小纪汗煤矿11213综采工作面供电系统设计.pdf

论文题目小纪汗煤矿 11213 综采工作面供电系统设计 工程领域电气工程 硕 士 生樊宪宇 （签名） 指导教师王勉华 （签名） 摘 要 小纪汗煤矿隶属于华电煤业集团有限公司，位于陕西省榆林市榆阳区榆溪河以西小 纪汗乡境内。井田面积 251.75 平方公里，地质储量 31.7 亿吨，可采储量 18.9 亿吨。 随着我国高产高效矿井逐年增加，工作面装备日益更新，整个综采系统的先进和可 靠，不仅取决于单机设备的先进和可靠性，以及设备的合理选型和配套，其供电系统也 是至关重要的。因此，按照国家建设安全高产高效现代化矿井的条件和要求，设计好适 用于现代化矿井综采设备的供电系统，是实现安全高产高效现代化矿井的关键。 本文介绍了小纪汗煤矿供电系统现状， 提出了11213综采工作面供电系统设计方案， 对 11213 综采工作面供电系统进行设计，为提高供电系统的可靠性和安全性，采用微机 继电保护。本文重点对 11213 综采工作面的电气设备选择、继电保护作了较详细的计算 和说明。 通过综采工作面可靠、安全、经济合理的供电系统设计，有助于提高产品质量，经 济效益及保证安全生产。 关 键 词小纪汗煤矿；综采工作面；供电系统；继电保护 研究类型应用研究 Subject Design of Power Supply System on 11213 Fully-Mechanical Mining Face for Xiaojihan Coal Mine Specialty Electrical Engineering Name Fan Xianyu Signature Instructor Wang Mianhua Signature ABSTRACT Xiaojihan coal mine is the subgroup of the Huadian Coal Industry Group Co. Ltd, and it located in the Xiaojihan County which is located in the western of Yuxi River, Yuyan District, Yulin City, Shaanxi Province. The mine areas are 251.75 square kilometers, and its geological reserves are 3.17 billion tons, among which the recoverable reserves are 1.89 billion tons. With the increasing of high production and efficiency mines year by year in China, the working equipments are increasingly updated. The advanced and reliability of the entire mechanized mining system is not only depend on the advanced and reliability of the stand-alone device, as well as the reasonable selection of the equipments, whats more, the power supply system is also become very importance . Therefore, according to the conditions and requirements of the national construction that we should construct high production and efficiency modern mines, design a good power supply system, which are the keys to achieve the safety, high yield and efficiency of modern mine. This article have introduced the status of Xiaojihan coal mine power supply system, and supplied the design project of 11213 fully-mechanized mining face power supply system.we implements microcomputer relay protection to improve the reliability and safety of the power supply system.This article focused on the calculations and interpretation to the selecting of 11213 fully-mechanized mining face electrical equipments and relay protection. By designing a reliable, security, economy and reasonable power supply system of the fully-mechanized mining face, it can help us to improve the product quality, economic benefits and ensure our production safety. Key words Xiaojihan Coal Mine Fully-Mechanical Mining Face Power Supply System Relay Protection Thesis Application Research 目录 I 目 录 1 绪论 ......................................................................................................................................... 1 1.1 课题背景及研究意义 ................................................................................................... 1 1.1.1 课题背景 ............................................................................................................. 1 1.1.2 研究意义 ............................................................................................................. 1 1.2 国内外研究现状 ........................................................................................................... 2 1.3 论文的主要内容 ........................................................................................................... 3 2 综采工作面概况 ..................................................................................................................... 4 2.1 引言 ............................................................................................................................... 4 2.2 综采工作面设备选用 ................................................................................................... 4 2.2.1 工作面设备 ......................................................................................................... 4 2.2.2 顺槽设备 ............................................................................................................. 5 2.3 综采工作面移动变电站数量的确定 ........................................................................... 5 2.4 本章小结 ....................................................................................................................... 6 3 负荷计算及移动变电站选择 ................................................................................................. 7 3.1 引言 ............................................................................................................................... 7 3.2 负荷统计 ....................................................................................................................... 7 3.3 移动变电站选择 ........................................................................................................... 8 3.3.1 1移动变电站的选择 ......................................................................................... 9 3.3.2 2移动变电站的选择 ......................................................................................... 9 3.3.3 3移动变电站的选择 ......................................................................................... 9 3.3.4 4移动变电站的选择 ....................................................................................... 10 3.4 本章小结 ..................................................................................................................... 10 4 供电系统的确定 ................................................................................................................... 11 4.1 引言 ............................................................................................................................. 11 4.2 采区供电系统拟定原则 ............................................................................................. 11 4.3 绘制供电系统图 ......................................................................................................... 12 4.4 供电系统的运行方式 ................................................................................................. 12 4.5 本章小结 ..................................................................................................................... 12 5 电缆及低压组合开关选择 ................................................................................................... 13 5.1 引言 ............................................................................................................................. 13 5.2 高压电缆的选择 ......................................................................................................... 13 5.2.1 1移动变电站进线电缆 ................................................................................... 14 目录 II 5.2.2 2移动变电站进线电缆 ................................................................................... 14 5.2.3 3移动变电站进线电缆 ................................................................................... 15 5.2.4 4移动变电站进线电缆 ................................................................................... 15 5.3 低压电缆的选择 ......................................................................................................... 16 5.3.1 1移变至 1组合开关电缆 .............................................................................. 17 5.3.2 2移变至 1组合开关电缆 .............................................................................. 17 5.3.3 3移变至 2组合开关电缆 .............................................................................. 18 5.3.4 运输刮板机电缆 ............................................................................................... 18 5.3.5 采煤机电缆 ....................................................................................................... 19 5.3.6 破碎机电缆 ....................................................................................................... 20 5.3.7 转载机电缆 ....................................................................................................... 20 5.3.8 乳化液泵电缆 ................................................................................................... 21 5.3.9 喷雾泵电缆 ....................................................................................................... 21 5.3.10 1、2水泵电缆 ............................................................................................. 22 5.3.11 3水泵电缆 ..................................................................................................... 22 5.3.12 绞车电缆 ......................................................................................................... 23 5.4 低压组合开关的选择 ................................................................................................. 24 5.5 本章小结 ..................................................................................................................... 25 6 计算短路电流 ....................................................................................................................... 26 6.1 引言 ............................................................................................................................. 26 6.2 短路计算 ..................................................................................................................... 28 6.2.1 短路点的确定 ................................................................................................... 28 6.2.2 短路电流的计算 ............................................................................................... 28 6.3 本章小结 ..................................................................................................................... 39 7 继电保护整定 ....................................................................................................................... 40 7.1 引言 ............................................................................................................................. 40 7.2 微机继电保护现状及未来发展 ................................................................................. 40 7.3 煤矿井下继电保护 ..................................................................................................... 44 7.4 继电保护整定计算 ..................................................................................................... 45 7.5 本章小结 ..................................................................................................................... 50 8 确定保护接地系统 ............................................................................................................... 51 8.1 引言 ............................................................................................................................. 51 8.2 井下保护接地装置的装设原则 ................................................................................. 51 8.3 保护接地的安装地点和要求 ..................................................................................... 52 目录 III 8.4 保护接地装置的安装和接地 ..................................................................................... 52 8.5 本章小结 ..................................................................................................................... 52 9 结论 ....................................................................................................................................... 53 9.1 本文所完成的主要工作及经济效益 ......................................................................... 53 9.2 工作展望 ..................................................................................................................... 54 致谢 .......................................................................................................................................... 55 参考文献 .................................................................................................................................. 56 附录 .......................................................................................................................................... 58 1 绪论 1 1 绪论 1.1 课题背景及研究意义 1.1.1 课题背景 小纪汗煤矿位于榆林市榆阳区境内，距离榆林市区 30 公里。小纪汗井田属国家发 改委批准的陕西省榆横矿区北区总体规划井田之一。矿井具有井田面积大、储量丰 富、开采条件优越、地理位置独特、地面交通便利等诸多建设特大型现代化高产高效矿 井的有利条件。 井田东西长 13.05～23.43km， 南北宽 7.88～14.33km， 面积约 251.75km2， 地质储量 31.7 亿吨，可采储量 18.9 亿吨。井田地质构造简单，煤层倾角小于 1，属水 平煤层，低瓦斯矿井。 矿井工业场地东南方向约 21km 处现有榆林供电局昌汉界 110/10kV 变电站一座， 主变 容量为 2 31.5MVA，昌汉界 110/10kV 变电站 110kV 及 10kV 系统均为单母线分段接线， 其一回电源以 LGJ-300/13km 的 110kV 线路引自西沙 110kV 变电站，第二回电源以 LGJ-300/68.4km 的 110kV 线路引自锦界 110kV 变电站，西沙 110kV 变电站和锦界 110kV 变电站均为地区枢纽变电站。西沙 110kV 变电站主变容量为 2 31.5MVA，其一回电源以 LGJ-240/12.4km 的 110kV 线路引自寨山 110kV 变电站，第二回电源引自榆林 330kV 变电 站，西沙 110kV 变电站距离本矿工业场地约 30km。本矿两回电源分别引自昌汉界 110/10kV 变电站及西沙 110kV 变电站。正常运行时，两回线路分列运行。 小纪汗煤矿11213综采工作面属于2煤层11盘区，平均煤层厚度5 m左右，工作面长 度280.5m，走向长度5270 m，起伏角度一般不大于1，采用一次采全高采煤工艺，工 作面采用两进一回布置方式。 矿井井下高压采用10kV供电， 由11盘区变电所负责向该综 采工作面供电。 11盘区变电所双回10kV电源来自中央变电所， 而中央变电所双回路电源 来自风井35/10kV变电所，采用2趟MYJV22-240 mm 电缆供电。 1.1.2 研究意义 随着煤矿井下生产工作面的不断向前延伸、扩大，高压供电电缆及设备不断深入末 端， 低压系统一直向前延伸， 星罗棋布的电网由变压器、 高低压开关和磁力起动器相连， 这些供电设备和电缆安全与否，直接关系着矿井的生产安全[1-4]。由于煤矿井下环境条 件的特殊性，在采掘过程中容易产生有爆炸危险的瓦斯（甲烷）和煤尘，并且由于电气 设备经常处于温度湿度较高的状态下，设备内部产生凝露现象比较普遍，霉菌现象也时 有发生。据有关资料统计，在煤矿瓦斯、煤尘爆炸事故中，电火花引起的事故约占50％； 西安科技大学工程硕士学位论文 2 在煤矿发生的触电事故中，煤矿井下触电死亡人数约占64％[2-5]。可见对煤矿井下进行 可靠、安全、经济合理的供电，有助于提高产品质量，经济效益及保证安全生产。为了 确保安全和正常的生产，合理优化煤矿井下供电系统是十分重要的。 1.2 国内外研究现状 随着工业化进程的快速推进，自动化水平的不断提高，变电所在形式和电气设备的 性能方面都有了较大的发展。目前应用较为广泛的变电所形式有箱式变电站、综合自动 化技术变电站、无人值班变电所等[6-8]。 箱式变电站又称户外成套变电站，也有称做组合式变电站，它是发展于 20 世纪 60 年代至 70 年代欧美等西方发达国家推出的一种户外成套变电所的新型变电设备，由于 它具有组合灵活，便于运输、迁移、安装方便，施工周期短、运行费用低、无污染、免 维护等优点，受到世界各国电力工作者的重视。进入 20 世纪 90 年代中期，国内开始出 现简易箱式变电站，电力部也相应制定了部颁标准，但应用并不广泛，到 90 年代末期， 特别是农网改造工程启动后，科研开发、制造技术及规模等都进入了高速发展，被广泛 应用于城区、农村 10～110kV 中小型变（配）电站、厂矿及流动作业用变电站的建设与 改造，因其易于深入负荷中心，减少供电半径，提高末端电压质量，特别适用于农村电 网改造，被誉为“21 世纪变电站建设的目标模式” 。 国外变电站综合自动化的研究工作始于 70 年代。80 年代以后，研究变电站综合自 动化系统国家和大公司越来越多。例如，德国西门子公司、ABB 公司、AEG 公司、美 国 GE 公司、西屋公司、法国阿尔斯通公司等[9-11]有自己的综合自动化系统产品，发展 较快，而且在技术规范和标准的制定方面，为我国在 80 年代引进和研究变电站综合自 动化技术方面，提供了宝贵的经验。 我国变电站综合自动化的研究工作开始于 80 年代中期。1987 年，清华大学电机工 程系在山东威海望岛变电站成功地投入运行。 系统主要由 3 台微机及其外围接口电路组 成。该系统于 1987 年成功投入运行，1988 年通过技术鉴定。鉴定结论为国内首创，填 补了国内一项空白，并达到国际 80 年代先进水平[12]。 90 年代以后发展较快，特别是近几年来，变电站综合自动化技术更是精益求精，大 规模集成电路技术和通信技术，在其研究的领域得到广泛应用，其功能和性能得到不断 完善，已成为今后新建变电站以及变电站进行技术改造的主导技术。其优越性在于① 提高供电质量、提高电压合格率；②提高变电站的安全、可靠运行水平；③减少维护工 作时间，减少值班人员的劳动强度，并达到减员增效；④提高电力系统的运行水平。 无人值班变电所是由电气集控及接口柜、微机监控、微机保护三部分组成[13-14]。相 互之间可以交换信息，也可以各自独立工作。电气集控部分集测量、信号、控制、计量 与微机监控接口为一体，采用安全可靠的一对一的强电控制方式，其可靠性较高；微机 1 绪论 3 监控由远动装置及工控机组成，远动设备完成遥控、遥信、遥测、遥调、事件顺序记录、 电量采集等功能，工控机实现变电所当地监控功能，可实现对变电所的屏幕显示，制表 打印，越限报警，键盘操作控制；微机保护是独立的设备，配置灵活，可实现多种保护， 如高频、距离、零序和自动重合闸等。 1.3 论文的主要内容 （1）介绍了小纪汗煤矿的基本现状以及 11213 工作面的情况 现场考察小纪汗煤矿的基本现状，下井查看 11213 综采工作面的基本情况，搜集资 料，确定 11213 综采工作面供电系统设计的大体方案。 （2）负荷统计及移动变电站的选择 统计综采工作面负荷，按照各个设备的容量和电压等级，确定变电站数量；采用需 用系数法计算负荷，确定每个移动变电站的容量及型号。 （3）拟定供电系统图 确定 11213 综采工作面由 11 盘区 10kV 变电所供电，2 回进线，移动变电站低压侧 采用分列运行方式。 （4）选择高低压电缆 选择进线电缆、变压器低压侧干线电缆、分支线路电缆，采用按长时负荷电流选择 电缆截面，按允许电压损失校验电缆截面；电缆均选择矿用橡套软电缆。 （5）短路电流的计算 确定短路点为移动变电站低压侧出口、各电气设备末端。计算两相短路电流，作为 后面继电保护整定灵敏度校验。 （6）选择低压组合开关 （7）继电保护整定 阐述继电保护的重要性、基本内容和种类。根据井下供电要求，本次继电保护主要 为过载保护整定和两相短路保护整定。主要对变压器和各个电气设备进行整定计算。 （8）确定井下接地方案 （9）对论文所做的工作进行总结，提出了综采工作面供电今后的发展方向，及下 一步所应完成的工作。 西安科技大学工程硕士学位论文 4 2 综采工作面概况 2.1