的计算负荷时，应再计入一个同时系数。具体计算如下:P,K(KP) s,,casdiNi,1i m (2-2) Q,K(KPtan,),,casdiNii,1i 22S,P，Q cacaca PQS式中、、——为配电干线式变电站低压母线的有功、无功、视在计算cacaca 4 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 负荷;——同时系数; Ks m——该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总数; ——分别对应于某一用电设备组的需要系数、功率因数角正K、tan,、PdiN,ii 切值、总设备容量; 2.3 负荷计算过程 2.3.1 各用电设备组负荷计算 1、用电设备分组，由表1-1确定各组用电设备的总额定容量。 2、由表1-1查出各用电设备组的需要系数和功率因数，根据公式2-1Kcos,d 计算出各用电设备组的计算负荷。 (1)对主提升机 =0.90，=0.85，=0.62 Kcos,tan,d 则;有功功率 kW; P,KP,0.90，2000,1800cadN, 无功功率 kvar; Q,Ptan,,1800，0.62,1116caca 2222S,P，Q,1800，1116,2117视在功率 kVA; cacaca 用同样方法可计算出其它各用电设备组的计算负荷，结果记入表2-1全矿电力负荷计算负荷表中。 表2-1 全矿电力负荷计算负荷表 需要 设备 功率 计算负荷 系数 容量 用户名称 因数 tan,PQS cacacakw K cos,dkw kvar kVA 1地面高压 主提升机 2000 0.90 0.85 0.62 1800 1116 2117 副提升机 2000 0.80 0.85 0.62 1600 956 1862 压风机 1600 0.80 0.90 0.48 1280 768 1360 南风井 通风机 1000 0.70 0.80 0.65 700 360 842 压风机 500 0.70 0.80 0.65 350 183 421 5 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 低压设备 539 0.70 0.80 0.65 378 189 435 2北风井 通风机 1000 0.70 0.80 0.65 700 360 842 压风机 500 0.70 0.80 0.65 350 183 421 低压设备 539 0.70 0.80 0.65 378 189 435 3地面低压 地面工业工场 1800 0.70 0.77 0.69 1260 842 1530 立井锅炉房 100 0.60 0.70 0.72 60 46 84 机修厂 800 0.40 0.65 0.79 320 248 463 坑木厂 200 0.40 0.70 0.72 80 57 86 选煤厂 3200 0.60 0.80 0.65 1920 1240 2760 水源井 200 0.80 0.80 0.65 160 96 186 工人村 800 0.50 0.70 0.72 400 292 563 其他用电设备 600 0.50 0.70 0.72 300 216 408 4井下高压 主排水泵高 3800 0.90 0.85 0.62 3762 3560 5321 主排水泵正 2600 0.90 0.85 0.62 2574 2310 4320 5井下低压 井底车场 600 0.60 0.80 0.65 360 198 395 111采区 900 0.60 0.70 0.72 540 378 562 113采区 1200 0.60 0.70 0.72 720 521 865 124采区 100 0.60 0.70 0.72 60 43 78 156采区 1800 0.87 0.75 0.70 1560 896 1786 3电气主接线设计 变电所的主接线是由各种电气设备(变压器、断路器、隔离开关等)及其连接 线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。它与电源回路数、电压和 6 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 负荷的大小、级别以及变压器的台数、容量等因素有关，所以变电所的主接线有多种形式。确定变电所的主接线对变电所电气设备的选择、配电装置的布置及运行的可靠性与经济性等都有密切的关系，是变电所设计的主要任务之一。 3.1 对主接线的基本要求 在确定变电所主接线前，应首先明确其基本要求: (1)安全可靠。应符合国家标准和有关技术规范的要求，充分保证人身和设备的安全。此外，还应负荷等级的不同采取相应的接线方式来保证其不同的安全性和可靠性要求，不可片面强调其安全可靠性而造成不应有的浪费。 (2)操作方便，运行灵活。供电系统的接线应保证工作人员在正常运行和发生事故时，便于操作和维修，以及运行灵活，倒闸方便。 (3)经济合理。接线方式在满足生产要求和保证供电质量的前提下应力求简单，以减少设备投资和运行费用。 (4)便于发展。接线方式应保证便于将来发展，同时能适应分期建设的要求。 3.2 本所电气主接线方案的确定 3.2.1 确定矿井35kV进线回路 35kV矿井变电所距上级供电电源6km，对上一级供电部门来说是一级负荷，故上级矿井变电所对矿井采用有备用的双回路供电，即35kV进线为两路架空线进线。3.2.2 35kV主接线的确定 为了保证对一、二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用由两回电源受电和装设两台变压器的桥式主接线。桥式接线分为外桥、内桥全桥三种。因上一级变电站距本矿变电所为8km，对于35kV电压等级来说，输电线路不远，可以选外侨，但为了提高矿井供电的可靠性和运行的灵活性，选用全桥更合适。故确定本矿35kV侧为双回路的全桥接线系统。35kV架空线路由两条线路送到本矿变电所，正常时两台变压器分列运行。 35kV母线正常时均处于断开状态。母线分段用断路器分段，这不仅便于分段 7 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 图4-5 供电系统简 8 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 检修母线，而且可减少母线故障影响范围，提高供电的可靠性和灵活性。规程规定，下井电缆必须采用铜芯，又因为井下开关的额定电流有限且当一回电缆因故障停止供电时，其它电缆应能满足井下全部负荷的供电任务，由此确定下井电缆回数为4。 4 短路电流计算 4.1 短路电流计算的目的 研究供电系统的短路并计算各种情况下的短路电流，对供电系统的拟定、运行方式的比较、电气设备的选择及继电保护整定都有重要意义。短路产生的后果极为严重，为了限制短路的危害和缩小故障影响范围，在供电设计和运行中，必须进行短路电流计算，以解决些列技术问题。 (1) 选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度。 设置和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。 (2) (3) 确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不经济时，可采取限制短路电流的措施。 (4) 确定合理的主接线方案和主要运行方式等。 4.2 短路电流计算中应计算的数值 ''I1、短路电流,即三相短路电流周期分量第一周期的有效值。它可供计算继 iI电保护装置的整定值和计算短路冲击电流及短路全电流最大有效值之用。 shsh ''S 2、三相短路容量，用来判断母线短路容量是否超过规定值、作为选择限流电抗器的依据，并可供下一级变电所计算短路电流之用; 3、短路电流稳态有效值,可用来校验设备、母线及电缆的热稳定性;I, ''*I,I,I,I ,j iI4、短路冲击电流及短路全电流最大有效值，可用来校验电器设备、载shsh 流导体及母线的动稳定性。 9 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 4.3 三相短路电流计算计算的步骤 1、根据供电系统绘制等值网络 (1)选取基准容量S和基准电压U，并根据公式决定基准电流值I。 jjj(2)求出系统各元件的标么基准电抗，将计算结果标注在等值网络图上。 *(3)按等值网络各元件的联接情况，求出由电源到短路点的总阻抗。 X,(4)按欧姆定律求短路电流标么值:对于电源是无限大容量的系统，其短路电 *流标么值可按公式5-1求出: I 1**I,,S (5-1) *X, *''**''且短路后各种时间的短路电流标么值与短路容量标么值都相等，即 I,I,S,(5)求短路电流和短路容量;为了向供电设计提供所需的资料，应下列短路电流和短路容量: ''''? 求出次暂态短路电流SI和短路容量;; ? 求出短路冲击电流和短路全电流最大有效值 iIshsh ''*I,I,I,I kA ,j ''*S,S,I,S MVA (5-2) ,j '' kA i,2.55Ish ''I,1.52I kA sh 4.4短路电流计算过程 短路电流计算系统如图4-5所示，短路点选取35kV母线侧，各元件参数可由表1-1中获得。 S1、选取基准容量=100MVA j 10 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 S100j 计算点时，选取=37kV， kA UIk,,,1.506j11j1U33，37j1 S100j 计算点时，选取=6.3kV， kA k~kUI,,,9.16213j2j2U33，6.3j22、计算各元件的电抗标幺值 Sj**XXxL(1)35kV进线(架空线): ,,,0.18LL12022Uj1 Sj*X,xL(2)主提升机、副提升机(电缆):=0.19 L3012Uj2 Sj*X,xL(3)压风机(电缆):=0.19 L5012Uj2 Sj*X,xL(4)矿综合厂(架空线):=0.5 L6022Uj2 Sj*X,xL(5)机修厂(电缆):=0.24 L7012Uj2 Sj*XxL,,(6)选煤厂(电缆):=0.43 L8012Uj2 (7)地面低压(两台分列运行): SU%j**kX,X,,由于变压器在所内，只计算变压器阻抗，不计线路=0.56 T3T4100ST3N Sj*X,xL(8)工人村(架空线):=1.5 L9022Uj2 Sj*X,xL(9)支农(架空线):=2.5 L10022Uj2 11 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 Sj*(10)下井电缆:X,xL=0.1 L11012Uj2 1*(11)主提升机(异步电动机): X,M1*Ist **式中 —异步电动机启动电流标么值，一般取=5。 IIstst 5设备选择 设备选择包括地面和井下配电设备两个部分，由于本设计中的配电设备较多，逐一进行说明选择比较的过程较为繁琐，因此本设计中只是分别对地面和井下配电设备部分设备选择的过程进行举例说明。 电气设备在使用中，不但要求在正常工作条件下能安全可靠地运行，而且还要求在发生严重短路故障时，设备流过短路电流后，不致于受到破坏。为此在选择设备时，不但要根据设备的正常工作条件所给的参数(如工作电压、工作电流、使用 来选择，而且还要根据设备安装地点，在短路故障时所产生短路效应条件等参数) 来校验设备。 5.1 一般的选择方法 1、按工作电压选择 高压电器的额定电压是指电器铭牌上标明的相间电压(线电压)。电器的最高工作电压是制造厂保证可以长期处在超过额定电压10%-15%下可靠工作的电压。 选择电器时，所选电器的最高工作电压应不小于电器正常运行的工作电压，即: (1.1—1.15)U?U Nn 式中 U——电器的额定电压，kV; N U——电器安装处正常运行的工作电压，kV; n 2、按工作电流选择 电器的额定电流是指在实际环境温度不超过电器计算温度的条件下，电器所能允许长期连续通过的最大工作电流。这时电器所有部分的发热温度都不超过允许 12 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 值。 在选择电器时，必须使电器的额定电流不小于电器所在电路中的最大正常工作电流，即:I?I Nn 式中 I——电器的额定电流，A; N I——电器所在电路中的最大正常工作电流。 n 3、按装置种类型式选择 电器常被制成屋内和屋外两种类型:屋内型不受任何特殊的大气影响;屋外型可以经受风、霜、雨、露、积雪、覆冰、灰尘和有害气体等的影响。当屋外配电装置处在尘秽很严重或空气中含有有害于绝缘气体的地区时，必须加强电器的绝缘，选用特殊绝缘结构的加强型电器或选用额定电压高一级的电器。 4、按断路容量选择 断路器的额定断流量I或额定断流容量S是指断路器在额定电压时的断流rNrN 能力。断路器断开的实际电流是断路器的灭弧触头开始分离瞬间，电路内短路电流的有效值。因此按断流能力选择断路器时，必须满足下列条件: I?I″ ，S?S″ rNrN 式中 I——电器的额定断流量，kA; rN S——电器的额定断流容量，MVA; Rn I″——次暂态短路电路，kA; S″—一次暂态三相短路容量，MVA。 5.2 短路动、热稳定性校验原则 (1)当电器选定之后，应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，校验所用的短路电流一般取三相短路时的短路电流。 (2)用熔断器保护的导体和电器，可不进行热稳定校验。当熔断器具有限流作用时，可不校验其动稳定。 (3)用熔断器保护的电压互感器回路，可不进行动、热稳定的校验。 13 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 (4)悬式绝缘子可不校验动稳定。 5.3 变压器选择 根据变电所变压器的计算容量，选择变压器的型号、容量、台数。 、选型:地面高压为35kV、10kV侧的变压器选用普通变压器SL7-1250/35、1 S9-160/10;10kV侧的井下变压器选用矿用型动力变压器KSB-400/10。二次侧电压660V以下的变压器选用防爆型干式变压器。井下照明为127V电压供电，变压器设两台防爆型干式变压器。 2、变压器台数的确定:35kV主变压器、地面供电变压器、井下中央变电所的变压器均设为两台。井上部分当任一台变压器故障或需要检修时，能够保证另一台变压器承担起全部负荷。井下任一台变压器停止运行时，其余一台能够保证排出最大涌水量时所需的负荷容量。其所选变压器容量及型号均标于所画大图中，这里不在阐述。 5.3.1 35kV设备的选择 1、35kV母线的选型 1)按持续工作电流选择 1.05，S1.051250，NI===21.7A n3，U335，N 对电压为35kV的屋外配电装置采用钢芯铝绞线作母线，选取LGJ-300，其载 00流量在环境温度为32C 时为735A，由于所处环境最高温度为42C，其载流量为: ,,,7045,alm.,II,,，,735 547.8(A)?21.7(A) alal,,257025,alm. 考虑到动稳定性，母线采用平放，其允许电流值应再降低8,，故为: I,，,547.80.92504 (A)>21.7(A) al 故载流量和长时允许电流符合要求，但还需要进行热稳定校验。 2)热稳定校验 14 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 由t=1.255s，I=21720A，C=95，K=1 fksk I217202k按式 A?==254(mm) tK，1.2551，fskC95 该截面小于所选导线截面，故所选LGJ-300截面能满足热稳定要求。 由以上计算，所选LGJ-300满足母线要求。 图6-1 地面变电所接线图 5.4 井下设备选择 下面以下井电缆和开关为例说明其选择方法，其他电缆和开关的选择方法相同。对于电钻综合保护装置和照明综合保护装置这里也不再说明。 5.4.1 电缆选择计算 电缆截面通常按允许负荷电流、允许电压损失、电缆的机械强度选择。实际上并不需要对每条电缆均用上述各种方法选择，而是抓住每个电缆段(或每条电缆)的主要问题选择该段(条)电缆截面即可满足其它条件要求。例如供电容量较大长度较长的干线电缆和单机容量较大(如掘进机械、绞车等)且供电距离较长的主线电 15 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 缆，主要按允许电压损失选择缆线截面即可满足其它条件的要求;供电容量较小长度较短的支线电缆主要按允许负荷电流选择导线截面即对满足其它条件要求;移动机械所用电缆主要按机械强度选择主芯线截面即可满足其他条件要求。 1、按持续允许电流选择截面KI?IPa 式中 I——空气温度为25?时，电缆允许载流量，A; P K——环境温度不同时载流量的修正系数; I——通过电缆的最大持续工作电流，A。 a 2、按经济电流密度选择电缆截面 INA= nJ， 2式中 A——电缆截面，mm; ——正常负荷时，井下总的持续工作电流，A; IN n——不考虑下井电缆损坏时，同时工作电缆的根数; 2 J——经济电流密度(A/mm)，见下表。 下井主电缆的年运行小时，一般取3000-5000h。 3、按电缆短路时的热稳定选择电缆截面 按电缆短路时的热稳定选择电缆截面有以下两种方法:热稳定系数法和允许短路电流法。这里主要介绍热稳定系数法: 这种方法比较简单，一般在纸绝缘电缆的热稳定计算都采用此法。 tfAI ,minK(3)C 2式中 A——电缆短路时热稳定要求的最小截面，mm; min I ——三相最大稳定短路电流，A; K(3) t ——短路电流作用的假想时间，s; f C——热稳定系数，查相关手册。 4、按电压损失校验电缆截面 此种电压损失校验电缆截面有计算法和查表法，这里主要介绍计算法: 16 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 3(cossin)ILRX,，,nOO ,,U%10UN RLRXtg()，,OO 也可写成 ,,U%210UN ,U%式中 ——电压损失百分数; ——电缆中的负荷电流，A; In ——额定电压，kV; UN 、——电缆线路单位长度的电阻及电抗，Ω/km; RXOO L ——电缆线路长度，km; cos,sin,、、——功率因数及与功率因数相对应的正弦、正切值。 tg, 高压系统中的电压损失按《全国供用电规则》的规定，在正常情况下不得超过7%，故障状态下不得超过10%。电压损失从地面变电所算起至采区变电所母线止。 5、电缆截面选择计算 举例为短路时的热稳定选择电缆截面，当供电系统在最大运行方式时，地面变 I电所下井电缆首端发生三相短路电流，其电流= 1.683 kA，按式 K(3) tfAI ,minK(3)C 校验下井电缆截面，即: t查电缆的热稳定系数表C=93.4, 假想时间=0.65s f t0.65f2AI故 = 1683×=14.5 mm ,minK(3)93.4C 2故下井电缆最小截面应不小于14.5 mm,又考虑其他方面校验的影响，这里选 2用70mm做为下井电缆。 5.4.2 井下开关选择 严禁井下配电变压器中性点直接接地，严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机向井下供电。 17 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 额定电压与额定电流的选择与地面高压开关选择相同，断流容量的选择也按地面开关的选择方法，井下主要选用DW80型馈电开关和QC83型磁力起动器，对电钻和照明采用综合保护装置。 其它设备的选择方法与井上选择基本相同，这里不在说明，其所选设备型号均标于设备选择或所画大图中。 6 保护装置 灵北煤矿供电系统井上、井下的保护装置包括继电保护和防雷、接地等，本章只对这些保护作简单的介绍。 6.1 继电保护装置 煤矿供电系统的继电保护是保证煤矿安全供电的重要工具。装设继电保护装置是根据灵北煤矿电力系统的接线和运行的特点，适当考虑其发展，选择设备力求技术先进经济合理。 本设计中的电力设备和线路有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。 主保护——满足系统稳定及设备安全要求，有选择地切除被保护设备和全线路故障的保护。 后备保护—一应在主保护或断路器拒绝动作时切除故障。 后备保护可分为远后备和近后备两种形式: 远后备——当主保护或断路器拒绝动作时，由相邻设备或线路的保护实现后备。 近后备——当主保护拒绝动作时，由本设备或线路的另—套保护实现后备;当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。 辅助保护——为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。 本设计在考虑下列因素的情况下装设保护装置: (1)当被保护元件发生短路或足以破坏系统正常运行的情况时，保护装置应动作于掉闸;在发生不正常运行时，保护装置应动作于信号。 (2)矿井变电所的高压馈电线上，装设有选择性的检漏保护装置。 (3)保护装置应以足够小的动作时限去切除故障，保证系统剩余部分仍能可靠 18 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 运行。 (4)动作于掉闸的保护装置一般应保证选择性，在必须加快动作时，应考虑由自动重合闸来补救保护的无选择性动作。 (5)选择保护方式时，不考虑考虑可能性很小的放障类型和运行方式。力求使用最少数量的继电器和触点，使其接线简单可靠。 (6)保护装置的电压回路断线时如能造成误动作，则装设防止这种误动作的闭锁装置并发出信号。 (7)表示保护装置动作的必要回路内装设信号继电器。 (8)保护装置除作为被保护元件的主保护外，如有可能还作相邻元件的后备保护。 (9)在实际可能出现的最不利方式或故障类型下，保护装置应对计算点有足够的灵敏度。保护装置的灵敏系数为: 对反应电气量上升的保护装置 保护范围内发生金属性短路时故障参数计算值灵敏系数, 保护装置的动作参数整定值 对反应电气量下降的保护装置 保护装置的动作参数整定值灵敏系数, 保护范围内发生金属性短路时故障参数计算值 (10)保护装置的灵敏度应该互相配台，从故障点向电源侧方向逐步降低保护装置的灵敏度。 (11)保护装置所用的电流互感器，对最大负载和最大整定的故障电流，其误差小于10%。 6.2 防雷保护及接地 6.2.1 变电所防雷装置 (1)避雷针 为防止直击雷对变电所电气设备、线路及建筑物等侵害，本设计变电所采用避雷针。避雷针高于被保护设备，并具有良好的接地，所以能起到保护作用。上图为地面变电所防雷保护的平面布置图，避雷针接地线与保护接地 19 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 线在土壤中距离大于3米。 (2)避雷器 避雷器是防护感应雷对电气设备产生危害的保护装置，它一端与被保护设备并联，另一端接地，且放电电压低于被保护设备的绝缘水平。当感应雷(雷电波)入侵设备时，避雷器首先被击穿并对地放电，从而使电气设备受到保护。地面变电所防雷保护平面图如7-1所示。 图7-1 地面变电所防雷保护平面图 6.2.2 地面变电所保护接地网 保护接地网是将变电所在正常运行时，设备(构架)不带电的外露金属体与接地引线、接地干线和接地极在电气上连接起来组成的整体。保护接地网地下部分是实习中看不到的，但可从原设计资料中收集到上图。 为了减少对地电位分布曲线的陡度，接地网还设有水平均压带，从而减小接触电压和跨步电压。对不同点的接地电阻至少每年测量一次，保证达到一定的要 20 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 求。地面变电所保护接地网如下图7-2所示。 6.2.3 井下保护接地网 本设计在井下指定点敷设主接地极、局部接地极、并用电缆铅包、铠装外皮及接地线心相互连接起来，形成一个总接地网。从接地网上任一局部接地极测得的总接地网电阻，不应超过2Ω。接地网电阻越低对人身越安全，但太低有一定的困难。 图7-2 地面变电所保护接地网 1-隔离开关;2-构架;3-断路器;4、5、6、7-隔离开关;8、9-断路器;10-电压互感器、避雷器;11-铅锤接地极; 12-变压器;13-屋内接地干线;14-接地引线;15-屋外接地干线;16-均压带 井下总接地网包括:主接地极、局部接地极、接地母线和辅助接地母线、 连接导线和接地导线。禁止采用铝导线作为接地极、接地母线、辅助接地母线、 连接导线和接地导线，禁止使用无接地线芯(或无其他可供接地的护套，如铅 皮、铜皮套等)的橡套电缆或塑料电缆。 21 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 井下保护接地网示意图如7-3所示: 图7-3 井下保护接地网示意图 1,接地母线;2,辅助接地母线;3,主接地极;4,局部接地极;5,漏电保护辅助接地极;6,电缆;7,电缆接地层;8,中央变电所;9,采区变电所;10,配电点;11,电缆接线盒;12,连接导线;13,接地导线;14,采煤 机组;15,输送机 22 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 7 结 论 经过这段时间的努力和精心设计,通过翻阅大量的资料文献，使我对灵北35kV煤矿供电系统有了深入的探索和研究。依照灵北煤矿具体现状，在原有河东煤矿设计的基础上，设计出了能满足本矿安全、可靠生产的煤矿地面和井下供电系统。 虽然本设计满足了本矿一般的生产需要，但由于本人知识水平的相对欠缺，对现代先进的煤矿开采方式和供电系统先进设备缺少一定的了解，因此在设计中很少使用现代化的微机监控和保护系统，这也是本设计有待于改进的地方。在以后的学习和社会实践中，我会加强各方面知识的学习，掌握更多的科学文化知识，为社会献出自己的微薄之力。 通过这段时间对灵北煤矿供电系统的设计，使我对所学知识进行了系统的归纳，对自己现在所掌握的知识水平有了一定的了解，这对我以后的实际工作将会起着很大的促进作用。 我还要感谢大学四年里所有的老师们，感谢他们在大学四年中诲人不倦的教导，他们在课堂上说传授的知识将使我受益终身，他们那认真负责的态度，和优秀的职业道德是我学习的楷模，在以后的工作中我将以他们我标杆端正自己的工作态度和职业道德。正是得益于他们的辛勤培养，我才有能力完成此次课程设计，在此特向所有恩师表示我最崇高的敬意和最诚挚的谢意～ 23 信息与电气工程学院自动化1102 梅林庙煤矿地面供电系统设计 参考文献 [1]刘涳主.电气及自动化专业毕业设计宝典 [M].西安:西安电子科技大学出版社,2008 [2]赵世玉，李想，李飞等. 供电技术 [M].北京:机械工业出版社,2008 [3]邹有明主编.现代供电技术 [M].北京:中国电力出版社，2008 [4] 傅知兰主编.电力系统电气设备选择与实用计算 [M].北京:中国电力出版社,2004 [5]纪银光主编. 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