煤矿井下供电设计指导书（综采篇）

　 煤矿井下供电设计指导书

　（综采篇）

　引文：本指导书主要依据 GB50417-2007《煤矿井下供配电设计规范》中相关内容进行编制，严格执行《煤矿安全规程》、《煤炭工业设计规范》、《煤矿井下供电设计技术规定》中的有关规定。

　第一章

　井下综采供电设计概述

　1、根据地质资料、巷口平面图以及采煤工艺，确定巷道及其设备布置，采煤方法，主要运输设备。

　2、根据通风系统的要求，为确保工作面回采过程中通风系统的稳定，选择合适的通风方式，以及局扇通风设备。

　3、根据工作面位置确定电源的取向，以及电压等级的确定。

　表 3 煤矿常用的电压等级及用途 电压（kV）

　应用范围 110 矿井地面变电所受电电压 35 矿井地面变电所受电电压 10 井上、下高压电机及配电电压 6 井上、下高压电机及配电电压 3.3 井下综合机械化采区动力 1.14 井下综合机械化采区动力 0.66 井下低压动力 0.127 井下照明及手持式煤电钻 0.036 井下设备控制及局部照明 0.25 直流架线电机车 0.55 直流架线电机车

　 4、根据地质部门提供的水文资料，选择排水设备。

　第二章

　井下电力负荷统计及计算

　我矿工作面均为高产高效工作面，根据工作面基本参数，结合综采配套设备重新定型，电力负荷计算应符合下列规定：

　1、能够较精确计算出电动机功率的用电设备，直接取其计算功率； 表 表 1

　工作面负荷统计

　序号 采区内设备配置 电动机技术参数 设备 台数 计算负荷(KW) 设备名称 电机型号 Pe(kW) Ue(V)

　2、其他设备，一般采用需要系数法计算。

　S=cosdK Pe 

　式中：

　S—工作面的电力负荷视在功率（kVA）

　∑Pe—参加计算的所有用电设备额定功率之和,KW Kd—需用系数

　 Kd =rKlo Kt 

　Klo—同时系数。该工作组在最大负荷时，工作着的用电设备容量与该组用电设备总容量之比称为同时系数 Kt—负荷系数。该设备组在最大负荷时，工作着的用电设备 实际所需功率与工作着的用电设备总功率之比称为负荷系数，取 0.74 r—线路供电效率。线路末端功率与始端功率之比，一般 为 0.95～0.98。

　 —用电设备在实际运行功率时的效率,取 0.9

　 cosΦ—加权平均功率因数,取 0.85 第三章

　变压器的选型

　变压器是供电系统中的主要电气设备，对供电的可靠性、安全性和经济性有着重要意义，如果变压器容量选择得过大，不仅使设备投资费用增加，而且变压器的空载损耗也将过大，促使供电系统中的功率因数值减小；如果变压器容量选择得过小，在长期过负荷运行情况下，铜损将增大，使线圈过热而加速老化，缩短变压器寿命，既不安全也不经济。因此，正确的计算负荷和选用变压器是井下供电设计中的重要组成部分，必须予以重视。我矿根据多年来的实践经验，整合了一套计算方法，供有关单位及技术人员参考。

　一、根据变压器二次侧实际工作负荷容量来计算 S b =cosdK Pe 

　可知 式中:Sb

　—变压器计算容量,KVA

　∑Pe—参加计算的所有用电设备额定功率之和,KW Kd—需用系数

　 Kd =rKlo Kt 

　Klo—同时系数。该工作组在最大负荷时，工作着的用电设备容量与该组用电设备总容量之比称为同时系数 Kt—负荷系数。该设备组在最大负荷时，工作着的用电设备实际所需功率与工作着的用电设备总功率之比称为负荷系数，取0.74 r—线路供电效率。线路末端功率与始端功率之比，一般为

　 0.95～0.98。

　 —用电设备在实际运行功率时的效率,取 0.9 cosΦ—加权平均功率因数,取 0.85 二、根据工作面所有电气设备的参数，进行变压器选择 1、1140V 负荷变压器的选择 (1) 代机组变压器 由于机组单台启动,故 Klo =1

　 Kt=0.74

　 Kd=1 0.740.95 0.9 =0.87

　∑P 采 为机组总功率，KW S=0.87 P0.85 ≤S b

　根据实际生产需要,选用 1 台移动变压器,容量大于等于 S。

　(2) 代刮板机、转载机、破碎机、泵站移变 Klo=PPz

　 Kt 取 0.74

　Kd=Klo 0.740.95 0.9

　 ∑Pz 为所代设备的总功率 ∑P 为所代设备的同时工作的最大功率 S 转液破 = P0.85Kd  ≤S b

　根据实际生产需要,实际选 1 台移动变压器，容量大于等于 S 转液破 。

　(3)代皮带机移变 由于皮带机为单台电机,故 Klo =1

　 Kd=1 0.740.95 0.9 =0.87

　∑P 为皮带总功率，KW S=0.87 P0.85 ≤S b

　根据实际生产需要,选用 1 台移动变压器,容量大于等于 S。

　2、660V 负荷变压器的选择 (1)代头、尾巷顺槽绞车、水泵移变

　 Klo=12pp

　 Kt=0.74

　 Kd=Klo 0.740.95 0.9 1p为头尾巷干线电缆同时工作设备的最大负荷功率，KW 2p为头尾巷干线电缆所有设备总负荷功率，KW S =20.85Kd p  ≤S b

　根据实际生产需要,实际选 1 台型移动变压器，容量大于等于 S。

　(3)风机变压器的选择 根据通风条件，决定是否采用通风设备，如果需要则按下式选择风机干变。

　Kd=0.87

　 ∑P 为风机总功率，KW

　S=0.87 P0.85 ≤S b

　根据实际生产需要,实际选 1 台干式变压器，容量大于等于 S。

　第四章

　高压电缆的选型

　向综采工作面移动变电站供电的 6kV 或 10kV 高压电缆，应选择矿用监视型高压橡套屏蔽电缆。其主芯线截面的确定，通常按经济电流密度初选，按长时允许符合电流校验，按允许电压损失校验，按电缆线路电源端最大三相短路电流校验热稳定性。

　(一)电缆长度的确定 根据设备布置图和电缆长度确定公式要求，现将各段电缆长度计算如下：

　 x ZL a L  

　式中：xL －巷道实际长度(m)，

　a －电缆敷设时对橡套电缆要求的系数，一般取 1.1，铠装

　 电缆要求系数为 1.05。

　ZL －电缆长度(m) (二)电缆截面及型号的确定及校验

　(1)、按持续允许电流选择电缆截面

　由于运行中电缆的电流超过长期允许电流时，电缆芯线的电阻产生的热量就会超过允许值，加速绝缘老化，从而造成漏电或短路事故。矿用橡套电缆的长时允许电流见表 2。通常电缆允许电流是以环境温度 25℃时的值确定的，当环境温度不等于 25℃时，应乘以修正系数，不同环境温度下的电缆载流量修正系数见表 3。

　表 2 矿用橡套电缆长时允许载流量 主芯线截面/mm2

　不同环境温度下的载流量校正系数 4 6 10 16 25 35 50 70 95 额定电压/kv 1.0 1.14 6.0 10.0 36 46 64 85 85 94 104 113 110 121 138 138 135 148 171 173 170 170 213 215 205 205

　260 250 250

　计算电流：

　Ie 1 =

　P"3 cosKdUe  <K I Y

　K 为修正系数

　表 3 环境温度变化时载流量的校正系数 导电线芯最高允许工作温度（℃）

　不同环境温度下的载流量校正系数 5℃ 10℃ 15℃ 20℃ 25℃ 30℃ 35℃ 40℃ 45℃ 80 65 60 50 1.17 1.13 1.09 1.04 1.0 0.954 0.905 0.853 0.798 1.22 1.17 1.12 1.06 1.0 0.935 0.865 0.791 0.707 1.25 1.20 1.13 1.07 1.0 0.926 0.845 0.756 0.655 1.34 1.26 1.18 1.09 1.0 0.895 0.775 0.633 0.447 (2) 、按经济电流密度选择电缆截面 电力线路的经济截面是按降低电能损耗、线路投资、节约有色金属等因素，综合确定出的运行费用最低截面。

　 按经济电流密度选择电缆截面为：NIAn j A－电缆的计算截面，mm 2

　I n －电缆中正常负荷时持续电流，A； n－不考虑电缆损坏时，同时工作电缆的根数 j－电力电缆经济电流密度，A/mm 2 ，见表 3 表 3 电力电缆经济电流密度表 年最大负荷利用小时 经

　济

　电

　流

　密

　度，A/mm2

　铜

　芯

　电

　缆 铝

　芯

　电

　缆 1000-3000 3000-5000 5000 以上 2.5 1.93 2.25 1.73 2.0 1.54

　 (3)、按电缆短路时热稳定选择电缆截面：

　为确保最大短路电流通过时电缆绝缘受热不被老化，高压电缆所选主芯线截面应大于等于最小热稳定截面的要求。最小热稳定截面计算如下：

　3k fI tAC

　高压供电线路平均电压：U p =6kV 变电所母线的短路容量：S d =50.0 MVA 三相最大稳态短路电流为：3504.8113 3 6dkPSI kAU    短路电流作用假想时间：t f =0.25 秒 热稳定系数：C 见表 4

　 表 4 电力电缆经济电流密度表 导体种类 铜 铝 电缆类型 电缆线路 有中间接头的 10kV 以下 油浸纸绝缘电缆 电缆线路 有中间接头的 10kV 以下 油浸纸绝缘电缆 额定电压 （kV）

　短路允许最高温度（℃）

　120 250 120 250 3~10 93.4 159 60.4 90 (4)、根据电压损失校验电缆截面 电压损失是指线路首末两端电压的数值差，用 U  表示。对于10kV及以下高压电缆线路电压损失率，我国规定的标准为 7%。

　0 021000% ( tan )10NU P L R X K P LU          式中：K－每兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失百分数，在 6kV 时，K= 2.780 0( tan ) R X    ；在不同功率因素及不同电缆截面时的数值见表5。

　P－电缆输送的有功功率，兆瓦 L－高压电缆长度,千米 cos 截面

　16 25 35 50 70 95 120 150 185 0.65

　（5）电缆截面的选择要满足机械强度的要求。

　电缆的抗拉强度应满足井下移动设备自拖电缆所需的机械强

　 度。保证电缆芯线不被折断，实现正常供电的最小截面见表 表 3 橡套电缆按机械强度要求的最小截面 用电设备的名称 满足机械强度的最小截面（mm2 ）

　各种采煤机组 50~95 刮板机、带式输送机、转载机 25~50 一般小容量刮板机 10~25 回柱绞车、装岩机、装煤机 16~25 小调度绞车、照明干线 4~6 手持式煤电钻 4~6

　第五章

　低压电缆的选型

　一、低压电缆的选择 1．低压电缆型号、芯数和长度的确定 1)低压电缆型号的选择 电缆的型号主要依据其电压等级、用途和敷设场所等条件来决定。煤矿井下所选电缆，的型号必须符合《煤矿安全规程》的有关规定。矿用低压电缆的型号，一般按下列原则确定：

　(1)从启动器到电动机的电缆一律采用不延燃橡套电缆。1140V设备及采掘工作面的 660V 和 380V 设备，必须用分相屏蔽不延燃橡套电缆；移动式和手持式电气设备，都应使用专用的分相屏蔽不延燃橡套电缆。

　(2)固定敷设的应采用铠装铅包纸绝缘电缆或铠装聚氯乙烯绝缘电缆，也可采用不延燃橡套电缆；对于半固定敷设的电缆，为了移动方便一般选用不延燃橡套电缆，也可选用上述铠装电缆。

　 (3)低压电缆不应采用铝芯，采区低压电缆严禁采用铝芯。

　 (4)电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体。

　 (5)固定敷设的照明、通信和控制用电缆，应采用铠装电缆、不延燃橡套电缆或矿用塑料电缆；非固定敷设的电缆，应采用不延燃橡套电缆。

　2)确定电缆的芯线数目

　(1)动力用的纸绝缘铠装电缆选三芯电缆。

　(2)动力用的橡套电缆，当控制按钮不在工作机械上时，一般采用四芯电缆；对控制按钮在工作机械上的，应根据控制要求增加控制芯线的根数。

　(3)信号电缆芯线根数要按控制、信号、通讯系统的需要决定，并留有备用芯线。

　(4)电缆中的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼作其他用途。

　3)确定电缆长度 电缆有一定柔性，敷设时会出现弯曲，所以电缆的实际长度 L 应按下式计算。即

　x ZL a L  

　式中：xL －巷道实际长度(m)，

　a －电缆敷设时对橡套电缆要求的系数，一般取 1.1，铠装电缆要求系数为 1.05。

　ZL －电缆长度(m)

　 为了便于安装维护和便于设备移动，确定电缆长度时还应考虑以下几点：

　(1)移动设备的电缆，须增加机头部分活动长度 3 m-5m。

　(2)当电缆有中间接头时，应在电缆两端头处各增加 3m。

　(3)半固定设备的电动机至就地控制器的电缆长度，一般取5m-10m。

　2．低压电缆主芯线截面的选择 电缆主芯线截面必须满足以下几个条件：

　(1)正常工作时，电缆芯线的实际温度应不超过电缆的长时允许温度，所以应保证流过电缆的最大长时工作电流不得超过其允许持续电流。

　(2)正常工作时，应保证供电网所有电动机的端电压在 95％一105％的额定电压范围内，个别特别远的电动机端电压允许偏移—8％～—10％。

　(3)距离远、功率大的电动机时，在重载情况下应保证能正常启动，并保证其启动器有足够的吸持电压。

　(4)电缆短路时，应具有足够的热稳定截面。

　(5)所选电缆截面必须满足机械强度的要求。

　在按上述条件选择低压电缆主芯线的截面时，从启动器到采掘运设备的支线电缆，一般按机械强度初选，按允许持续电流校验后，即可确定下来。

　选择干线电缆主芯线截面时，如干线电缆不长，应先按电缆的允

　 许持续电流初选；当干线电缆较长时，应先按正常时的允许电压损失初选；然后再按其他条件校验。

　第六章

　各点的电流短路计算

　各点的短路电流计算，参照《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》其值见下表：

　表 表 2

　各点的短路电流表 短路点 电缆截面(m 2 ) 电缆长度(m) 换算 系数 换算长度(m) 电压等级(KV) (2)dI

　(A) (3)dI

　(A) d1 (1#移变二次侧) 50 1650 0.012 20 6.3/0.69 4771 5487 d2 (2314 巷末端) 70 1370 0.73 1000 0.69 712 819 d3 (6#移变二次侧) 50 2400 0.012 29 6.3/0.69 4641 5337 d4 (5314 巷末端) 70 720 0.73 526 0.69 1270 1323 d5 (2#移变二次侧) 70 1650 0.027 45 6/1.2 2806 3227 d6 (3#移变二次侧) 70 1935 0.027 52 6/1.2 2787 3205 d7(皮带机末端) 50 30 1 30 1.2 2845 3272 d8 (4#移变二次侧) 70/50 1935 +1010 0.027/0.036 88 6/1.2 4762 5476 d9 (采煤机末端) 95 20+260 0.53 148 1.2 4183 4810 d10(5#移变二次侧) 70/50 1935 +1020 0.027/0.036 89 6/1.2 5353 6156 d11 (刮板机末端) 70/50 20+260 0.73/1 271 1.2 3433 3948 d12 (专用风机末端) 70 770 0.73 562 0.69 1220 1403 d13 (备用风机末端) 50 150 1 150 0.69 3063 3522

　 第七章

　高低压开关的选择

　（一）高压开关的整定校验 1 、头巷皮带及工作面负荷高开的整定 根据前面计算得：

　Ie 1 =202.7A,选择 BGP9L-6 型高开,变比 300/5 过载整定范围：0.2～1.0 倍，步长 0.1；1.2～1.4 倍，步长 0.2；短路整定范围：1.6 倍起步，2.0～6.0 倍，步长 1.0；8.0～10 倍，步

　 长 2.0. 过载整定ZI =240A(0.6 倍) Klo=20672267= 0.91

　Kt=0.74

　 Kd=0.91 0.740.95 0.9=0.79

　I D =QeI +Kd Ie=400 63 6 0.85 0.9  +0.79 (2267-400)3 6 0.85 = 468.9A

　短路整定dzI =600A(2 倍) 验算分断能力: . r FI =12500A>(3)10 dI =6156A 2 、头、尾巷水泵、绞车等负荷高开的整定 根据前面计算得：

　Ie 1 =19A,选择 BGP9L-6 型高开,变比 200/5 过载整定范围：0.2～1.0 倍，步长 0.1；1.2～1.4 倍，步长 0.2；短路整定范围：1.6 倍起步，2.0～6.0 倍，步长 1.0；8.0～10 倍，步长 2.0. 过载整定ZI =40A(0.2 倍) Klo=191.2409.5= 0.47

　Kt=0.74

　 Kd=0.47 0.740.95 0.9=0.41

　I D =QeI +Kd Ie=55 63 6 0.85 0.9  +0.41 (409.5-55)3 6 0.85 = 60.4A

　短路整定dzI =320A(1.6 倍) 验算分断能力: . r FI =12500A>(3)1 dI =5487A （二）移变低压侧开关的整定校验 1 、660V 系统代头巷 315KVA 移变（1# 移变）二次侧开关的整定 该开关为 BKD 1 -500 型矿用隔爆兼本安型真空馈电开关，过载整定范围：0.4～1.0 倍，步长 0.1；短路整定范围：3.0～10.0 倍，步长1.0。

　 ①过载保护 其所代设备负荷额定电流：

　Klo=12pp=113.4271.9= 0.42

　 Kt=0.74

　 Kd=0.39 0.740.95 0.9=0.36 Ie=0.36 271.93 0.66 0.85 =100.7A 故整定值：Iz=200A（0.4 倍）

　②短路保护 I D = QeI +Kd Ie=37 63 0.66 0.85 0.9  +0.36 (271.9-37)3 0.66 0.85 = 341A 故整定值：Idz=1500A（3 倍）

　灵敏度校验：查表得最远点(移变至开关 10 米电缆)两相短路电流为 4941A Km=(2)dI / Idz =4941/1500=3.3>1.5

　 灵敏度满足要求 。

　2 、660V 系统代尾巷 315KVA 移变（6# 移变）二次侧开关的整定 该开关为 BKD 1 -500 型矿用隔爆兼本安型真空馈电开关，过载整定范围：0.4～1.0 倍，步长 0.1；短路整定范围：3.0～10.0 倍，步长1.0。

　①过载保护 其所代设备负荷额定电流：

　Kd

　=81.8 0.74141.6 0.95 0.9 =0.5, Ie =3 cosKd PUe   =0.5 141.63 0.66 0.85 = 72.9A 故整定值：Iz=200A（0.4 倍）

　②短路保护

　 I D = QeI +Kd Ie=55 63 0.66 0.85 0.9  +0.5 26.83 0.66 0.85 = 391A 故整定值：Idz=1500A（3 倍）

　灵敏度校验：查表得最远点(移变至开关 10 米电缆)两相短路电流为 4941A Km=(2)dI / Idz =4941/1500=3.3>1.5

　灵敏度满足要求 。

　第八章

　接地保护

　（一）井下保护接地装置的装设原则 1、36V 以上的由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、架构等，都必须有保护接地装置。铠装电缆的金属铠装层、橡套电缆的接地芯线等均须接地。

　2、所有需要接地的电气设备，均应通过其专用的连接导线直接与接地网或铠装电缆的金属铠装层、铅护套相连接，禁止将几台设备串联接地，也禁止将几个接地部分串联。

　3、所有必须接地的设备和局部接地装置，都应同井下接地极接地一个总接地网。

　4、每个装有电气设备的硐室和配电点应设置辅助接地母线。

　5、每个单独装设的高压电气设备设置 1 个局部接地极。

　6、电缆的接地芯线，除用作监测接地回路外，不能兼作其它用途。

　7、辅助接地极与主接地极相距 5 米以上。

　（二）保护接地装置的安装地点和要求 1、各配电点分别装设 1 组局部接地极，同一地点有 3 台电气设

　 备及其以上集中安装 1 组局部接地极。

　2、接地网上任一保护接地点的接地电阻不得超过 2 欧。

　3、所有电气设备的保护接地装置(包括电缆的铠装、铅皮、接地芯线)和局部接地装置，应与主接地极连接成 1 个总接地网。

　4、局部接地极应采用截面不小于 25mm 2 的铜线，或截面不小于50mm 2 的镀锌铁线，或厚度不小于 4mm，截面不小于 50mm 2 的扁钢。禁止采用铝导体作为接地极、接地母线、接地导线和连接导线。

　（三）保护接地装置的安装和接地 1、安装主接地极时，应保护接地母线和主接地极连接处不承受较大拉力，并应有便于取出主接地极进行检查的牵引装置，接地母线和主接地极采用焊接连接。

　2、局部接地板应平放于水沟深处，钻眼钢管必须垂直埋于潮湿的地下，可用直径不小于 35mm，长度不小于 1.5m 的钢管制成，管上应至少钻 20 个直径不小于 5mm 的透孔，并垂直全部埋入底板；也可用直径不小于 22mm，长度为 1m 的 2 根钢管制成，每根管上应钻10 个直径不小于 5mm 的透孔，2 根钢管相距不得小于 5m，并联后垂直埋入底板，垂直埋深不得小于 0.75m。

　3、接地导线与接地母线的连接最好也用焊接。

　4、固定电气设备与连接导线采用螺栓连接。

　5、电缆接线盒的接地，应将接线盒 上的接地螺栓直接用接地导线与局部接地极相连。

　6、保护接地装置所使用的钢材应镀锌或采取其他防蚀措施。