煤礦掘進工作麵供電設計

ZF205運輸順槽掘進工作麵供電設計

一、 總論

1、設計依據

ZF205運輸順槽掘進工作麵供電設計依據為2016版新修訂《煤礦安全01manbetx 》、《煤礦井下三大保護細則》、《礦井供電》、《煤礦工業設計規範》、《煤礦井下供電設計技術規範》和《陝西省彬縣煤炭有限責任公司蔣家河煤礦初步設計》修訂版說明書、《蔣家河煤礦ZF205工作麵開采設計》的要求，設計內容的公式驗算來自《煤礦井下供電設計指導叢書》。

2、設計指導思想

以集團公司、煤業公司下發的關於《蔣家河煤礦各項指標及若幹考評意見》為本設計指導思想。堅持以經濟效益為中心，本著高起點、新機製、少投資、高效率的原則，采用先進工藝、先進技術，優化供電方案、降低設備損耗、提高供電功率因數，建成高效化礦井。

3、設計內容

序號	設計內容	具體參數
1	移動變電站	選型、位置數量、型號、長度等
2	饋電開關
3	啟動器
4	高壓、低壓電纜
5	開關整定	過流、過載、保護

4、設計要求

4.1、設計要符合煤礦安全01manbetx 、煤礦工業設計01manbetx 、煤礦井下供電設計技術規定。要具有供電可靠性、供電安全性、供電質量、供電經濟性。

4.2、設計遵循煤炭工業建設的方針政策，在保證供電安全可靠的基礎上進行技術經濟比較，選用最佳方案。

二、 ZF205運輸順槽掘進工作麵概況

1、工作麵的位置及四鄰情況

ZF205工作麵位於二采區三條大巷的北側，南端為二采區三條大巷護巷煤柱，西側為二采區未采實煤體，東側為ZF203工作麵采空區，北鄰礦井邊界保護煤柱。該工作麵上部對應地表為棗林村、棗林公路。

2、工作麵的煤層情況及相關參數

ZF205工作麵布置兩條巷道，分別為運輸順槽、回風順槽；兩順槽方位角均為345°，兩條巷道均布置在4＃煤層中。工作麵走向長1524m，傾斜長151m，留設大巷保護煤柱100m，可采走向長1420m，回采麵積為1420*151=214420m²。根據ZF203兩順槽掘進期間的煤層揭露及鑽孔煤層厚度探測，開采區域煤層平均厚度約為6.2m，最大厚度為8.4m，最小厚度為4.0m。工作麵地質儲量為196.9萬噸，可采儲量為148.8萬噸，回采率85.0％，計劃平均月產6.28萬噸，平均月推進度73.6m，可采期為20個月。

圖1-1

三、掘進工作麵供電對電能的要求

1、電壓允許偏差

《電能質量供電電壓允許偏差》（GB 12325—90）規定電力係統在正常運行條件下，電壓偏差計算公式如下：

電壓偏差＝×100%

2、三相電壓不平衡

根據《電能質量三相電壓允許不平衡度》規定：電力係統公共連接點正常運行方式下不平衡度允許值為2%，短時間不得超過4%。在采區變電所供電情況下，交流額定頻率為50HZ電力係統正常運行方式下由於負序分量而引起的pcc點連接點的電壓不平衡度能滿足規定要求。

3、電網頻率

《電能質量電力係統頻率允許偏差》（GB/T 15543—1995）中規定：電力係統頻率偏差允許值為0.2HZ，當係統容量較小時，偏差值可放寬到+5% HZ—－5% HZ，標準中沒有說明容量大小的界限的電網容量在300萬KW以上者為0.2HZ；電網容量在300萬KW以下者為0.5HZ。

4、波形

正常情況下，要求電力係統的供電電壓（或電流）的波形為正弦波，在電能的輸送和分配過程中不應該使波形產生畸變，還應注意負荷中諧波源（裝整流裝置等）的影響，必要時采取一定措施消除諧波的影響。

四、 主要設備選型及負荷統計

序號	名稱	型號	數量	電壓等級(V)	單機最大功率	負荷(KW)
1	懸臂式綜掘機	EBZ160	1	660	160	261
2	調度絞車	JD-1.6	5	660	25	125
3	調度絞車	JD-2.5	1	660	40	40
4	調度絞車	JD-1.0	2	660	11.4	11.4
5	回柱絞車	JSDB-13	2	660	22	44
6	可伸縮皮帶機	SSJ650/200/2×90	1	660	90	180
7	皮帶機油泵電機	YBK2-100L2-4	2	660	3	6
8	潛水水泵	BQS100-12-7.5/B	2	660	7.5	15
9	潛水水泵	BQS50-50-18.5/N	2	660	18.5	37
10	潛水水泵	BQS40-210/3-55/N	2	660	55	110
11	潛水水泵	BQS80-180/3-90/N	2	660	90	180
12	探水鑽機	MYZ-150	2	660	30	60
13	除塵風機		1	660	40	40
14	局扇	2x45	2	660	45	90
15	信號	ZBZ-10.0	1	660	10	10
16	照明	ZBZ-4.0	1	660	4	4
17	檢修電源					100
合計功率						1313.4

圖1-2

五、擬定供電係統的原則

1、采區高壓供電係統的擬定原則

1.1、供綜采工作麵的采區變（配）電所一般由兩回路電源線進行供電，除綜采外，每個采區應為一回路；

1.2、雙電源進線的采區變電所，應設置電源進線開關；

1.3、采區變電所的高壓饋出線宜用專用的開關櫃。

2、采區低壓供電係統的擬定原則

2.1、在保證供電安全可靠的前提下，力求所用的設備最省；

2.2、原則上一台啟動器隻能控製一台設備；

2.3、當采區變電所動力變壓器超過一台時，應合理分配變壓器負荷；

2.4、變壓器最好不要並聯運行；

2.5、從變電所向各配電點或配電點到用電設備采用輻射式供電，上山及順槽運輸機采用幹線式供電；

2.6、工作點配電點最大容量電動機的啟動器應靠近配電點進線；

2.7、供電係統應盡量避免回頭供電；

2.8、瓦斯噴出區域、高瓦斯礦井、煤（岩）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井中，掘進工作麵的局部通風機組都應實行三專（專用變壓器、專用開關、專用線路）供電；

2.9、局部通風機和掘進工作麵中的

電氣設備必須裝有風電閉鎖裝置。在瓦斯噴出區域、高瓦斯礦井、煤（岩）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井中的所有掘進工作麵應裝設兩閉鎖（風電閉鎖、瓦斯電閉鎖）實施。

六、設備布置方式及供電係統擬定

從二采區變電所11號高壓開關（PBG-300Y型）引一趟MYPTJ-3×95高壓電纜供運輸順槽側設備電源。

在運輸順槽巷口（皮帶機驅動機頭）向內約20m左右處布置一台移變（移變型號依據後文計算負荷選定），作為輸送順槽的移動變電站。為減少以後生產運輸環節及經濟合理性，此台移變作為ZF205工作麵運輸順槽皮帶機供電移變用。

供電電纜敷設線路：采區變電所——軌道大巷——205運輸順槽聯絡巷 —— 205運輸順槽 —— 205運輸順槽移動變電站。

七、供電設備選擇

1、移動變電站選擇

1.1、變壓器選擇注意事項

變壓器是供電係統中的主要電氣設備，對供電的可靠性、安全性和經濟性有著重要意義。如果變壓器容量選擇過大，不僅使設備投資費用增加，而且變壓器的空載損耗也將過大，促使供電係統中的功率因數減小；如果變壓器容量選擇過小，在長期過負荷運行情況下，銅損耗將增大，使線圈過熱而老化，縮短變壓器壽命。既不安全又不經濟。

1.2、台數的確定

采區變電所變壓器在一般情況下是按計算容量選設，不留備用量。其原因是為了盡力減少變電所硐室開拓量，降低供電成本。但是，若采區變電所的供電負荷中有一級負荷（如采區內分區水泵等）時，則變壓器台數不得少於兩台，以便保證供電的可靠性。但是我礦井將工作麵主排水係統由中央水泵房完成，水泵房供電由采區變電所提供雙回路供電。

1.3、工作麵負荷的計算及變壓器容量驗算

由於工作麵條件的變化，用電設備實際的負荷隨時都在變化，又由於生產環節的不同，在一組電氣設備中，同時工作的實際台數可能小於其總台數，所以每組用電設備的總的實際負荷總是小於該組總的額定負荷。我們將其實際負荷占額定負荷的比例用需用係數表示，工作麵的供電電壓為1140V。

根據公式：公式一

又因為：公式二

其中式中：為變壓器容量，KVA

-為所帶負荷中容量最大的一台電動機功率，KW

-為所帶負荷的額定功率之和，KW

-為電動機加權平均功率因數，取0.7

-表示需用係數

井下負荷名稱		需用係數	平均功率因數	備注
綜采工作麵		0.4+0.6	０．７	取計算功率
一般機械化工作麵		０．２８６＋０．７１４	０．６～０．７
炮采工作麵（緩傾斜層）		０．４～０．５	０．６
炮采工作麵（及傾斜煤層）		０．５～０．６	０．７
掘進工作麵		０．３～０．４	０．６
架線電機車		０．４５～０．６５	０．９
蓄電池電機車		０．８	０．９
輸送機		０．５	０．７
井底車場	無主排水設備	０．６～０．７	０．７
	有主排水設備	０．６～０．７	０．７

需用係數及平均功率因數表1-3

根據實際生產需要，運輸順槽總功率=1313.4KW

運輸順槽裝機單台最大功率=160KW

依據公式二：

得結果：=0.4+0.6*（160/1313.4)=0.473

依據公式一：

得結果：=0.473*（1313.4/0.7)=887.65KVA

依據結果得出：

移變選用KBSGZY-1000/10/1.14KV礦用隔爆型移動變電站。

又因為減少以後生產運輸環節及經濟合理性，此台移變作為ZF205工作麵運輸順槽皮帶機供電移變用。假定電源負荷側：皮帶機驅動、皮帶機二次驅動、信號集中控製綜保、照明綜保、卷帶、張緊、絞車、水泵等；

=（1#皮帶機驅動+2#皮帶機驅動+信號控製閉鎖綜保+照明綜保+卷帶裝置+張緊裝置）=959KW

=315KW

依據公式二：

得結果：=0.4+0.6*（315/959)=0.597

依據公式一：

得結果：=0.597*（959/0.7)=818KVA

依據結果得出：

移變選用KBSGZY-1000/10/1.14KV礦用隔爆型移動變電站。

經過計算得出結論，運輸順槽掘進工作麵選用移變為KBSGZY-1000/10/1.14KV礦用隔爆型移動變電站。

2、高壓開關櫃的選擇

2.1、高壓配電裝置選擇原則

根據環境條件和供電要求，確定其型號和參數是高壓配電裝置選擇的主要內容，高壓配電裝置的型號應符合《煤礦安全01manbetx 》第四百四十四條規定。

根據《煤礦安全規程》規定，礦用一般高壓配電箱適用於煤（岩）與沼氣突出的礦井井底主要變電所及主要進風巷道中，作為配電開關或控製保護高壓電動機及變壓器用。

根據《煤礦01manbetx 》規定，礦用隔爆型高壓配電箱適用於煤（岩）與沼氣突出的礦井井底主要變電所及所有變電所中，所以配電開關或控製保護高壓電動機及變壓器用。選用高壓開關時，除考慮使用場合外，其額定電壓必須符合井下高壓電網的額定電壓等級，額定電流應不小於所控製負荷的長期工作電流。高壓開關在選擇使用時，其斷流容量不得小於變電所母線上的實際短路容量。

2.2、ZF205運輸順槽工作麵高壓配電裝置選擇電壓等級

選用移變共有1台，分別是KBSGZY-1000/10/1.14型移動變電站，高壓配電箱選擇其額定電流應大於變壓器的最大長時工作電流。

依據公式得：

又因為此台移變作為ZF205工作麵回采時繼續使用，所以依據ZF204工作麵運輸順槽的供電負荷,選擇其額定電流應大於變壓器的最大長時工作電流。

依據公式得：

綜合考慮，得出結果，應選用型隔爆高壓真空配電箱，其額定電流為300A，額定電壓為10KV。

3、礦用低壓隔爆開關選擇

3.1、選擇原則

礦用一般開關適用於無沼氣和煤塵爆炸危險的礦井和無沼氣突出的井底車場幾主要進風巷道中。礦用增安型開關適用於有沼氣和煤塵爆炸危險的礦井和無沼氣突出的井底車場幾主要進風巷道和通風良好的硐室中。

礦用隔爆型開關可使用於沼氣突出礦井的任何地點及有沼氣和煤塵爆炸危險礦井的采區進風巷、回風巷道以及采掘工作麵。礦用本質安全型和礦用隔爆兼本質安全型開關的應用範圍同礦用隔爆型開關。在選用礦用低壓隔爆型開關時，其額定電壓必須小於或等於被控製線路的額定電壓，其額定電流要大於或等於被控製線路的負荷長期最大實際工作電流。同時應根據控製線路需要選定過流保護繼電器的整定電流值。

礦用低壓開關的接線喇叭口數目及內徑要符合受控線路所選用的電纜的條數及內徑要求。一個喇叭口隻允許接一條電纜。

3.2、根據電纜的長時工作電流選擇低壓開關。

序號	名稱	型號	數量	電壓等級(V)	負荷(KW)	開關選擇
1	懸臂式綜掘機	EBZ160	1	660	261	KBZ-400A
2	調度絞車	JD-1.6	5	660	125	KBZ-400A
3	調度絞車	JD-2.5	1	660	40	KBZ-400A
4	調度絞車	JD-1.0	2	660	11.4	KBZ-400A
5	回柱絞車	JSDB-13	2	660	44	KBZ-400A
6	可伸縮皮帶機	SSJ650/200/2×90	1	660	180	KBZ-400A
7	皮帶機油泵電機	YBK2-100L2-4	2	660	6	KBZ-400A
8	潛水水泵	BQS100-12-7.5/B	2	660	15	KBZ-400A
9	潛水水泵	BQS50-50-18.5/N	2	660	37	KBZ-400A
10	潛水水泵	BQS40-210/3-55/N	2	660	110	KBZ-400A
11	潛水水泵	BQS80-180/3-90/N	2	660	180	KBZ-400A
12	探水鑽機	MYZ-150	2	660	60	KBZ-400A
13	除塵風機		1	660	40	KBZ-400A
14	局扇	2x45	2	660	90	KBZ-400A
15	信號	ZBZ-10.0	1	660	10	ZBZ-10.0
16	照明	ZBZ-4.0	1	660	4	ZBZ-4.0
17	檢修電源				100	KBZ-400A

圖1-4

4、礦用低壓電磁起動器的選擇

4.1、選擇原則

磁力起動器的額定電壓必須大於或等於受控電動機的額定電壓，其額定電流應大於或等於受控電動機的最大工作電流。同時要根據過流保護需要對過流保護需要對過流繼電器選定適當的整定電流值。

磁力起動器進出線及控製線喇叭口內徑必須符合連接電纜的最大外徑要求，並且一個喇叭口隻能接一條電纜。工作機械不要求帶負荷改變旋轉方向時，可選用不可逆的磁力起動器。

磁力起動器必須具備良好的隔爆性能及可靠的過載和短路保護裝置。對使用環境的要求與隔爆自動饋電開關相同。

4.2、電磁啟動器的選擇

序號	名稱	型號	數量	電壓等級(V)	負荷(KW)	啟動器選擇
1	調度絞車	JD-1.6	5	660	125	QBZ-120N
2	調度絞車	JD-2.5	1	660	40	QBZ-120N
3	調度絞車	JD-1.0	2	660	11.4	QBZ-120N
4	回柱絞車	JSDB-13	2	660	44	QBZ-120N
5	皮帶機油泵電機	YBK2-100L2-4	2	660	6	QBZ-80
6	潛水水泵	BQS100-12-7.5/B	2	660	15	QBZ-80
7	潛水水泵	BQS50-50-18.5/N	2	660	37	QBZ-80
8	潛水水泵	BQS40-210/3-55/N	2	660	110	QBZ-120
9	潛水水泵	BQS80-180/3-90/N	2	660	180	QBZ-120
10	探水鑽機	MYZ-150	2	660	60	QBZ-120N
11	檢修電源				100	QBZ-120N

圖1-5

八、接地保護措施

井下保護接地係統是由主接地極、局部接地極、接地母線、接地導線和接地引線等組成.

井下保護接地網按<<煤礦01manbetx >>第448—第453條規定執行。

第448條 36V以上和由於絕緣置換可能帶有危險電壓的電氣設備的金屬外殼，構架等必須有保護接地。電氣保護接地工作，應按煤炭工業部頒發的有關礦井保護接地裝置的安裝、檢查與測定工作細則執行。

第449條 接地網上任一保護接地點測得的接地電阻值不得超過2Ω，每一個移動式和手持式電氣設備同接地網之間的保護接地用的電纜芯線（或其他相當接地導線，一以下各條同）的電阻值不得大於1Ω。

第450條 所有電氣設備的保護接地裝置（包括電纜的鎧裝、鎧皮、接地芯線）和局部接地裝置都應同井下住接地接成一個總接地網。

井下主接地極應在主副水倉中各埋設一快。主接地極應用鋼板或耐腐蝕的鋼板製成其麵積不大於0.7m²,厚度不小於5mm。在鑽孔中敷設的電纜，如果不能同主接地極相連接時應單獨形成一分區接地網，其分區主接地極應設在地麵。

局部接地極可設置於巷道水溝內或其他就近的潮濕處。設置在水溝中的局部接地極應用麵積小於0.6m²，厚度不小於3mm的鋼板或具有相同有效麵積的鋼管製成。並應平放於水溝深處；設置在其他地點的局部接地極，可用直徑不小於35mm，長度不小於1.5m的鋼管製成，管上至少鑽20個直徑不小於5mm的透眼，並垂直埋入底下。

第452條 連接主接地極的接地母線，應用截麵不小於50mm²的銅線截麵不小於100mm²的鍍鋅鐵線或厚度不小於4mm，截麵不小於100mm²的扁鋼。電氣設備的外殼同接地母線地母線局部接地極的連接電纜接線盒兩頭的鎧裝、鎧皮的連接，應用截麵不小於25mm²的銅線，截麵不小於50mm²的鍍鋅線或厚度不小於4mm，截麵不小於50mm²的扁鋼。

第453條 橡膠電纜的接地芯線，除用做監測接地回路處，不同兼作其他用途，采用屏蔽橡膠電纜，用於本質安全回路，不受此限。

九、工作麵漏電保護措施

1、變壓器中性點不直接接地供電係統的漏電保護措施。

1.1、裝設靈敏可靠的漏電保護裝置（漏電繼電器）並與屏蔽電纜配合使用，提高工作可靠性。

1.2、采用保護接地裝置。

1.3、對電網對地電容電流進行有效的補償，減小漏電電流值。

1.4、提高漏電保護裝置和自動饋電開關的動作速度，采用超前切斷電流裝置等。

2、對低壓電網漏電保護的要求。

2.1、正常情況監視電網的絕緣狀態，當絕緣電阻降低到下列數值時，應切斷供電電源；

1140v電網——相對地絕緣電阻為30kΩ。

660v電網——相對地絕緣電阻為11kΩ.

380v電網——相對地絕緣電阻為3.5kΩ

3、動作速度。

4、檢漏繼電器隻監視電網對地的絕緣電阻值，不反應電容大小。

5、電網的絕緣電阻值無論是對稱下降還是不對稱下降，動作電阻值不變。檢漏繼電器內部阻抗值應很大，正常時保證電網對地的絕緣，不增加人身觸電的危險

6、動作靈敏可靠，既不拒絕動作也不誤動作。

7、檢漏繼電器的動作電阻不受電網波動的影響。

8、對電網對地電容電流能夠進行有效補償。

9、送電前，發現漏電，應該將電源開關閉鎖，以防向故障電網送電。

10、動作要有選擇性，以便縮小故障範圍。

十、采區變電所的防火措施

1、采區變電所硐室必須用耐火材料建築，硐室出口附近5m之內的巷道支架應用耐火材料支護。

2、硐室出口出必須設置兩重門，既鐵板門和鐵柵門，鐵柵門在平時關閉，鐵板門平時向外敞開，當硐室內發生火災時，鐵板門能自動或手動關閉，對鐵板門和鐵柵門的要求符合《煤礦01manbetx 》第426條。

3、為了通風良好，《煤礦安全生產規程》規定硐室長度超過6m時，必須在硐室兩邊各設一個出口，出口處必須符合規程中第426條規定，硐室內最高溫度不得超過附近巷道中溫度5℃。

4、硐室敷設的電纜，根據《煤礦01manbetx 》規定要將其黃麻外皮剝掉，同時應定期在鎧裝層上加塗防鏽油漆，硐室內應設有砂袋、砂箱及幹式滅火器材。