供電答辯課件

1、煤礦采區(qū)供電系統(tǒng)設計 08級?？飘厴I(yè)生設計(論文)答 辯 答辯人：耿慶輝 指導教師：朱瑩2022/9/141電氣自動化采區(qū)變電所及配電點位置的確定一、采區(qū)變電所位置的確定 (1)盡量位于負荷中心，以減少低壓線路長度和電壓損失，保證采區(qū)設備的供電質量。 (2)每個采區(qū)最好只設一個變電所，對整個采區(qū)和掘進工作面供電，并且盡量不遷移或少遷移變電所，減少變電所硐室的開拓費用。如一個變電所不能滿足要求時，可在下一區(qū)段增設變電所，初期向掘進供電，后期向回采供電。 (3)變電所內要求通風良好，溫度不得超過附近巷道溫度5。 (4)設備運輸要方便，便于電纜進出，地質條件好，頂?shù)装宸€(wěn)定，無淋水。2022/9/14

2、2電氣自動化 分析上述四項要求可見，后兩個要求容易滿足，但前兩個要求相互矛盾因此，在確定采區(qū)變電所的位置時，應全面分析，綜合考慮。一般先根據(jù)后兩個要求確定變電所的位置范圍，然后再根據(jù)前兩個要求確定變電所的位置。在確定變電所的位置時，一般要列出幾種可行方案，進行技術經(jīng)濟比較后擇優(yōu)選用。方案比較應列表表示。按后兩個要求確定采區(qū)變電所的位置時，可根據(jù)下列原則確定： (1)采區(qū)變電所的位置一般設在上(下)山的運輸斜巷和軌道斜巷的橫貫內，或在甩車場附近的巷道內。當采用礦用一般型變壓器時，不得設在回風巷或工作面進風順槽內。 2022/9/143電氣自動化(2)在多煤層的采區(qū)中，各分層是否分別設置或集中設置

3、變電所，應經(jīng)過技術經(jīng)濟比較后決定。 (3)當附近變電所不能滿足大巷掘進供電要求時，可利用大巷橫貫巷道設置掘進變電所。如大巷為單巷而無橫貫巷道利用時，可采用移動變電站。2022/9/144電氣自動化 二、移動變電站位置的確定 1、采用移動變電站供電的條件 隨著采掘機械化的發(fā)展，工作面的電氣設備多、容量大，工作面走向長，如仍采用固定的采區(qū)變電所供電，既不經(jīng)濟，又滿足不了電壓質量的要求。因此，屬下列情況的采區(qū)供電宜采用移動變電站： (1)綜采工作面的供電。 (2)普采工作面由采區(qū)固定變電所供電困難或不經(jīng)濟時。 (3)大巷單巷掘進附近無變電所可利用時。 2022/9/145電氣自動化 三、工作面配電點

4、位置的確定 (1)回采工作面配電點一般設在距工作面50m-70m處的巷道中。 (2)掘進工作面配電點距掘進頭80m-100m，一般配電點至掘進設備的電纜長度以不超過100m為宜。 (3)在電纜分叉點應設有配電點，此配電點在巷道交匯處附近。 (4)壓入式局部扇風機和啟動裝置必須安裝在進風巷道中，距回風口不得小于10m。 2022/9/147電氣自動化采區(qū)供電系統(tǒng)的擬定 一、井下電壓等級的確定 井下各級配電電壓和各種電氣設備的額定屯壓等級應符合下列要求： (1)高壓不應超過10kV，一般為6kV。(2)低壓不應超過1140V。炮采工作面一般采用660V，高檔普采和綜采根據(jù)具體情況和采用的機械設備可

5、采用660V或1140V。井低車場一般采用660V。手持電氣設備、固定照明采用127V，亦可采用220V 2022/9/148電氣自動化 2. 低壓供電系統(tǒng)的擬定 在擬定供電系統(tǒng)時，應將采區(qū)內的用電設備按電壓等級、生產環(huán)節(jié)和安裝地點分組，各組盡量分開供電。在用電設備分組時，還應考慮到各組用電負荷的大小、巷道布置情況和電纜敷設的路線。各組用電負荷不能過大，以保證受電端的電壓質量。巷道有分叉點時，應裝有開關或電纜接線盒。確定電纜的敷設路線時，應注意回采工作面(機采除外)、軌道上下山等處不應敷設電纜，溜放煤、矸、材料的溜道中嚴禁敷設電纜。 2022/9/1410電氣自動化在具體擬定供電系統(tǒng)時還應考慮

6、以下原則： (1)在保證供電安全可靠的前提下，力求所用的開關、啟動器和電纜等設備最少。 (2)原則上一臺啟動器只控制一臺設備。 (3)當采區(qū)變電所的動力變壓器多于一臺時，應合理分配變壓器的負荷，原則上一臺變壓器負擔一個工作面的用電設備。 (4)變壓器最好不并聯(lián)運行。 (5)由工作面配電點到各用電設備宜采用輻射式供電，上山及順槽的輸送機宜采用干線式供電。 (6)供電線路應走最短的路線，并盡量避免回頭供電。 (7)如配電點距電源供電點較近或啟動器數(shù)量少于三臺時，一般不設配電點進線自動饋電開關。 2022/9/1411電氣自動化 (8)大容量設備的啟動器應靠近配電點的進線端，以減小啟動器間電纜的截面

7、。 (9)低瓦斯礦井掘進工作面的局部通風機，可采用裝有選擇性漏電保護裝置的供電線路供電，或采用掘進與采煤工作面分開供電。 (10)瓦斯噴出區(qū)域、高瓦斯礦井、煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井中，掘進工作面的局部通風機都應實行三專(專用變壓器、專用開關、專用線路)供電。 (11)局部通風機與掘進工作面的電氣設備，必須裝有風電閉鎖裝置。瓦斯噴出區(qū)域、高瓦斯礦井、煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井中的所有掘進工作面應裝設兩閉鎖(風電閉鎖、瓦斯電閉鎖)設施。因此，為了實現(xiàn)風電閉鎖，在掘進工作面的供電線路上應設一臺閉鎖用的磁力啟動器。 2022/9/1412電氣自動化負荷計算負荷計算是為電氣設備、輸電導

8、線選擇，繼電保護裝置整定提供重要的計算依據(jù)。一、用電設備功率的確定1、長時連續(xù)工作制用電設備：（補：解釋：熱平衡、30分鐘、導體通過電流達到穩(wěn)定溫升的時間大約為（34），為發(fā)熱時間常數(shù)。 10min。（34）大約就是30min。）銘牌值。舉例：礦山通風機、壓風機、照明燈負荷功率：等于銘牌下的額定功率2、短時工作制用電設備：（補：解釋：運行時間短，停歇時間長。）容量小可不考慮；容量大的適當考慮。舉例：絞車、電動車負荷性質2022/9/1414電氣自動化3、斷續(xù)周期工作制用電設備：*（1）斷續(xù)周期工作制：周期性地時而工作，時而停歇，如此反復運行，工作周期一般不超過10分鐘。（2）舉例:吊車、電焊機

9、。* （3）負荷持續(xù)率：為一個工作周期內時間與工作周期的百分比,用“”,即*（4）斷續(xù)周期工作制設備的額定容量（銘牌功率）PN，是對應于某一標準負荷持續(xù)率n 即 電焊機：2022/9/1415電氣自動化3、單臺用電設備的計算負荷 4、成組用電設備的計算負荷 2022/9/1417電氣自動化三、單相用電設備的計算負荷負荷盡量對稱；單相設備總容量15%按三相平衡負荷。1、如果單相設備容量超過三相設備容量15%時，則應將單相設備容量換算為等效三相設備容量，再與三相設備容量相加。2、確定計算負荷的目的：選擇設備和線路。3、計算負荷：最大負荷相有功負荷的3倍作為等效三相有功負荷，以滿足安全運行的要求。、

10、單相設備接于相電壓時的負荷計算計算負荷：最大負荷相的計算負荷的3倍作為等效三相計算負荷，以滿足安全運行的要求。2022/9/1418電氣自動化、單相設備接于相電壓時的負荷計算計算負荷：最大負荷相的計算負荷的3倍作為等效三相計算負荷，以滿足安全運行的要求。、單相設備接于線電壓時的負荷計算計算負荷：最大負荷線的計算負荷的倍作為等效三相計算負荷，以滿足安全運行的要求。2022/9/1419電氣自動化 四、變電所總負荷的計算計算原則：、按逐級計算法確定計算負荷：末 首?？紤]同時系數(shù)、線路損耗、變壓器損耗。、分組原則：按生產環(huán)節(jié)、設置地點分。、分組計算：負荷系數(shù)原則按需用系數(shù)法確定計算負荷總容量、需用系

11、數(shù) 2022/9/1420電氣自動化變壓器的選擇一、變電所主變壓器的選擇1、主變壓器臺數(shù)的確定1）具有一類負荷的變電所：兩臺： 礦山負荷的80% 2）只有二、三類負荷的變電所：兩臺或1臺（備用電源）。3)變電所主變壓器容量的確定 兩臺變壓器同時工作：兩臺，一臺工作，一臺備用。 2022/9/1421電氣自動化1變壓器型號的確定 在確定變壓器型號時，應考慮變壓器的使用場所、電壓等級和容量等級，還應考慮巷道斷面、運輸條件、備品配件來源等因素。一般在變電硐室內的動力變壓器，選擇礦用一般型油浸變壓器；在采煤工作面順槽及掘進巷道內，應選擇隔爆型干式動力變壓器或移動變電站。為了供電的經(jīng)濟性，應盡量選用低損

12、耗變壓器。常用低損耗礦用變壓器的技術數(shù)據(jù)見教材 2022/9/1422電氣自動化 3。變壓器容量的選擇 當在變壓器低壓側進行了無功功率補償后，變壓器的容量應按補償后的視在容量選擇。 1)采區(qū)變電所變壓器容量的選擇 根據(jù)已擬定的供電系統(tǒng)，將補償后變壓器二次負荷的總計算容量計算出來以后，可按下式選擇變壓器的容量。 SN.TSa.c式中 SN.T變SN.TS壓器的額定容量，kVA； Sa.c補償后變壓器二次負荷的計算容量，kVA。 當未在變壓器低壓側進行無功功率補償時，變壓器的計算容量可按下式計算： 2022/9/1424電氣自動化二、變壓器的損耗計算包括；有功功率損耗、無功功率損耗。1、變壓器的有

13、功功率損耗（1）空載損耗（鐵損Pt）：與變壓器的負荷無關?？捎煽蛰d實驗測定。（2）銅損Pcu：與負荷電流（或功率）的平方成正比。由短路實驗測得。有功損耗： 2、變壓器的無功功率損耗（1）產生主磁通（產生勵磁電流）QU：與負荷無關。與勵磁電流（或近似地與空載電流）成正比。（2）消耗在一、二次繞組電抗上的無功功率QN：與負荷電流（或功率）的平方成正比。如果缺少參數(shù)，變壓器的功率損耗可估算如下：PT= 0.02PT QT=0.1QT2022/9/1425電氣自動化(2)固定敷設的應采用鎧裝鉛包紙絕緣電纜或鎧裝聚氯乙烯絕緣電纜，也可采用不延燃橡套電纜；對于半固定敷設的電纜，為了移動方便一般選用不延燃橡

14、套電纜，也可選用上述鎧裝電纜。(3)低壓電纜不應采用鋁芯，采區(qū)低壓電纜嚴禁采用鋁芯。 (4)電纜應帶有供保護接地用的足夠截面的導體。 (5)固定敷設的照明、通信和控制用電纜，應采用鎧裝電纜、不延燃橡套電纜或礦用塑料電纜；非固定敷設的電纜，應采用不延燃橡套電纜。 2022/9/1427電氣自動化確定電纜的芯線數(shù)目2) (1)動力用的紙絕緣鎧裝電纜選三芯電纜。(2)動力用的橡套電纜，當控制按鈕不在工作機械上時，一般采用四芯電纜；對控制按鈕在工作機械上的，應根據(jù)控制要求增加控制芯線的根數(shù)。(3)信號電纜芯線根數(shù)要按控制、信號、通訊系統(tǒng)的需要決定，并留有備用芯線。(4)電纜中的接地芯線，除用作監(jiān)測接地

15、回路外，不得兼作其他用途。3)確定電纜長度電纜有一定柔性，敷設時會出現(xiàn)彎曲，所以電纜的實際長度L應按下式計算。即 L=KinLto式中 Lto電纜敷設路徑的長度，m； Kin電纜增長系數(shù)，橡套電纜取1.1，鎧裝電纜取1.05。 2022/9/1428電氣自動化 為了便于安裝維護和便于設備移動，確定電纜長度時還應考慮以下幾點：(1)移動設備的電纜，須增加機頭部分活動長度3 m-5m。(2)當電纜有中間接頭時，應在電纜兩端頭處各增加3m。(3)半固定設備的電動機至就地控制器的電纜長度，一般取5m-10m。(4)掘進配電點的電源電纜長度，一般按設計礦井投產時的標準再加100m配備。(5)掘進配電點至

16、掘進設備的電纜長度，按配電點移動距離考慮，但電纜長度以不超過100m為宜。2022/9/1429電氣自動化2低壓電纜主芯線截面的選擇電纜主芯線截面必須滿足以下幾個條件：(1)正常工作時，電纜芯線的實際溫度應不超過電纜的長時允許溫度，所以應保證流過電纜的最大長時工作電流不得超過其允許持續(xù)電流。(2)正常工作時，應保證供電網(wǎng)所有電動機的端電壓在95一105的額定電壓范圍內，個別特別遠的電動機端電壓允許偏移810。(3)距離遠、功率大的電動機時，在重載情況下應保證能正常啟動，并保證其啟動器有足夠的吸持電壓。(4)電纜短路時，應具有足夠的熱穩(wěn)定截面。(5)所選電纜截面必須滿足機械強度的要求。2022/

17、9/1430電氣自動化在按上述條件選擇低壓電纜主芯線的截面時，從啟動器到采掘運設備的支線電纜，一般按機械強度初選，按允許持續(xù)電流校驗后，即可確定下來。選擇干線電纜主芯線截面時，如干線電纜不長，應先按電纜的允許持續(xù)電流初選；當干線電纜較長時，應先按正常時的允許電壓損失初選；然后再按其他條件校驗。具體計算方法參考教材2022/9/1431電氣自動化二、高壓電纜的選擇 1高壓電纜型號、芯數(shù)、長度的確定1)高壓電纜型號的確定高壓電纜的型號應按下述原則確定： (1)固定敷設的高壓電纜應選用鎧裝電纜。立井井筒或傾角450及其以上的井巷內，應采用鋼絲鎧裝電纜；水平或傾角450以下的井巷內，應采用鋼帶鎧裝電纜

18、。 (2)在進風斜井、井底車場及附近、中央變電所至采區(qū)變電所的電纜可采用鋁芯電纜，其他地點必須采用銅芯電纜。2022/9/1432電氣自動化(3)移動變電站必須采用監(jiān)視型屏蔽橡套電纜。 (4)井下嚴禁使用鋁包電纜。 (5)電纜應帶有供保護接地用的足夠的截面的導體。 (6)硐室內和木支架的井巷中敷設的電纜，不得使用麻外被層電纜。 (7)電纜敷設水平差應符合教材工礦企業(yè)供電表68的規(guī)定，對橡套電纜、塑料電纜和紙絕緣不滴流電纜敷設高差不受限制。 2022/9/1433電氣自動化2)高壓電纜芯數(shù)的確定 鉛包鎧裝電力電纜可采用三芯，沒有鉛包及鎧裝層的電力電纜最少應為四芯電纜。3)確定高壓電纜的長度(1)

19、高壓橡套電纜和鎧裝電纜，其長度按式L=KinLto計算。(2)敷設在立井井筒中的電纜的長度按所經(jīng)井筒深度的102倍計算。(3)入井電纜應在地面和井下兩端各留8m10m的裕量。(4)電纜中間有接頭時，應在電纜的兩端頭處各增加3m。 2022/9/1434電氣自動化2高壓電纜主芯線截面的選擇 高壓電纜主芯線截面應按下述條件進行選擇： (1)按正常工作時的經(jīng)濟電流密度選擇。(2)按允許持續(xù)電流選擇。(3)按電纜首端的最大三相短路電流校驗其熱穩(wěn)定。(4)按正常和故障狀態(tài)時，分別校驗電壓損失。2022/9/1435電氣自動化 短路電流一、概述短路故障是電氣設備最嚴重的故障，對電氣設備的危害性最大。所以我

20、們要研究其種類、產生的原因。并采取相應的措施來預防或減輕其危害程度。一、短路的種類及產生短路的原因1、短路：供電系統(tǒng)中不等電位的點沒有經(jīng)過用電器而直接相連通。2、類型：三相、兩相、兩相接地、單相、單相接地。*分對稱性短路和非對稱性短路。 對稱短路：Za=Zb=Zc、Ua=Ub=Uc、Ia=Ib=Ic*最關鍵的兩個短路電流：最大短路電流-選擇設備、導線，最小短路電流-繼電保護裝置校驗 短路的電壓與電流的相位差較正常時增大，接近于90度。 單相短路只發(fā)生在中性點直接接地系統(tǒng)或三相四線制系統(tǒng)中。 其他：層間、層間短路。主要指電動機、變壓器和線圈等。3、造成短路原因：絕緣損壞、設備老化、使用不當、外力

21、作用、誤操作、鳥獸觸及等。2022/9/1436電氣自動化二、短路的危害1、特點：(1)電流劇增至正常電流的幾十甚至幾百倍（電流大）。(2)系統(tǒng)電壓驟降。2、后果：（1）損害設備和線路。（2）設備不能正常工作。（3）影響電力系統(tǒng)運行。（4）通信線路、電子設備干擾、產生誤動作。*3、保護措施：限制、裝設熔斷器、繼電保護裝置等。2022/9/1437電氣自動化三、計算短路電流的目的和任務1、選擇導線和設備。2、選擇和整定繼電保護裝置。3、確定接線和運行方式。4、選擇限流電抗器。供電系統(tǒng)中短路電流的兩種計算方法:有名值法和相對值法。一、有名值法（絕對值法、歐姆法）1、低壓電網(wǎng)短路電流的計算：*計算電

22、壓取比線電壓高5%。*對于高壓電路，一般只計電抗，不計電阻。*對于低壓短路時，當 時才需計算電阻。2022/9/1438電氣自動化2、短路電流計算步驟：1）求短路回路中各元件阻抗。（1）電源系統(tǒng)的阻抗（一般可不考慮電阻?？捎筛邏吼侂娋€出口斷路器的斷流容量（極限短路容量）來估算, 。由開斷電流Ioc來計算其斷流 ：（2）變壓器的阻抗： 2022/9/1439電氣自動化（3）輸電線路的阻抗：（*1、線路的電阻Rwl?？捎蓪Ь€電纜的單位長度電阻R0值求得。Rwl=R0L。2、線路的電抗Xwl?？捎蓪Ь€電纜的單位長度電抗Xwl值求得。Xw=X0L。）（4）限流電抗器的電抗：2）短路回路總阻抗的計算、折

23、算。（注意：等效阻抗的換算）。 2022/9/1440電氣自動化 3）短路電流的計算：（1）繪制短路計算電路圖：標參數(shù)、找短路點。（2）繪制等效電路圖，標出各元件阻抗值。（3）計算短路回路的阻抗。（4）計算短路電流。2022/9/1441電氣自動化 電氣設備的選擇 一、按使用場所選擇電氣設備的類型 井下電氣設備類型的選擇應符合煤礦安全規(guī)程)的規(guī)定，各類礦用電氣設備的使用場所見教材工礦企業(yè)供電 二、高壓配電箱的選擇 1高壓配電箱型號的選擇 礦用高壓配電箱的型號應根據(jù)下述情況，并結合礦井的實際條件選擇。 (1)礦用高壓配電箱有油斷路器、六氟化硫斷路器和真空斷路器三種。根據(jù)礦井設備真空化的要求，應優(yōu)

24、先選用真空斷路器的高壓配電箱。 2022/9/1442電氣自動化(2)礦用一般型高壓配電箱(又稱高壓開關柜)有固定式和手車式兩種。固定式價格較低，但維護檢修不如手車式方便；手車式維護檢修方便，故障時可更換備用手車迅速恢復供電，但價格較固定式高。設計時，應根據(jù)礦井的具體條件進行選擇。 (3)考慮到設備對保護的要求，根據(jù)煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，所選高壓配電箱應具有下述保護： 井下高壓電動機、動力變壓器的高壓側，應有短路、過負荷和欠電壓釋放保護。 供移動變電站的高壓饋電線，應有短路、過負荷、欠電壓釋放和高壓電纜監(jiān)視保護,此外，還必須裝設有選擇性的動作于跳閘的單相接地保護。 2022/9/1443電氣自動

25、化選擇方案時，應首先根據(jù)其用途確定選擇哪種形式的開關柜，然后根據(jù)負荷的種類、負荷的重要性和饋出線的數(shù)量等，本著安全、可靠、操作方便、經(jīng)濟的原則，根據(jù)變電所接線的需要進行合理地組合，選擇出合適的一次接線方案。具體選擇時一般應遵循以下幾點原則：(1)井下變電所的饋出線必須選擇裝有斷路器的開關柜。對雙回路供電的重要負荷，斷路器兩側均應裝有隔離開關。 (2)當開關柜直接控制高壓電動機時，可根據(jù)其啟動的頻繁程度選擇帶真空接觸器的開關柜或帶有斷路器的開關柜。當高壓電動機需串電抗器啟動時，還應選擇啟動電抗器柜；當電動機容量不大時，啟動電抗器可與其控制開關安裝在一個柜子中。2022/9/1444電氣自動化(3

26、)對進線開關柜一般應裝有斷路器。對饋出線少(一般不超過8條)、進線總數(shù)不超過二回路的中央變電所，且上一級變電所屬本企業(yè)管理時，亦可只用隔離開關。(4)母線聯(lián)絡開關一般也采用斷路器，對中央變電所當饋出回路數(shù)不超過8條時，也只用隔離開關聯(lián)絡。(5)當變電所采用電動操作時，為了保證有足夠的所用電能，應選擇所用變壓器柜。(6)為了測量和保護的需要，開關柜中還應有足夠的電流互感器；變電所每段母線上還應裝有電壓互感器。 2022/9/1445電氣自動化 2)二次接線方案的確定 開關柜的二次接線方案可根據(jù)保護和測量的要求及所選一次接線方案來選擇。(1)對需要裝設過負荷保護或具有動作時限的過電流保護的線路，應

27、選擇具有反時限過流保護裝置的二次接線方案。對只裝設瞬時過電流保護的線路，可選用只有瞬時過電流脫扣器的二次接線。需進行失壓保護的，還應裝有失壓脫扣線圈。(2)進線開關柜中一般應裝設電流表和有功、無功電度表。對饋出線一般應裝設電流表；對用電負荷較大的線路一般還應苯設有功電度表；需要了解其功率因數(shù)等情況時，還應裝設無功電度表。變電所的每段母線上均應裝設電壓表。 2022/9/1446電氣自動化三、低壓電氣設備的選擇 1低壓電氣設備型號的選擇 低壓電氣設備的型號除按使用場所選擇外，還應考慮以下幾點： 1)按工作機械對控制的要求選擇 1)供電線路用總開關、分路開關和配電點進線開關，應選用隔爆型真空譚電開關。 (2)不需要進行遠方控制及不經(jīng)常啟動的小型機械，一般選用手動啟動器或插銷式開關(3)需要進行遠方控制集中聯(lián)鎖控制或頻繁啟動的機械，應選用磁力啟動器。 (4)需要經(jīng)常正反轉的機械，應選用可逆磁力啟動器。 (5)40kW及以上的啟動頻繁的低壓設備，應選用真空磁力啟動器。 2022/9/1447電氣自動化2)按電網(wǎng)和用電設備對保護的要求選擇 (1)變壓器二次側低壓總開關應有短路、過負荷、失壓、漏電跳閘和漏電閉鎖保護，至少必須有短路和漏電跳閘保護。 (2)各分路配電開關應有短路、過負荷、失壓