煤矿井下供电

煤矿井下供电前言随着科学技术的进步，煤矿供电有着电压越来越高、负荷功率越来越大、线路越来越复杂、供电保护越来越精确的趋势。在这种趋势下，原本依靠人工计算或查表进行供电保护的方法就无法满足即时、高效、精确的要求。于是，就必须要有一种快速、高效、准确的辅助工具，以满足需求。煤矿供电设计与管理系统应运而生。系统简介矿井供电设计与管理系统能迅速绘出高低压供电系统图，能实现高低压短路电流、开关整定保护、电压损失、电缆长时载流量等自动计算，同时自动生成相关Word文档计算说明书。该系统集绘图、计算、设计、优化、管理于一体，运行环境简单，人机界面友好，技术水平国内领先。技术依据本系统技术依据主要来自：1.煤炭工业出版社1995年版《煤炭电工手册（修订本）》（以下简称《手册》）第二分册2.煤炭工业部1998年制定《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》（以下简称《细则》）3.煤炭工业部1992年制定《煤矿安全规程》（以下简称《规程》）4.煤炭工业部1994年制定《煤炭工业矿井设计规范》（以下简称《规范》）功能和特点1.绘图能迅速绘出电路系统图，既美观大方有能实时动态修改图形。2.电网设计计算由供电系统图能迅速、准确、动态的计算出整个供电系统的短路电流、保护整定值、长时载流量、电压损失等，并可以高效的进行电网设计工作。功能和特点3.自动生成Word文档计算说明书在计算的同时，能自动生成短路电流、保护整定、负荷统计、长时载流量、电压损失等Word文档计算说明书。4.数据库管理系统采用开放的数据库，用户可以方便的添加修改设备的参数，并能对设备参数进行查询。功能和特点5.系统开发平台与运行环境、系统开发平台基于Windows2000/xp，采用多层次的Client/Server结构，在面向对象思想指导下设计与实现的。其前端采用的是VC++，后台数据库服务器由Access组成。绘图本系统通过对CAD进行二次开发，形成了一套完整的机电设备图例库，能够方便快捷实时动态的绘制修改图形。并且，根据需要，可以对图例进行随意的修改。供电设计计算回路短路电流计算电压损失计算开关保护整定回路短路电流计算两相短路电流：三相短路电流：222)()(2XRUIed223)()(3XRUIed其中：短路回路内一相电阻值的总和：短路回路内一相电抗值的总和：系统电抗值：21RRKKRRbbb21XXKKXXXbbbxdppxSUUXR1、X1-根据三相短路容量计算的系统电抗值；Rb-矿用变压器的变压比，若一次电压为6000V，二次电压为400、690、1200V时，变比依次为15、8.7、5；当一次电压为3000V，二次电压为400V时，变压比为7.5；Rb、Xb-矿用变压器的电阻、电抗值；R2、X2-低压电缆的电阻、电抗值；正常工作电压损失计算变压器电压损失＋低压电缆电压损失U正常工作电压损失计算变压器：其中：电压损失百分比：)sincos(2xrebUUUUSSe)sincos(%xrbUUU正常工作电压损失计算低压电缆：电压损失绝对值：电压损失百分比：)(00tgXRULPKUeex)(%00tgXRUULPKUeeex电机起动端电压计算：电机起动阻抗：电机实际起动电流：电机实际起动电压：qeeqIUZ3qsqpZIU32223()()esqUIRX其中起动回路总电阻：起动回路总电抗：qTRRRR1qTXXXX1低压开关选择原则馈电用总开关和母线的分断开关局部通风机、一般设备、远方控制和集中闭锁控制的开关煤电钻用的变压器开关应选用综合保护器需控制正、反转机械的开关开关整定计算（一）过流保护理论计算值：33xeeweeKPSIUcosUzwIKI开关整定计算（一）短路保护理论值即最大电流计算公式：整定计算灵敏度：wqexeIIKIdzdsIIK2开关整定计算（二）过流保护理论计算值：短路保护理论计算值：整定计算灵敏度：IenIdzezIKIdzdsIIK2熔断器理论计算值：整定计算灵敏度：qedzxeIIKIKdzdsIIK2供电设计（设备选型）采区低压网络的有关规定变压器选择电缆的截面、芯数、长度回路短路电流计算、正常和启动电压损失校验开关整定井下供电设备的特殊工作条件井下空气中含有易燃易爆的瓦斯和煤尘设备对地泄漏电流可能引爆电雷管井下空间狭窄人体易触电冒顶、片帮事故可损害电缆等电气设备井下的条件使设备易受潮有些硐室、巷道温度高，设备散热条件差采掘设备移动、启动频繁常产生短时过载为防出水事故，排水设备对供电要求高井下停电可导致水淹、瓦斯聚集……井下供电的要求严格遵守煤炭部颁发的《煤矿安全规程》及《煤炭工业矿井设计规范》中有关的规定注意安全可靠、经济合理性设计原则（1）在保证供电可靠的前提下，力求所拟图中使用的开关、电缆等设备最省。（2）尽可能由一台变压器向一个生产环节或工作面的机械供电，以便缩小事故所引起的停电范围。（3）对单电源进线的采区变电所，当其变压器不超过两台且无高压馈出线时，通常可不设电源断路器；而当其变压器超过两台并有高压馈出线时，则应设进线断路器。（4）在对生产量较大的综合机械化工作面或下山排水设备进行低压供电时，应尽量采用双回路高压电源进线及两台或两台以上的变压器，使得当一回线路或一台变压器发生故障时，另一回线路或另一台变压器仍能保证工作面正常生产及排水供电。设计原则（5）对第一类负荷为高压设备（如高压水泵）或变压器在四台以上（即采掘工作面较集中的盘区）的采区变电所，因其已处于能影响矿井安全的地位，故应按前述井下主要变电所的接线原则加以考虑。（6）变压器尽量采用分列运行。这是由于当采用并列运行时，线路对地电流的增加会对安全造成威胁；电网绝缘电阻的下降可使漏电继电器的运行条件恶化，在发生漏电事故时又会因一台检漏继电器控制两台变压器的馈电开关，而使停电范围加大，从而使可靠性降低之故。（7）一个开关只能控制一种用电设备，容量愈大的开关，应排得离电源愈近。设计原则（8）为了防止采用局扇通风的工作面的沼气爆炸事故，根据《风电沼气闭锁系统技术规范》规定，对高沼气及沼气突出的矿井，局扇的供电系统应装设专用变压器、专用电缆、专用高低压开关配检漏继电器、以及因停风或因沼气超限均需切断掘进工作面的电源的闭锁系统。对低沼气矿井局扇，仅实行风电沼气闭锁。由于局扇独立于其它供电设备线路，故不受其它电气设备故障（如漏电，短路等）跳闸的影响。变压器选择与校验视在功率计算公式（见《手册》348页）式中：:所计算的电力负荷总的视在功率，kVAcoscosxexeeSKPKPSKeS变压器选择与校验需用系数（取0.3~1），按以下两种情况计算：A：单体支架各用电设备无一定顺序起动的一般机组工作面B：自移式支架，各用电设备按一定顺序起动的机械化采煤工作面0.2860.714sxePKP0.40.6sxePKP井下高压网络的设备选择计算井下高压电缆的选型与计算井下高压开关选择井下高压电缆的选型与计算井下高压电缆的选型与敷设要求（参考《规程》）井下高压电缆的截面选择按允许持续电流选择截面按经济电流密度选择截面井下高压电缆的截面校验按短路时的热稳定性校验按正常负荷和发生事故时的电压损失校验井下高压电缆的选型与计算固定敷设的动力电缆应采用铠装铅包纸绝缘电缆、铠装聚氯乙烯绝缘电缆或不燃性橡胶电缆移动式和手持式设备应使用专用的不燃性橡胶电缆使用带有分相屏蔽的橡胶绝缘屏蔽电缆低压电缆严禁采用铝芯井下高压电缆的截面选择下井主电缆的截面选择条件考虑一回停止供电时其它下井主电缆应满足最大涌水量时的需要：按允许持续电流选择考虑在正常涌水量，全部电缆投入运行时的需要：按经济电流密度选择校验地面变电所母线（或下井电抗器的负荷端）发生三相短路时的热稳定性校验正常负荷时的电压损失校验当一回路发生事故时的电压损失井下高压电缆的截面选择供采区变电所及单台设备电缆的截面选择按允许持续电流选择：采区以最大持续负荷电流计算；单台设备以额定电流计算校验电缆首端（即馈出变电所母线）发生三相短路时的热稳定性校验正常负荷时的电压损失校验当一电缆发生事故时的电压损失井下高压电缆的截面选择按允许持续电流选择（同低压部分）cccKII≥ccIKcI：空气温度为25℃时电缆允许载流量，A：环境温度校正系数，25℃时取1，温度越高值越小，温度越低值越大：通过电缆的最大持续工作电流，A井下高压电缆的截面选择按经济电流密度选择（见《手册》下册P349）cIAnJJncI：通过电缆的最大持续工作电流，A：同时工作电缆的根数（不考虑损坏）：经济电流密度，A/mm2井下高压电缆的截面选择按经济电流密度选择（见《手册》下册P349）年最大负荷利用小时（h）经济电流密度（A/mm2）铜芯电缆铝芯电缆1000~30002.51.933000~50002.251.73≥500021.54井下高压电缆的截面选择按电缆短路时的热稳定性1）热稳定系数法，适用于纸绝缘电缆（见《手册》下册P350）(3)dtAIC≥Ct(3)dI：三相最大稳态短路电流，A：短路电流作用的假想时间，s：热稳定系数井下高压电缆的截面选择假想时间t的选取：电力系统容量超过150MVA，瞬时动作的井下中央变电所井下可取0.25s地面馈出为0.5s时，井下中央变电所可取0.65s按电缆短路时的热稳定性1）热稳定系数法，适用于纸绝缘电缆（见《手册》下册P350）井下高压电缆的截面选择导体种类铜铝电缆种类有中间接头油浸纸绝缘有中间接头油浸纸绝缘额定电压（KV）短路允许最高温度（℃）1202501202003~1093.415960.490按电缆短路时的热稳定性1）热稳定系数法，适用于纸绝缘电缆（见《手册》下册P350）井下高压电缆的截面选择按电缆短路时的热稳定性2）电缆的允许短路电流法，适用于交联聚乙烯电缆（见《手册》下册P350）线芯长期允许工作温度6~10KV电缆不得超过90℃35KV不得超过80℃（聚乙烯为70℃）线芯短期过载温度不得超过130℃，短期过载温度下运行时间全年不得超过100h线芯短路温度不得超过250℃（聚乙烯为130℃），持续时间最长不超过2s井下高压电缆的截面选择按电缆的电压损失校验电缆截面（见《手册》下册P352）公式同低压部分电压损失不得超过10%计算应从地面变电所算起至采区变电所母线止003)cILRcosXsin（00()xeeKPLRXtgUU井下高压开关选择断流容量，MVA：由高开保护的最大三相短路电流计算的短路容量应小于矿用高开的额定断流容量非矿用高开井下使用应取额定断流容量折半(3)3dsUI(3)dIU：工作电压，kV：三相最大稳态短路电流，kA说明短路保护整定值过载保护整定值zdIzgI有的短路保护与过载有关，取倍数关系以下资料总结了目前所见到的所有的整定方式，但尚未完全总结出规律：同样的保护方式下，瞬时的、反时限的、感应式(GL)、电子式(DL)、微电脑控制等几种样式如何在程序中区别开来变压器短路保护1瞬时动作的过电流继电器短路保护（见《手册》下册952页并参考《细则》第13条）maxrelzdbiKIIKK≥：可靠系数，1.2~1.4relK：其余电机额定电流之和，AeI：起动电流最大的电机的起动电流，AdqI：电流互感器变流比iK(2)maxdqedIIII或maxI：躲过变压器二次侧启动电流或变压器二次侧短路电流（见大柳塔），A变压器短路保护2过电流继电器速断保护(3)relczddiKKIIK