机电一体化结业毕业论文.doc

-_宁夏工业职业学院宁夏工业职业学院毕业论文题目：题目：羊场湾煤矿羊场湾煤矿 Y162 综放工作面供电系统设计综放工作面供电系统设计专业：专业： 机电一体化机电一体化 学号：学号： 116 学生姓名：学生姓名： 李宝山李宝山 指导教师：指导教师： 徐惠宁徐惠宁 20092009 年年 1010 月月 1010 日日宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计2宁夏工业职业学院 毕业论文任务书专业：机电一体化_学号：_116_学生： 李宝山指导教师： 徐惠宁 2009 年 10_ 月 10 日 一. 论文题目羊场湾煤矿 Y162 综放工作面供电系统设计。 二. 内容提要设计一个安全、可靠、经济实用的井下供电系统，对保证井下安全生产有重大意义。依据采区供电设计步骤：1 根据采区地质条件、采煤方法、巷道布置以及采区机电设备容量、分布情况，确定采区变电所及采掘工作面配电点位置。2 采区用电设备的负荷统计，确定采区动力变压器的容量、型号、台数。3 选择采区供电高压配电装置和高压电缆。4 选择采区低压电缆。5 选择采区供电系统中的低压开关、启动器。6 对高低压开关中的保护装置进行整定。7 绘制采区供电系统图和设备布置图。我对以上问题进行了计算设计。采区机电设备容量为 4561KW。共选用 4 台移动变电站进行供电。考虑一台高压开关柜和一条高压电缆长时允许电流不够，设置两台高压开关柜分别控制 1#、2#和 3#、4#移动变电站，相应设置 2 条高压电缆供电。低压电缆的型号及电压等级，要在符合煤矿安全规程的前提下，根据实际用电设备的要求，电缆的用途和敷设场所等情况加以确定。当电网电宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计3压为 1140V 时，必须选用带分相屏蔽的橡胶绝缘专用电缆，如 UCPQ 或UPQ 系列。低压电气开关的选择要求其额定电压为 1140/660V，额定电流必须大于其所控制的设备或线路的最大工作电流。 三. 目的要求设计应解决下列各主要问题：1、工作面的供电方式。2、各区段电缆选择。3、低压控制电气的选择。4、短路电流计算。5、保护接地。 四. 附有图纸、图表1、Y162 综放工作面供电系统图。2、Y162 综放工作面设备布置图。宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计4毕业论文评语指导教师(签字):年 月 日宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计5目目 录录第一章第一章 工作面概况工作面概况66第二章第二章 工作面供电方式工作面供电方式88第三章第三章 各区段电缆的选择各区段电缆的选择1313第四章第四章 低压电气选择低压电气选择2121第五章第五章 整定电流及短路电流计算整定电流及短路电流计算2222第六章第六章 保护接地保护接地2424结束语结束语 2626参考文献参考文献 2727宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计6第一章第一章 工作面概况工作面概况1.11.1 工作面位置及毗邻关系工作面位置及毗邻关系Y162 综放工作面位于本矿工业广场东南部, 矿新排水管路出水口向南 100m1876m 范围内。1.21.2 地质概况地质概况1.2.11.2.1 煤层及顶底板岩性变化：煤层及顶底板岩性变化：Y162 综放工作面煤层为 2#煤层，煤层普氏系数 f=1.61.9，黑色块状，节理较发育；煤层平均厚度 8.35 米，含 1 层夹矸，集中分布在煤层下部，距煤层底板 0.9 米之上夹一层厚 0.3 米的粉砂质泥岩。煤层直接顶为 0.98 米厚的粉砂岩，老顶为 6.81 米厚的细砂岩，局部发育 0.150.44 米厚的碳质泥岩伪顶。煤层直接底为粉砂岩厚 0.72m，老底为细砂岩，厚 2.35m。1.2.21.2.2 地质构造地质构造：1）煤层倾角 6°14°，平均 9°；1.2.3.1.2.3.水文地质：水文地质：Y162 综放工作面在开采过程中，预计局部可能有滴水、淋水现象。预计该区域的正常涌水量为 210m3/h，最大涌水量 220m3/h。1.2.4.1.2.4.瓦斯及煤尘情况：瓦斯及煤尘情况：瓦斯相对涌出量：0.24m3/；煤尘爆炸指数：34.3%；煤层自燃发火期：13 个月。宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计71.3.1.3.巷道断面及支护巷道断面及支护Y162 综放工作面风巷、机巷及切眼均为矩形断面，均采用树脂加长锚固组合锚杆支护系统，并采用锚索进行加固。风巷净断面为： 净宽×净高=3.2×2.8 平方米机巷净断面积为：净宽×净高=5.4×3.0 平方米，为机轨合一巷道。切眼净断面积为：净宽×净高=7.8×2.8 平方米。1.4.1.4.安装工程概述安装工程概述Y162 综放工作面设备安装工程主要包括整个工作面设备安装安装及供电供液系统的安装等三个环节。二、变电站位置选择：二、变电站位置选择：移动变电站可将高压深入负荷中心，高压 10KV 电源来自+1050井下中央变电所，为了缩短低压供电距离应采用移动变电站供电，具有提高供电质量的优点。将移动变电站设置在顺槽内，由平巷供电。设其在距工作面 200m 左右。宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计8第二章第二章 工作面供电方式工作面供电方式2.1.2.1.供电方式的拟定供电方式的拟定高压 10KV 电源来自+1050 井下中央变电所，为了缩短低压供电距离应采用移动变电站供电，而且移动变电站设在运输机巷内，在运输机侧敷设一条专供变电站移动的轨道，把移动变电站防在距工作面80m100m 的位置。2.2.2.2.供电负荷统计供电负荷统计宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计9Y162 综放工作面供电设备负荷统计表序 号名 称型 号台 数电压 (V)电流 (A)功率 （kw）备 注1电牵引采煤 机MG400/920-WD11140V9202前部输送机SGZ800/80011140V2×4003后部输送机SGZ900/80011140V2×4004转载机SZZ960/40011140V4005破碎机PLM220011140V2006带式输送机SSJ1200-2×35511140V4007乳化液泵站RB400/31.521140V2×2508喷雾泵WPB315/1621140V2×1109喷雾泵WPB320/6.321140V2×4510连续牵引车SQ-12001660V7511提料绞车JM-142660V2×18. 512回柱绞车JD-252660V2×2513水泵1660V3714信号、照明 综保BZZ-441140V/660V4×415煤电钻综保BZX-441140V/660V4×416合计45612.2.2.2.负荷计算及移动变电站的选择负荷计算及移动变电站的选择2.2.1.2.2.1.供采煤机、破碎机移动变电站（供采煤机、破碎机移动变电站（1#1#）选择计算）选择计算采用需用系数法进行计算：宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计10S=PNKr/COS式中 S视在功率，KVA；PN参加计算的所有用电设备额定功率之和，KW；COS参加计算的用电设备平均功率因数，取 0.7；Kr需用系数，取 0.75。PN=920+200=1120KWS=PNKr/COS=1120×0.75/0.7=1200KVA。根据电压要求，选用 KBSGZY-1250/10/1.2 移动变电站 1 台。2.2.2.2.2.2.供工作面前、后部刮板输送机移动变电站（供工作面前、后部刮板输送机移动变电站（2#2#）选择计算）选择计算采用需用系数法进行计算：S=PNKr/COS式中 S视在功率，KVA；PN参加计算的所有用电设备额定功率之和，KW；COS参加计算的用电设备平均功率因数，取 0.7；Kr需用系数。PN=2×400+2×400=1600KWKr=0.4+0.6×Pmax/PN=0.4+0.6×400/16000.549;宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计11S=PNKr/COS=1600×0.549/0.7=1260KVA式中，Pmax参加计算的用电设备中功率最大设备的功率，KW。根据电压要求，选用 KBSGZY-1250/10/1.2 移动变电站 1 台。2.2.3.2.2.3.供转载机、乳化液泵站、皮带运输机移动变电站（供转载机、乳化液泵站、皮带运输机移动变电站（3#3#）选择计算）选择计算采用需用系数法进行计算：S=PNKr/COS式中 S视在功率，KVA；PN参加计算的所有用电设备额定功率之和，KW；COS参加计算的用电设备平均功率因数，取 0.7；Kr需用系数。PN=2×250+2×200+2×110+400=1520KWKr=0.4+0.6×Pmax/PN=0.4+0.6×400/15200.56;S=PNKr/COS=1520×0.56/0.71211.4KVA。2.2.4.2.2.4.机巷、风巷机巷、风巷 660V660V 供电系统移动变电站（供电系统移动变电站（4#4#）选择计算）选择计算宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计12采用需用系数法进行计算：S=PNKr/COS式中 S视在功率，KVA；PN参加计算的所有用电设备额定功率之和，KW；COS参加计算的用电设备平均功率因数，取 0.7；Kr需用系数。PN=75+2×18.5+2×25+37+4×4+4×4=231KWKr=0.4+0.6×Pmax/PN=0.4+0.6×75/231 0.59;S=PNKr/COS=75×0.59/0.7196.2KVA。根据电压要求，选用 KBSGZY-200/10/0.69 移动变电站 1 台。宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计13第三章第三章 高压开关柜及各区段电缆的选择高压开关柜及各区段电缆的选择3.1.3.1.高压开关的选择：高压开关的选择：高压开关柜设在+1050 中央变电所内，用作控制中央变电所向工作面矿用移动变电站供电的 10KV 线路，要求额定电压 10KV，额定电流大于其所控制的设备或线路的最大工作电流。Ig 总=S/3Up=(3×1250+200)/3 ×10228.1A即所选高压开关柜的额定电流大于 228.1A，则符合要求；且用一条高压电缆向 4 台移动变电站供电。另外，考虑一台高压开关柜和一条高压电缆长时允许电流不够，可以设置 2 台高压开关柜分别控制 1#、2#和 3#、4#移动变电站，相应的设置 2 条高压电缆供电，其额定电流应大于 Ig1和 Ig2。Ig1=S1/3Up=2×1250/1.732×10144.34A；Ig2=S2/3Up=（1250+200）/1.732×1083.7A。3.2.3.2.各区段电缆的选择各区段电缆的选择3.2.1.3.2.1.中央变电所高压开关柜至移动变电站高压中央变电所高压开关柜至移动变电站高压 10KV10KV 干线电缆选择。干线电缆选择。宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计14（1）方案：即用 1 条电缆向 4 台移动变电站供电。1）计算长时工作电流。PN=4561KWKr=0.4+0.6×Pmax/PN=0.4+0.6×400/45610.453S=PNKr/COS=4561×0.453/0.72951.6KVA。Ig=S/3Up=2951.6/1.732×10170.4A2）按持续工作电流选择电缆截面。查煤矿电工手册，可选用 UYPJ-10000V-3×70+3×25/3+3×2.5电缆 1 条，其长时连续负荷允许载流量 Iy=205A，电缆长度为 2000M。3）按电压损失校验电缆截面。U=PL/10UN2（R0+X0tg）式中，U电缆线路电压损失百分数；UN电缆线路的额定电压，KV；R0、X0分别为每公里电缆线路的有效电阻及电抗值，/km;P线路通过的有功功率；L电缆长度，km；宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计15tg当 COS=0.7 时，tg=1.02。U=4561×2/10×102（0.294+0.072×1.02）=3.04 <7.该电缆满足要求。4）按短路电流校验电缆的热稳定性。满足热稳定性条件的最小电缆截面Amin=Id(3)tj/C式中，Amin短路时电缆最小热稳定截面，mm2；Id(3)三相短路电流稳定值，A；tj短路电流的假想时间，并开关跳闸时间 tj=0.25s；C电缆的热稳定系数，铜芯橡套电缆截面满足热稳定条件允许通过的最大短路电流 Imax s 为：Imax s= Id(3)= AminC/=70×145/=20300A。t0.25相应的满足该截面热稳定要求的最大短路容量 Smax s 为；Smax s=UpImax s=1.732×10×20.3=351.6MVA3查+1050 中央变电所高压开关柜的短流 216.5MVA，小于 3×70 电缆热稳定允许的最大短路容量 351.6MVA，则满足要求。（2）方案：用 2 条高压电缆向移动变电站供电，验算 1#、2#移动变电站。1）计算长时工作电流。宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计16PN=3130KW，Kr=0.4+0.6×Pmax/PN=0.4+0.6×400/31300.477，S=PNKr/COS=3130×0.477/0.72131.43KVA。Ig=S/Up3=2131.43/1.732×10123.1A2）按持续工作电流选择电缆截面。查煤矿电工手册，可选用 UYPJ-10000V-3×50+3×25/3+3×2.5电缆 1 条，其长时连续负荷允许载流量 Iy=160A，电缆长度为 2000M。3）按电压损失校验电缆截面。U=PL/10UN2（R0+X0tg）式中，U电缆线路电压损失百分数；UN电缆线路的额定电压，KV；R0、X0分别为每公里电缆线路的有效电阻及电抗值，/km;P线路通过的有功功率；L电缆长度，km；tg当 COS=0.7 时，tg=1.02。U=3130×2/10×102（0.301+0.093×1.02）=5.03<7该电缆满足要求。4）按短路电流校验电缆的热稳定性。满足热稳定性条件的最小电缆截面宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计17Amin=Id(3)tj/C式中，Amin短路时电缆最小热稳定截面，mm2；Id(3)三相短路电流稳定值，A；tj短路电流的假想时间，并开关跳闸时间 tj=0.25s；C电缆的热稳定系数，铜芯橡套电缆截面满足热稳定条件允许通过的最大短路电流 Imax s 为：Imax s= Id(3) = AminC/j =50×145/=14500A。t0.25相应的满足该截面热稳定要求的最大短路容量 Smax s 为；Smax s=UpImax s=1.732×10×14.5=251.14MVA3查+1050 中央变电所高压开关柜的短流 216.5MVA，小于 3×50 电缆热稳定允许的最大短路容量 251.14MVA，则满足要求。另外 1 条 3×50 电缆长 800M，计算方法同上，满足要求。3.2.2.3.2.2.工作面低压电缆的选择工作面低压电缆的选择（1）采煤机电缆（装机功率为 920KW，其中截割功率为 2×400KW），选用 UCPQ-1140-3×95+1×25 型采煤机用电缆 2 条，每条长 100M，其长时允许电流为 260A，2 条电缆的长时负荷电流和为 520A。1）按长时允许负荷选择校验。Ig=KxPe×103/3UepjCOSpj=0.66×920×103/1.732×1140×0.9×0.7=488.1A<520A.宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计18式中，Kx需用系数，Kx=0.4+0.6×400/920=0.66。pj平均效率，一般 pj=0.80.9，取 0.9。COSpj平均功率因数，取 0.7。2）按长时电压损失校验。对于 1140V 电网，允许电压损失为UY=EZE-0.9UE= 1190-0.9×1140=164V；式中，EZE变压器二次额定电势，V；UE低压电网额定电压，V。UR=3IQLRCOSR/rSR=1.732×245×6×100×0.4/95×42.5=25.2V164V。式中，COSR采煤机起动时的功率因数，0.4。（2）工作面运输机、转载机、破碎机、皮带机的电缆选择计算。计算方法同采煤机的电缆选择，根据压降要求、机械强度要求及便于管理，电缆均选择为 UPQ-1140-3×95+1×25，因装机功率都小于采煤机，故计算过程略去。工作面运输机选用 2 条，皮带机选用 1 条，转载机、破碎机各选用1 条，每条均为 100M。（3）泵站（装机功率分别为 2×250KW，2×110KW，2×45KW），选用 UPQ-1140-3×50+1×16 型电缆 6 条，每条 100M。（4）机巷 660V 系统电缆选择（装机功率宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计193×25+3×18.5=129.6KW）。Ig=KxPe×103/3UepjCOSpj=129.6×103×0.52/1.732×660×0.85×0.7=98.3A；式中，Kx需用系数，Kx=0.4+0.6×25/129.6=0.52。pj平均效率，一般 pj=0.80.9，取 0.85。cospj平均功率因数，取 0.7。根据压降要求及机械强度要求，选用 U-1000-3×50+1×10 电缆 1 条，长度为 1500M，长时允许负荷电流为 173A。（5）风巷 660V 系统电缆选择（装机功率 75+3×18.2+18.5=148.1KW）。Ig=KxPe×103/3UepjCOSpj=0.7×148.1×103/1.732×660×0.85×0.7=153.3A；式中，Kx需用系数，Kx=0.4+0.6×75/148.1=0.7。pj平均效率，一般 pj=0.80.9，取 0.9。cospj平均功率因数，取 0.7。根据压降要求及机械强度要求，选用 U-1000-3×50+1×10 电缆 1 条，长度为 1500M，长时允许负荷电流为 173A。（6）工作面水泵电缆选择。按机械强度要求，可选用 U-1000-3×4+1×4 电缆，实际长度根据水泵位置确定。宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计20（7）连续牵引绞车电缆的选择。Ig=Pe×103/Ueecose3=75×10/1.732×660×0.85×0.7 =110.3A；式中，e效率，一般 e=0.80.9，取 0.85。cose功率因数，取 0.7。按机械强度要求，选用 U-1000-3×25+1×10 电缆 1 条，其长时允许电流为 113A，长度根据绞车的位置确定。（8）调度绞车电缆选择。Ig=Pe×103/Ueecose=25×103/1.732×660×0.85×0.7 3=36.8A；式中，e效率，一般 e=0.80.9，取 0.85。cose功率因数，取 0.7。按机械强度要求，选用 U-1000-3×10+1×6 电缆 1 条，其长时允许电流为 64A，长度根据绞车的位置确定。（9）信号、照明电缆的选择。按机械强度要求，选用 U-500-3×2.5+1×2.5 电缆，实际长度和条数根据选用的信号、照明系统确定。（10）煤电钻电缆的选择。选用专用的 UZ-500 型橡胶电缆。宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计21第四章第四章 低压电气开关选择低压电气开关选择低压电气开关的选择要求其额定电压为 1140/660V，额定电流必须大于其所控制的设备或线路的最大工作电流。附：低压电气开关表。序 号型 号用 途1BKD9-200分 馈2BKD16-400总 馈3BQD5-80D喷雾泵站4QJZ-400采煤机、皮带输送机5QJZ-400S输送机、转载机6QBZ-200D乳化液泵7BXX-4通讯、照明综保8BZZ-2.5煤电钻综保9QC83-80N绞 车宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计22第五章第五章 移动变电站及各低压开关的整定移动变电站及各低压开关的整定5.1.5.1.移动变电站整定移动变电站整定5.1.1.1#5.1.1.1#移动变电站移动变电站（1）高压侧IgG1=Kx1Pe×103/Uepjcospj3=0.6×(920+2×45)×103/1.732×10000×0.9×0.7=66.5A；取整定倍数为 0.4 倍。（2）低压侧IGd1= IgG1×104/1140 =583.6A；取整定值倍数为 0.8 倍。5.1.2.2#5.1.2.2#移动变电站移动变电站（1）高压侧IgG2=Kx2Pe×103/Uepjcospj3=0.55×1600×103/1.732×10000×0.9×0.7 =80.6A；取整定倍数为 0.4 倍。（2）低压侧IGd2= IgG2×104/1140=707A；取整定值倍数为 0.9 倍。5.1.3.5.1.3. 3#3#移动变电站移动变电站宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计23（1）高压侧IgG3=Kx3Pe×103/Uepjcospj3=0.56×1520×103/1.732×10000×0.9×0.7=78A；取整定倍数为 0.4 倍。（2）低压侧IGd3= IgG3×104/1140=557A；取整定值倍数为 0.7 倍。5.1.4.5.1.4. 4#4#移动变电站移动变电站（1）高压侧IgG4=Kx4Pe×103/Uepjcospj3=0.59×231×103/1.732×10000×0.9×0.7=12.5A；取整定倍数为 0.2 倍。（2）低压侧IGd4= IgG4×104/1140=189.4A；取整定值倍数为 0.5 倍。5.2.5.2.各低压开关的整定。见各低压开关的整定。见“供电系统图供电系统图”。宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计24第六章第六章 安全措施安全措施 6.16.1 保护接地保护接地6.1.1 高压电缆连接器及移动变电站的高、低压侧接地螺栓上，采用截面为 252 的铜线与接地母线或局部接地极连接。6.2.2 各配电点开关的外壳采用截面为 252 的铜线与接地母线或局部接地极连接。6.3.3 机巷电气平台各开关的外壳均采用截面为 25*2 的铜线与接地母线或局部接地极连接。6.4.4 经测试各接地极的接地电阻均小于 2，符合要求。6.26.2 安全技术措施安全技术措施（1）机电设备必须有产品合格证、煤矿矿用产品安全标志、防爆设备还（2）必须有防爆合格证（3）全矿机电设备综合完好率 90%（4）大型在用固定设备台台完好（5）防爆电气设备及小型电器防爆率 100%（6）小型电器合格率 95%（7）电缆吊挂合格率 95%（8）矿灯完好率 95%，井下在用矿灯无红灯、（9）灭灯设备待修率 5%（10）机电事故率 1%（11）设备更新改造有计划并按计划执行宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计25（12）安全保护装置齐全、可靠，合格率 100%（13）有合格的供电系统设计及保护整定校验。（14）高压隔爆开关应安装：1）欠压释放保护2）短路保护3）过负荷保护4）选择性接地保护装置5）真空高压隔爆开关还应装过电压保护（15）矿用一般型高压开关应安装：1）欠压保护2）短路保护（16）低压电机装设短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护及远程控制装置（17）40kW 及以上电机应使用真空电磁起动器控制，并使用电动机综合保护（18）127v 供电系统（包括信号照明、煤电钻等）使用综合保护（19）局部通风机和掘进工作面中的电气设备，必须装有风电闭锁装置（20）机房硐室、机道和电缆沟内外清洁卫生，窗明几净、无杂物，无积水、无油垢，电缆排列整齐，无锈蚀。防火器材，电工操作绝缘用品齐全合格（21）煤巷掘进工作面必须装设风电闭锁装置、瓦斯电闭锁装置宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计26结结 束束 语语本设计在老师的细心指导下完成。通过这次设计，学到了书本上学不到的东西，巩固了所学的知识。这次设计使我认识到设计一个安全可靠经济实用的井下采区供电系统，对保证井安全生产有着重要的意义。尽管这次设计已经完成，但一定存在不足之处。再此，感谢老师的指导！宁夏职业工业学院二零零七届机电专业毕业设计27参考文献参考文献1、煤矿电工手册 煤炭工业出版社2、煤矿安全规程 煤炭工业出版社3、矿井供电 李进恩等编 煤炭工业出版社4、矿山电工学 赖昌干等编 煤炭工业出版社5、综采电器设备 于慕松等编 煤炭工业出版社