采区变电所

摘要
采区变电所是采区供电中心，它担负着整个采区的受电、配电、变电任务。

采区变电所的基本组成有；高压配电箱、防暴型干式变压器或移动变电站，高低压自动馈电开关等主要部分。

本次设计论的是采区变电所移动变电所移动变电站、工作面配电点、采区变电所硐室等如何确定；负荷的统计及变压器型号、容量、台数的选择；高、低压电缆的选择及开关的确定等；最后来设计整套的采区供电系统。

关键词：供电系统，移动变电站，电缆
第一章采区供电设计概述
采区供电是整个井下供电的一个重要组成部分，同时也是井下采煤机械化，电气化的物质基础，它对整个采区的正常生产和安全应影响极大。

因此，正确地进行采区供电设计是十分必要的。

1.1采区供电设计的目的
井下采区供电设计的目的是应用煤矿井下供电理论知识具体解决井下供电的技术问题，使学生学会查阅技术资料和各种文献的方法，培养计算数据，绘制图表，编写技术资料的能力，掌握井下供电设计的技术经济政策及安全规程的规定，完成井下采区供电设计的内容及对机电设计技术员的基本训练。

1.2对井下采区供电设计的基本要求
设计要符合《煤矿安全规程》、《煤矿工业设计规范》和《煤矿井下供电设计技术规定》
设计遵循煤矿工业建设的方针政策，在保证供电安全可靠的基础上进行技术经济比较，选择最佳方案。

设备选型时，应采用定型的成套设备，尽量采用新技术，新产品，国产设备，积极采取措施，减小电能损耗、，节约能源。

设计质量确保技术的先进性，经济的合理性，安全的适用性。

1.3采区供电设计的任务
采区变电所和工作面配电点位置的确定
采区供电系统的拟定
采区变电所的负荷统计及变压器容量、型号、台数选择。

采区高压电缆的选择
采区低压动力电缆的选择
采区电网短路电流的计算
采取高、低压配电装置的选择
采区高、低压开关保护装置的整定计算
井下漏电保护及井下保护接地系统
采区变电所的硐室及设备布
编制设计说明书及绘制图纸的要
1.4采区供电设计说明书要求
说明书应反应出设计人员的基本设计思想、设计方法和步骤，给出主要计算公式及设备选择结论及技术特征。

设计中设备选择结果应以表格形式出现，方案比较应列表分析，对相同的计算选择内容可选一例计算，其余内容可用表格形式反应，免于重复。

设计说明书内容完整，计算准确，语言通顺，字迹工整，图示清楚按规定格式打印输出，设计图纸清晰整洁。

设计说明书须附英文内容摘要
第二章采区原始资料
2.1采区巷道布置及开采发法
采区为缓倾斜煤层，东西走向，向南倾斜，倾斜角8～10。

煤层中硬，低瓦斯，煤层平均厚度3m,一次采全高。

采区长100m、宽150m。

采煤方法用走向长壁后退式开采。

采煤机用可调高M G2×170型双滚筒采煤机组，支护用Z Y-35型支撑掩护式液压支架，采取二班生产一班检修的工作方式。

2.2运输及通风情况
工作面运煤由可弯曲刮板输送机，经顺槽刮板转载机，可伸缩带式输送机运至运输上山，运输上山采用一部宽为1m的带式输送机将煤运至采区煤仓。

工作面所需材料和设备的运输，用110K W单滚筒绞车从轨道上山运至轨道平巷，再由调度绞车运至工作面。

采区通风系统的新鲜风流由水平运输大巷，经采区运车上山，运输平巷进入工作面，污浊风流经轨道平巷，轨道上山，采区回风石门至斜风井。

2.3电源及负荷情况
井下中央变电所至采区距离为2000m，配电电压为6K V，采用双回路向采区变电所供电，以防一条线路故障或检修时，用另一条线路供电。

第三章采区变电所、工作面配电点及变电站位置的确定
3.1变电所及配电点位置的确定
3.1.1采区变电所位置的确定
采区变电所是采区供电的中心，其任务是将从井下中央变电所送来的6k v高压变为1140伏（660伏）低压，再配送至综采工作面及其他设备。

采区变电所位置选择要根据低压电网、供电电压供电距离，采煤方法采区巷道布置方式，采煤机械化程序和机组容量大小因素来确定。

随着回采工艺的发展，采煤机械化的提高，采区电气设备的日益增多，电气设备容量不断增大，而采煤机
功率大，供电线路高远，重载启动并且启动频繁，因此，采区变电所到机组最大供电距离由采煤机机组主电动机长时允许电压损失确定，以保证机组有足够的启动力矩。

根据《煤矿井下供电设计技术规定》第6-1-1条规定，采区变电所一般设在采区上（下）山的运输斜巷与轨道斜巷之间的横巷道内。

每个采区最好只有一个采区变电所对整个采区工作面供电，尽量减少变电所搬迁次数。

采区变电所要求通风良好，温度不得超过附近巷道5摄氏度，进出线和运输方便。

顶底板稳定，无淋水。

3.1.2移动变电站位置的确定
移动变电站设在综采工作面附近，将从井下中央变电所（或采区变电所）来的6K V 高压变为1140伏（660伏）后，再向工作面各用电设备供电。

《煤矿井下供电设计技术规定》第6-2-1条规定，采区移动变电站向采区供电时，向回采工作面供电的移动变电站位置一般距工作面100m～150m。

当下一个工作面供电尚未回采，起回风巷掘进完毕，可将上工作面的移动变电站设置在下工作面回风巷内，经过联络巷运输向上工作面供电置在下工作面回风巷内，经过联络巷运输向上工作面供电。

低沼气矿井的回采工作面移动变电站，可设置在该回采工作面的回巷内根据位置确定原则，向综采工作面供电的移动变电站设在距工作面150m，向顺槽带式输送机，绞车系设备供电的移动变电站在运输顺槽入口处，距上山巷道20m地方。

3.1.3工作面配电点位置确定
工作面配电点是将由移动变电所送来的1140伏（660伏）的电能分配到回采工作面至掘进工作面的机电设备上，主要起配电作用，它随工作面的推进而移动。

1．回采工作面的配电点，大都设在工作面附近的运输平巷或回风巷的避硐里，一般距工作面50m～100m。

2．掘进工作面配电点大都设在掘进巷道或附近巷道的一侧，一般距掘进工作面80m～100m。

3.1.4采区变电硐室及设备布置所
一.对硐室的要求
采区变电所硐室必须用耐火材料建筑，硐室出口附近地区5m之内的巷道支架应用耐火材料支护。

硐室出口处必须设置两重门，即铁搬门和铁栅门，铁栅门在平时关闭，铁板门平时向外敞开，当硐室内发生火灾时铁板门应能自动或手动关闭。

为了通风良好《煤矿安全规程》规定硐室长度，超过6m是必须在硐室两端各设一个出口，硐室内最高温度不得超过巷道中温度的5摄氏度。

硐室内敷设的电缆，根据《煤矿安全规程》规定，要将黄麻外皮剥除掉，同时应定期在铠装层上加防锈油漆，硐室内应设有砂袋、砂箱及干式灭火器材。

二.硐室内设备布置的要求；
硐室的高低压配电设备应分开设置，其间应留有大于0.8m的过道、电缆线路沿硐室墙壁敷设。

硐室内所有电气设备的外壳要求有良好的接地，接地干线沿硐室内墙壁敷设，距地一般0.5m，接地极埋设在附近有水沟硐室中或有潮湿的地段，接地干线与井下主接地系统相连。

变电所硐室尺寸按设备数量及布置方式确定，一般不留设备位置，硐室内一般不设电缆沟，电缆沿墙壁挂设，穿过硐室密闭门出需用
φ60m m焊接钢管保护。

硐室内照明设备采用K B Y—15型，15W，127V照明灯，灯距4m。

采用V100型电缆沿硐室顶敷设。

硐室内高压电气设备必须在明显处挂有“高压危险”的标牌，在硐室入口处用有类似告示牌，无人值班的硐室必须关门加锁。

安装在巷道内的移动变电站或平车上的综合机械化工作面的机电设备，最突出部分根据《煤矿安全规程》与巷道支护之间的距离不小于0.25m，同时输送机的距离应满足设备检查、检修需要，并不得小于0.7m。

3.2采区变电所的负荷统计
采区变电所负荷统计，根据采区开拓、开采方法、系统的运行方式、负荷分配原则等，首先确定每台变压器担负的负荷进行负荷统计列表：
用需用系数法统计负荷：
每组用电设备总的实际负荷∑p
总是小于该组的总额定负荷
∑p
N。

将实际负荷与
额定负荷的比值用需用系数
k
de
表示。

综合机械化采煤工作面需用系数按经验公式计算：
∑
+=p
p
k N
N de
max
.6.04.0 （3-1）
式中：
p
N max .—该组容量最大的一台电动机额定功率；
∑p
N
—该组用电设备的功率之和；
成组用电设备的计算负荷为：
∑=p
k p
N
ed ca
（3-3）
ϕ
wm
ca
ca
p
Q
tan =
（3-4）
ϕ
wm
ca ca
p
S
cos =
（3-5）
式中：
p
ca
、
Q ca
S ca 用电设备组有功功率计算负荷，k W ；无功计算负荷，k v a r ；
视在计算负荷，k VA ；
ϕ
wm
cos —该组用电设备的加权平均，功率因数
ϕ
wm
tan —与
ϕ
wm
cos 对应的正切值
查《工矿企业供电》表2-2得ϕ
wm
cos 可取0.6～0.7，故取
ϕ
wm
cos =0.7
成组负荷统计
第一组
62
.024.9972
1706
.04.0=⨯+=k de （3-6）
3.5982
4.9976.0=⨯=p
ca
k W （3-7）
4
.610tan 3.598=⨯=ϕ
wm
ca Q
k v a r （3-8）
7.8547.03
.598==
S ca k VA （3-9）
A
=⨯=
=
8.43214
.137.8543U
S I N
ca
ca （3-10）
第二组：查表
2-2 取k
de =0.7
7
.0cos =ϕ
1.1854.2647.0=⨯=p
ca
k W （3-11）
8
.188tan 1.185=⨯=ϕ
wm
ca Q
k v a r （3-12）
4
.2647
.0==p
S
ca
ca
k VA （3-13）
2
.23166
.034.2643=⨯=
=
U
S I N
ca
ca A （3-14）
第三组：查表
2-2 取k
de =0.7
7
.0cos =ϕ
8
.1294.1857.0=⨯=p
ca
k W （3-15）
4
.132tan 8.129ϕwm
ca
Q
⨯=k v a r （3-16）
4
.18538.129==
U S N
ca k VA （3-17）
2
.16266
.034.1853=⨯=
=
U
S I N
ca
ca A （3-18）
3.2.1 变压器型号、选择确定 一.主变压器型号选择确定原则
在确定变压器型号时，应考虑国产矿用变压器的电压等级和容量，同时应根据巷道断面，运输条件及设备容量等因素对选用方案进行经济比较，选取最佳方案。

1.矿用动力变压器
目前我国煤矿井下主变电所及采区变电所内使用的动力变压器主要是
K S J 及
K S Z L 系列，均为矿用一般型设备，允许安装在无易、易爆性气体的环境中。

2.矿用隔爆型干式变压器
K S G 及K S G L Z 系列矿用隔爆型干式变压器主要用于易燃、易爆危险的场合，如煤矿井下采掘工作面等处。

K S G B 矿用隔爆型干式变压器可用于有甲烷混合气体和煤尘等具有爆炸危险的矿井中，作为煤矿井下综合机械化系统成套设备的主要供配电装置。

3.隔爆移动变电站
K S G Z Y 型矿用隔爆千伏级移动变电站是根据我国煤矿井下采煤方式，由炮采及普通机械化采煤逐渐向综合机械化发展的需要而研制的一种成套高档供电设备，该设备可用于综合机械化采煤工作面，也可在普通机械化660伏采区推广使用。

区变电所变压器在一般情况下是按计算容量选设（
S S
T
N
T >.），不留备用量，其原因
是为了尽力减少变压器所在硐室的开拓量，降低供电成本，但是，若采区变电所的供电负荷中有一类用户，（如采区内分区水泵）时，则变压器台数不得小于两台，以保证供电的可靠性。

对低瓦斯煤矿按照《煤矿安全规程》要求，局部通风机使用专用变压器，对低瓦斯煤矿采掘工作面应分开供电。

主变压器容量选择：采区变电所每台变压器的计算容量按容量系数计算：
k
p
S
s
wm
ca
T
ϕ
.cos ∑=
（3-19）
见《煤矿电工学》书191页式（7-4）式中：
s
T
—变压器计算容量，k W ;
k
S
—
组间同时系数，当供给一个工作面时取1，供给两个工作面时取0.95，供给三个
工作面及以上工作面时取0.9.
∑p
ca
—变压器所带各组设备计算功率之和，
k W
ϕ
twm cos —变压器加权平均功率因数；变压器容量的确定：根据所选变压器型号
和所求变压器计算容量
s
T
，选取应满足下列条件的变压器额定容量：
S S
T
N
T ≥. 第
一台变压器的容量计算：
7.8547
.01
3.598cos =⨯=
=
∑k
p
S
S
twm
ca
T
ϕ
k VA （3-20）
式中：
ϕ
twm cos —变压器加权平均功率因数为
7
.0cos =ϕ
twm
k
S
—组间同时系数，仅供一个工作面时取
1
=k
S
根据《工矿企业供电》书，查表5-11选用K B S G Z Y-1000/6型变压器一台。

1000
.=S
N
T k VA >
7
.854=S
T
k VA ,容量满足要求。

第二台变压器容量计算：
4.26417
.01
.185cos =⨯=
=
∑k
p
S
S
twm
ca
T
ϕ
k VA （3-20）
查表选用K B S G Z Y-315/6型变压器一台 第三台变压器计算：
4.18517
.08
.129cos =⨯=
=
∑k
p
S
S
twm
ca
T
ϕ
k VA （3-21）
选择见列表3-1
第四章井下高、低压电缆的选择
4.1井下高压动力电缆的选择确定
4.1.1井下高压电缆选择确定原则
1.按经济电流密度计算，选定电缆截面，对于输送机容量较大，年最大负荷利用小时数较高的高压电缆尤其应按经济电流密度对其截面进行计算。

2.按最大持续负荷电流校验电缆截面，如果想单台设备供电时则可按设备的额定电流校验电缆截面。

3.按系统最大运行方式时发生的三相短路电流校验电缆的稳定性，一般在电缆首端（馈出变电所母线）选定短路点。

4.按正常负荷及有一条电缆发生短路故障时，分别校验电缆的电压损失。

45 及其以上的巷5.固定敷设的高压电缆型号应按一下原则确定：在立井井筒倾角
道内，应采用钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢丝铠装交联聚乙烯绝缘电缆
45 以下的井下巷道内，采用钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电6.在水平巷道或倾角
缆，钢带铠装聚乙烯绝缘电缆或钢带铠装铅包纸绝缘电缆。

7.在进风斜井下，井底车场及其附近，主变电所至主采区变电所之间的电缆可以采用铝芯，其他地点必须采用铜芯电缆。

8.移动变电站应采用监视屏蔽橡胶电缆。

4.1.2确定电缆的型号和长度
根据电缆型号的确定原则，全部选择煤矿用阻燃电缆，其型号选择如下：由中央变电所至采区变电所的高压电缆，M Y J LV 22-3.6/6型煤矿用铝芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套聚氯乙烯护外被层细钢丝铠装阻燃型塑料电缆；由采区变电所至移动变电站的高压电缆，选用M Y P T J -3.6/6 型矿用移动屏蔽监视橡套软电缆：采煤机选用M C P -0.66/1.14型矿用移动屏蔽橡套软电缆；向千伏级设备供电的电缆，均选用M Y P -0.66/1,14型矿用移动屏蔽橡套电缆；其他从启动器至电动机以及向顺槽供电的干线均选用 M Y P -0.38/0.66型矿用屏蔽橡套软电缆；向上山绞车，上山输送机供电的干线电缆选用M V V 22-0.66/1铜芯聚氯乙烯外被层钢带铠装电力电缆；电钻选用电钻专用M Z P -0.3/0.5型型矿用屏蔽电钻电缆。

根据电缆长度的确定原则，以采区变电所、移动变电站和采煤机的供电电缆为例，确定电缆长度。

从中央变电所至采区变电所M V L 22型电缆的总长度为：
()m L K L to in 238220249200005.1.=++⨯== （4-1）
式中： 2000—中央变电所至采区入口处距离，m ； 249 —采区入口处至采区变电所距离，m ； —采区变电所引入线的距离，m ；
假设电缆中间有三个接头（电缆又中间接头时应在电缆两端头处各增加3m ）则电缆总长度应为：
2382+6⨯3=2400m （4-2） 从采区变电所至
1#变电站
M Y P T J — 3.6/6
型电缆总长度为：
()m L K L to in 187201501.1.=+⨯==
（4-3）
式中：150—采区变电所至上山巷道口距离，m 20 —1变电站至上山巷道的距离，m
考虑一般每条电缆长100m 有一个接头，则电缆长度应为187+6=193m 因此，长度取200m.
从#
1移动变电站至#
2移动变电站的
M Y P T J — 3.6/型电缆的总长度为：
1100)1501501000(1.1=--⨯==to in L K L m （4-4）
式中：1000—采区走向长度m 。

150--采区变电所至上山巷道口距离m 150 —2#移动变电站至工作面的距离m
向移动变电站供电的电缆，一般每段长100m 用插销式电缆连接器连接，这样可随移动变电站移动，比较方便地将电缆拆除或接入，所以，应选11段电缆，总长度为1100m 考虑到电缆中间有10个接头及其两端的变电站的电缆所需总长度为1100+610⨯=1166m 因此，选择总长度为1200m 电缆满足了供电距离的要求。

向采煤机供电M Y P —0.66/1.4型支线电缆，考虑工作面长度150m 配电点至工作面距离70m 则电缆长度为：
()m L K L to in 242701501.1.=+⨯==。

再增加长度5m 和与
启动器连接处3m 所以确定电缆长度为250m 。

4.1.3电缆主芯线截面积的选择 1、高压电缆截面的选择
采工作面负荷统计表可知，采区变电所至#
2移动变电站电缆最大工作电流为113.6A ，查《工矿企业供电》表7-12，选择截面为252
m m ，其长时允许电流为121A ，大于113.6A ，查《工矿企业供电》表7-6选用M Y P T J -3.6/6-3×25+1×16+3×2.5
型移动变电站专用高压电缆。

由于此型号的目前最小截面为252
m m 。

所以，#1移
动变电站采用电缆选用此种电缆（设环境温度为
25C ） ①按短路时热稳定条件校验截面：
电缆首端最大运行方式时三相短路容量为100M VA
三相短路电流：
2
.93
3.61010033)3(=⨯⨯=
=
∞
av
s U S I
k A （4-5）
i
t C
I A )3(min
∞= （4-6）
式中：min A —最小截面，2
m m
)3(∞
I —三相短路电流，A
C —导体材料的热稳定系数，见《工矿企业供电》表3-10，取C =112A
i t —假想短路电流作用时间，S （对于井下高压开关取0.15s ）。

2
3min
8.3111215.0102.9mm A =⨯⨯=>252
m m
不符合要求改用截面为352
m m ，M Y P T J -3.6/6-3×35+1×16+3×2.5型电缆。

②按允许电压损失校验截面：
A r U L P K U P U sc N N de N R
r ∑⨯=
=∆310 （4-7）
式中：r U ∆—导线电阻上的电压损失，V ；
N U —线路的额定电压，V ；
∑N
P
—该段线路的用电设备额定功率之和，k W ；
L 、A 、
SC r —该段线路导线的长度，
；截面积，2m m ；电导率，m /(2mm ⋅Ω)；
《工矿企业供电》表3-4，取
SC r =53；
de K —该段线路所有负荷的需用系数：
6
.855335600010120064.1261629.0103
3=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==∆∑A r U L P K U P U sc N N de N R r V （4-9）
线路电压损失允许值查《工矿企业供电》表7-16，允许电压损失为额定电压的5%。

6000×5%=300V >85.6V 2.符号要求。

由中央变电站至采区变电所的高压电缆。

由负荷统计表可知采区标点所的最大长时工作电流为119.3A .查表《工矿企业供电》表7-12选择截面为502
m m 的电缆，其长时允许电流为163A ,其值大于119.3A 。

确定选用M Y J LV 32-3.6/6-3×50型矿用铝芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套聚氯乙烯护被层钢丝铠装阻燃型塑料电缆。

①按短路的热稳定提哦案件校验
电缆首端最大运行方式时三相短路容量为100M VA
三相短路电流
2
.93
3.61010033)3(=⨯⨯=
=
∞
av
s U S I
k A
2
3min
8.3111215.0102.9mm A =⨯⨯=<502
m m ,符合要求。

（4-10）
②按允许电压损失校验截面：
4
.2085032600010240004.1447576.0103
3=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==∆∑A r U L P K U P U sc N N de N R r V （4-11）
线路电压允许值为额定电压的5%，6000×5%=300。

符合要求。

3.低压电缆截面选择
①选择支线电缆截面。

支线电缆的截面应按机械强度和长允许电流选择和校验，下面以采煤机支线为例选择截面。

查表7-20满足采煤机机械强度的最小截面为
352
m m ，查表7-12，其长时允许电流为138A ，小于采煤机额定电流216A 。

确定
选用702
m m 的电缆，其长时电流为215A ≈216A 。

考虑到用电设备的实际负荷一般
小于其额定负荷，所以选择702
m m 的电缆是合适的，考虑到控制要求，最后选用M C P -0.66/1.14-3×70+1×35+3×6型采没机用屏蔽橡套电缆。

②选择干线电缆的截面，从#
2移动变电站到配电点的干线电缆长度很短（仅为80×1.1m.取90m ，所以电压损失不是主要矛盾。

因此，应该允许负荷电流初选其截面。

供该采煤机配电干线电缆的最大长时工作电流为：（取干线负荷
7.0cos ,7.0==wm de K ϕ）
8
.2487
.014.13)
04.02.175752170(7.0cos 3=⨯⨯++++⨯⨯=
=
∑wm
N N de ca U P K I ϕ A （4-12）
按952
m m 的橡套电缆，其允许电流为260A >248.8A 4.按正工作时允许的电压损失校验电缆截面。

2#移动变电站变压器的电压损失为：
)sin %cos %(%.T x T r T
N T
T U U S S U ϕϕ+=
∆ （4-13）
T
N T T U U U .2100
%
∆=
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参考文献
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[2]佟熙田、雷芳清煤矿井下供电设计指导，2000
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工厂供电。

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[9]顾绳谷、电机及拖动基础[M]、北京：机械工业出版社，1981
[10]谭思鼎、电工基础[M]、北京：高等教育出版社，2001
致谢
通过本次自己动手计算及编写毕业的设计说明书，使我们掌握和学习了煤矿井下采区供电设计的基本方法，同时也培养了我们独立分析和解决问题的工作能力，及实际工程设计的基本技能，实现了对电气技术员的基本训练，为我们走向工作岗位创造了良好的基础。

毕业设计也使我们能够综合运行用所学知识，分析和解决煤矿井下采区供电初步设计反面的技术问题，巩固和扩展知识领域，培养严肃认真的科学态度，提高独立工作的能力。

通过设计我们掌握了采区供电设计的基本方法，比较熟悉了国家的有关技术、经济面的方针政策以及安全方面的规程和措施。

通过毕业设计，使我们进一步获得审阅文献、收集资料、调查研究、综合分析、计算比较、设计制图和编写说明书等多方面的训练。

进一步培养独立思考和处理实际工作能力，掌握作为高等技术人员必须具备的一些技能。

巩固和扩展我们自
己的知识领域，培养我们严肃认真的科学态度，提高我们独立工作的能力。

在这里也要谢谢指导老师，让我们从中学到了很多书本中学不到的东西，是我们在以后的工作岗位中，能够用专业技术知识完善自己，使自己成为一个综合性的素质人才，为国家和社会奉献自己的一份微薄力量！。