設計條件及規定1.獨立完畢與畢業設計闡明書配套的畢業設計0號圖紙（或折合為0號圖紙）一張（不包括畢業設計闡明書中的插圖）以上。2.把各章節中的計算、分析、比較以及最終確定的內容系統地加以闡明。3.畢業設計闡明書一份7000字以上。4.繪制一張A0供電系統圖。摘要電力是現代化礦山企業生產的重要動力來源，首先應當保證供電的可靠和安全，并做到技術和經濟方式雙滿足生產的需要。煤礦的電氣化為煤礦生產過程的機械化和自動化發明了有利條件，不停地改善礦工的勞動條件。現代的煤礦生產機械無不以電能作為直接（用電動機拖動）或間接（用氣壓驅動）的動力，礦山的照明、通訊和信號也都使用電能。對礦山企業進行可靠、安全、經濟、合理的供電，對提高經濟效益及保證安全生產方面都十分重要。本次設計的內容是采區供電。井下采區變電所是井下各個動力負荷集中的地方，采區供電與否安全、可靠、經濟、合理將直接關系到人身、礦井和設備安全及采區生產的正常進行。因此，在對采區變電所的位置選擇以及供電設備的選擇上必須有嚴格的規定，這樣才能保證生產的順利進行由于井下工作環境十分惡劣，因此，本次設計在供電上即采用可靠的防止人身觸電危險外，還對的選擇了電氣設備的類型及參數，并采用了合理的供電、控制和保護系統，以保證電氣設備的安全運行和防止井下瓦斯和煤塵爆炸。本設計變壓器選用礦用隔爆型干式變壓器和礦用隔爆型移動變電站；高壓開關與低壓饋電開關都選用品有技術先進的智能化綜合保護裝置的高壓防爆真空開關和低壓礦用隔爆型真空饋電開關，多種設備的開關選用礦用隔爆型真空起動器。高壓鎧裝電纜選用交聯聚乙烯絕緣聚乙烯護套電力電纜。通過短路電流、開關繼電保護整定的計算和保護接地確實定，使其設計可靠性高、功能完善、組合靈活，以及功耗低，保證采區供電安全、經濟、高效平穩運行。關鍵詞：變電所，電力，供電方式，采區變電所第一章采區變電所的發展采區是井下動力負荷集中的地方，采區供電與否安全、可靠、經濟合理，將直接關系到人身、礦井和設備安全及采區生產的正常運行。由于井下工作環境十分惡劣，因此在供電上除采用可靠的防止人身觸電危險的措施外，還必須對的的選擇電器設備的類型和參數，并采用合理的供電、控制和保護系統，加強對電器設備的維護和檢修工作，保證電氣設備的安全運行和防止井下瓦斯和煤塵爆炸。伴隨煤炭工業現代化的發展，采掘機械化程度越來越高，機電設備的總裝機容量和單機容量在不停增長。以采煤機為例，從20世紀70年代初期的150kW左右，增長到了目前的375×2kW，目前國外采煤機單機功率已超過1000kW；綜采工作面總容量也從幾百千瓦增長到－3000kW。由于機械化程度的不停提高，加緊了工作面的推進速度，這就規定采區走向長度加長，從而使供電距離增大，給供電帶來了新的問題。由于供電電壓等級一定期，輸送的功率越大，電網的電壓損失越大，電動機的端電壓越低，這將影響用電設備的正常工作。處理的措施有：加大電纜截面，但有一定的程度，由于電纜截面過大，不便移動和敷設，并且也不經濟；采用移動變電站使高壓深入到工作面順槽來縮短低壓供電距離，可是供電電壓質量得到較大的提高；提高用電設備的等級也是一種提高電壓質量的有效措施。目前國內生產的綜采工作面電氣設備電壓等級為1140V，并且還將繼續提高，現正研制3kV的采掘運電氣設備，以適應生產發展的需要。提高電壓等級和采用移動變電站供電不僅保證了供電質量，并且還減少了電網輸電損耗。機械化程度的提高無疑帶動了采區用電的發展，則合理的設計采區變電所也是目前的重要任務。第二章采區變電所位置確實定2.1采區變電所位置確實定采區變電所是采區供電的中心，它肩負著整個采區的受電、配電、變電任務。采區變電所的位置決定于低壓供電電壓、供電距離、采煤措施及采區巷道布置方式、機械化程度、采煤機組的容量大小等原因。2.1.1（1）電壓容許偏差電壓偏差計算公式如下：電壓偏差＝×100%《電能質量供電電壓容許偏差》（gb12325—90）規定電力系統在正常運行條件下，顧客受電端供電電壓容許偏差值為：1.10kv及以上高壓供電和低壓電力顧客的電壓容許偏差為顧客額定電壓的+7%—－7%；2.壓照明顧客為+5%—－10%。（2）三相電壓不平衡根據《電能質量三相電壓容許不平衡度》規定：電力系統公共連接點正常運行方式下不平衡度容許值為2%，短時間不得超過4%。在采區變電所供電狀況下，交流額定頻率為50hz電力系統正常運行方式下由于負序分量而引起的pcc點連接點的電壓不平衡度能滿足規定規定（3）電網頻率《電能質量電力系統頻率容許偏差》（gb/t15543—1995）中規定：電力系統頻率偏差容許值為0.2hz，當系統容量較小時，偏差值可放寬到+5%hz—－5%hz，原則中沒有闡明容量大小的界線的電網容量在300萬kw以上者為0.2hz；電網容量在300萬kw如下者為0.5hz。（4）波形正常狀況下，規定電力系統的供電電壓（或電流）的波形為正弦波，在電能的輸送和分派過程中不應當使波形產生畸變，還應注意負荷中諧波源（裝整流裝置等）的影響，必要時采用一定措施消除諧波的影響。（5）供電可靠性供電可靠性是衡量電能質量的一種重要指標，必須保證供電的可靠2.1.采區變電所要便于對硐室的擴大和設備的增長，同步便于體積較大的變壓器等設備直接通過運送上山運到采區變電所硐室減少運送設備的費用。在滿足費用規定的同步還要滿足頂板結實，無淋水且通風良好，保證變電所硐室內的溫度不超過附近巷道5℃2.1.在確定采區變電所的位置時，首先應按工作面的機械化程度和供電質量規定，選擇采區供電電壓以及移動變電站的設置地點。根據機械化工作面采煤機組功率大、供電距離比其他機械設備遠，且啟動頻繁、重載啟動等特點，規定工作面輸送機和采煤機組電動機啟動時容許電壓損失符合規定，保證機組啟動時有足夠啟動力矩。同步，規定保證機組控制開關在機組電動機啟動時有足夠吸合能力。一般來說，炮采工作面選擇380V或660V供電；一般機械化采煤工作面選擇660V供電；綜合機械化采煤工作面選擇1140V供電；高產高效礦井綜采工作面選擇3300V供電。此外，綜采工作面均采用移動變電站供電。2.1.在采區巷道中要詳細確定采區變電所硐室的位置，還要按如下原則確定：（1）變電所盡量靠近負荷中心，保證與距離最遠、容量最大的用電設備之間的電壓損失在容許范圍之內。（2）應盡量少設變電所，并減少變電所的遷移次數。在保證電壓損失不超過容許范圍條件下，一種采區最佳只設一種采區變電所對全采區供電。（3）通風良好，進出線及設備運送以便。（4）頂、底板穩定并防止淋水。采區變電所硐室不得設在工作面平巷中，一般設在盤區運送斜巷與軌道斜巷之間的聯絡巷內。采區變電所硐室不需要另留保安煤柱，運用運送巷及軌道巷的煤柱即可。在分層開采的盤區中，通過電壓損失驗算及硐室費用的比較，也可以將變電所設在壓力穩定的巖層中，由它向各層工作面供電，而不必每層工作面都開鑿變電硐室。在開拓采區工作面巷道時，一般由采區變電所向掘進工作面供電，不另設掘進變電所。當掘進大巷時，根據供電質量的規定，可運用聯絡巷作變電所。如掘進速度較快，又無永久性采區變電所或聯絡巷可作掘進變電所時，應采用防爆移動變電站供電；采用安全措施，并經有關部門同意，也可在大巷一側加寬巷道作臨時掘進變電所用。2.2采區變電所的硐室與設備布置2.2.1對采區變電硐室規定(1)采區變電硐室應用不燃性材料支護，其通風，防水，防火，通道等安全措施要與其中央變電所相似。(2)變壓器可與變電設備布置在同一硐室內。(3)采區變電所的、高下壓設備一般應分開布置在不一樣側。(4)檢漏繼電器應放置在固定于硐室墻壁的支架上。有備用電源線路或變壓器，以保證供電的可靠性。(5)各設備之間、設備于墻壁之間要留有維護和檢修通道，不一樣側面和背后檢修的的設備不留通道。(6)無值班人員的采區變電所必須關門加鎖。(7)大的變壓器等設備直接通過采區變電所要便于對硐室的擴大和設備的增長，同步便于體積較運送上山運到采區變電所硐室減少運送設備的費用。在滿足費用規定的同步還要滿足頂板結實，無淋水且通風良好，保證變電所硐室內的溫度不超過附近巷道5℃。2.2.2采區變電所的設備布置采區變電所的硐室與設備布置基本同井下中央變電所，不一樣的時底板不需抬高。不需留有備用開關位置。高壓設備和低壓設備在兩側分布；也可將高、低壓設備同側布置，由變壓器隔開。如圖2-1為采區變電所的布置圖。采區變電所內的重要電氣設備與井下中央變電所基本相似，只是沒有整流裝置。圖2-1采區變電所的布置第三章采區變電所負荷記錄與變壓器的選擇3.1變壓器選擇注意事項變壓器是供電系統中的重要電氣設備，對供電的可靠性、安全性和經濟性有著重要意義。假如變壓器容量選擇過大，不僅使設備投資費用增長，并且變壓器的空載損耗也將過大，促使供電系統中的功率因數減小；假如變壓器容量選擇過小，在長期過負荷運行狀況下，銅損耗將增大，使線圈過熱而老化，縮短變壓器壽命,既不安全又不經濟。3.2臺數確實定采區變電所變壓器在一般狀況下是按計算容量選設，不留備用量。其原因是為了竭力減少變電所硐室開拓量，減少供電成本。不過，若采區變電所的供電負荷中有一級負荷（如采區內分區水泵等）時，則變壓器臺數不得少于兩臺，以便保證供電的可靠性。3.3負荷記錄3.3ΣPNT1=P1+P2=635+137=772KW式中：P1、P2為采一及掘一工作面機電設備的額定功率。3.3ΣPNT2=P3+P4=665+149=814KW式中：P3P4為采二及掘二工作面機電設備的額定功率。3.4變壓器容量確定1、計算容量式中：ΣPN——變壓器所帶負荷額定功率之和ΣPN1=772KW,ΣPN2=841KW。——變壓器所帶負荷需用系數變壓器平均功率因數（由附表十查到）——變壓器一次側額定電壓，10KV3.5變壓器型號確實定經計算，考慮變壓器的電壓等級、巷道斷面、運送條件、使用場所、配件來源等因數，該采區變電所內的電力變壓器選用KBSG-500系列礦用干式變壓器兩臺。第四章采區供電設備的選擇及其計算4.1采區供電計算的根據及環節為了保證供電安全可靠和技術經濟合理，必須對的進行采區供電計算，在進行采區供電計算前，首先要到有關部門搜集下列原始資料作為計算的根據：（1）采區巷道布置圖及機械設備布置圖。理解采區區段數、區段長度、工作面長度、巷道斷面大小、上下副巷標高和用電設備在采區內的分布狀況。（2）采區各用電設備的技術參數。（3）采區供電的電源狀況。理解采區附近既有變電所及中央變電所的分布狀況，帶負荷能力及在高壓母線上發生短路時的短路容量。（4）礦井的瓦斯等級，煤層的走向、厚度、傾角、煤質硬度、頂底板狀況以及支護方式等狀況。（5）采煤措施、運送方式、通風方式、工作組織循環等。（6）生產產量、多種電氣設備的價格、電價、機電硐室開拓價格等。根據原始資料對采區供電進行計算的環節如下：（1）確定采區變電所、工作面配電點、移動變電站的位置。（2）確定采區供電系統圖。（3）進行負荷記錄計算，并確定無功功率賠償方案和計算賠償電容器容量。（4）確定變壓器的容量、型號及臺數。（5）選擇供電電纜。（6）計算短路電流。（7）選擇開關及啟動器。（8）繼電保護裝置整定計算。（9）確定采區保護接地系統。（10）由供電電氣設備確定采區變電所硐室尺寸和設備的布置方案。（11）進行采區供電經濟計算。4.2確定采區供電系統圖的原則當采區變電所、工作面配電點、移動變電站的位置確定之后，即可確定供電系統圖。對采區供電系統圖的確定應滿足供電安全、可靠、經濟、系統簡樸、操作以便等煤礦企業對供電的規定。其原則如下：4.2.1采區高壓供電系統的確定原則1）供綜采工作面的采區變（配）電所由兩回路電源線路供電，其他采區變電所由單回電源線路供電。2）采區變電所雙回路電源供電時，應分別設置電源進線開關。兩回路電源供電時，當采用一回來供電，另一回路備用時，母線不可分段；當兩回路電源同步供電時，母線應分段并設聯絡開關，保證正常分列運行。3）單電源進線的采區變電所，當變壓器的臺數不超過兩臺、無高壓出線時，可不設電源進線總開關；當變壓器的臺數超過兩臺或有高壓出線時，應設電源進線總開關。4）采區變電所的高壓饋出線應設專用開關控制。5）由井下中央變電所向采區供電的單回路電纜供電線路上容許串接采區變電所，但串接的采區變電所不得超過三個。4.2.2采區低壓供電系統的確定原則1）在保證供電安全可靠的前提下，力爭所用的開關、起動器和電纜等設備至少；2）原則上一臺起動器只控制一臺低壓設備；一臺高壓配電箱只控制一種變壓器。當高壓配電箱或低壓起動器三臺及以上時，應設置進線開關；采區為雙電源供電時，應設置兩臺進線高壓配電箱。3）當采區變電所的動力變壓器多于一臺時，應合理分派變壓器的負荷，原則上一臺變壓器承擔一種工作面的用電設備；且變壓器最佳不并聯運行；4）由工作面配電點到各用電設備宜采用輻射式供電，上山及順槽的輸送機宜采用干線式供電；供電線路應走最短的路線，但應注意回采工作面（機采除外）、軌道上下山等處不應敷設電纜，溜放煤、矸、材料的溜道中嚴禁敷設電纜，并盡量防止回頭供電；5）大容量設備的起動器應靠近配電點的進線端，以減小起動器間電纜的截面；6）低瓦斯礦井掘進工作面的局部通風機，可采用裝有選擇性漏電保護裝置的供電線路供電，或采用掘進與采煤工作面分開供電；7）瓦斯噴出區域、高瓦斯礦井、煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井中，掘進工作面的局部通風機都應實行三專(專用變壓器、專用開關、專用線路)供電；8）局部通風機與掘進工作面的電氣設備，必須裝有風電閉鎖裝置。瓦斯噴出區域、高瓦斯礦井、煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井中的所有掘進工作面應裝設兩閉鎖(風電閉鎖、瓦斯電閉鎖)設施。因此，在掘進工作面的供電線路上應設一臺閉鎖用的磁力起動器，或專用的風電閉鎖裝置。9）局部通風機無論在工作或交接班時，都不準停風。因此要在專用變壓器與采區變電所內其他任意一臺變壓器之間加設聯絡開關。平時斷開，在試驗局部通風機線路的漏電保護時，合上聯絡開關，以防局部通風機停電；10）采區變電所、上山絞車房、裝車站及綜采工作面應設照明燈。4.3采區供電設備的選擇4.3.1采區及設備的供電回路確定采區用電設備的供電回路數，決定于用電設備的負荷等級。采煤工作面或掘進工作面的所有機電設備，假如由于某種原因對它們停電，僅僅對產量有所影響，而不會引起人員生命發生危險等重大事故，此時，可采用單回路供電。對于采區變電所的電源進線回路數要通過度析決定，假如一種礦井的采區較多，那么某一采區停電一段時間，對整個礦井的產量影響并不大，對這樣的采區供電時，采用一路電源的供電系統便可滿足規定了，不需要設置備用電源。對于采用綜合機械化采煤的礦井，假如僅設置一種或兩個采煤工作面就能完畢全礦的計劃產量，頻繁停電，必將影響全礦生產任務的完畢，因此對此類采區供電時，便可考慮設置備用電源，采用雙回路或環形供電系統。對采區中的每一臺機電設備來講，假如停電，僅局部影響生產，采用一路電源對它們供電即可。對于個別設置了地位十分重要的分區水泵的采區，由于這樣的水泵屬于一類負荷，假如它和采區機電設備由同一種采區變電所供電，那么對這樣的采區變電所供電時，必須設置備用電源，并且由采區變電所對這些水泵供電時，也必須采用雙回路或環形供電系統。4.3.2供電電壓等級確實定目前，在采區供電設計中，采區變電所的入線電壓，一般采用6000V。對出線電壓，380V的電壓已逐漸淘汰。由于設備的功率越來越大，為了減少線路的電能損失，一般在660V與1140V電壓之間。對于功率較大的設備，要盡量選用1140V的電壓等級。對一般功率的設備，要視詳細狀況而定。部分大型現代化礦井綜采工作面電牽引采煤機組已使用3000V電壓。4.3.3供電方案設計（1）供電電壓及供電方式的選擇當采區變電所的位置選定后來，對采煤工作面的供電方式一般應遵照下述原則：1）對綜采工作面的用電設備應采用1140V及以上電壓供電，且在工作面的回風巷或進風巷設置移動變電站。2）對普采工作面盡量采用1140V電壓供電，在技術條件容許的狀況下，可由采區變電所直接供電。也可在工作面回風巷或進風巷設置移動變電站。3）對炮采工作面，除特殊狀況外，一般不設置移動變電站，可采用1140V或660V電壓供電。假如需要，也可同步采用兩種電壓供電。（2）供電方案選擇供電方案選擇是采區供電設計中最重要的一種環節。本節重要處理兩個問題：1）合理的供電路線及負荷分組；2）選擇技術、經濟上合理的變壓器容量。在確定供電方案時應遵照《煤礦安全規程》的有關規定，供電方案應從采區生產技術條件、負荷分布條件、供電距離等原因進行綜合考慮，進行合理的方案分析。4.3.4低壓開關及保護裝置選擇（1）選擇的基本原則遵照《煤礦安全規程》，采區巷道及采掘工作面的低壓開關和電氣設備，一律應為隔爆型、本質安全型或隔爆兼本質安全型。低壓電器設備的詳細選擇原則為：1）用電設備的額定電壓應與其所在電網的電壓等級相符。開關的額定電流應不小于或等于用電設備的實際工作電流。2）作饋電用的總開關或分路開關，應選用DWKB系列自動饋電開關(見表4-7)3）對綜合機械化采區和高檔普采工作面，均需配置保護齊全的660V或1140V成套電氣設備。4）直接控制電動機或其他動力設備的開關，應選用隔爆型磁力起動器，其詳細構造、型號應分別根據工作機械及控制方式而定。（2）控制起動器的選擇：1）對需要遠方控制的生產機械，如采煤機、截煤機、裝巖機、輸送機等，均應從QC83、QC810或QC815、QCS83、QCKB30或DQBH等型號的磁力起動器中選用，或選用DQZBH系列的真空磁力起動器。2）對不需常常遠方控制或不常常起動的生產機械，如局扇、照明設備等，應選用QSS81系列或CH—15型帶熔斷器的開關；作短路保護用(見表4-12)。3）對需常常進行遠方控制正、反轉的生產機械，如刨煤機、回柱絞車、調度絞車等，應選用QC83—80N、QC815N及新系列QCKB30—12N系列等可逆磁力起動器。4）對需集中聯鎖控制的機械，如輸送機、采煤機組與可彎曲刮板輸送機等，應選用QC83、QC810或QC815等系列的磁力起動器。5）對向電鉆供電的開關，一般應選用BZ80、ZZ80或KSGZ型電煤鉆變壓器綜合裝置(見表4-1)。當采用1140V電壓時，可選用KSG系列的干式變壓器(見表4-2)，但需安裝電煤鉆綜合保護控制器(見表4-3)。（3）繼電保護裝置的選擇：開關電器的繼電保護裝置，應與電網和生產機械的規定相符，詳細選用原則為：1）采區變電所的總低壓開關，應設有短路、過負荷和漏電保護裝置，或至少要裝設漏電及短路保護裝置。2）變電所內的分路開關及配電點的總開關，除需有短路、過載保護外，還應設有漏電閉鎖或選擇性檢漏保護裝置(其型號見表4-6)。3）向綜合機械化采煤工作面饋電的移動變電站的低壓饋電開關，除應有短路、過負荷保護外，還應當設有漏電閉鎖和漏電保護裝置(參見表4-6選型)。4）直接控制電動機的多種起動器，一般均應具有短路、過負荷、斷相的保護裝置，對直接控制與保護采煤機組等大型設備的起動器，還要有電閉鎖和漏電保護裝置(參見表4-6選型)。5）井下低壓真空開關，應有過電壓保護裝置。6）各類低壓開關的接線喇叭口的數目，要滿足電網接線的需求，而它們的出口內徑，則要與所用電纜的外徑相適配。4.3.5高壓配電箱的選擇（1）型號的選擇采區內使用的高壓配電箱應選用隔爆型，根據礦井設備真空化的規定，應優先選擇具有真空斷路器的高壓配電箱。從電氣設備對保護裝置的規定，控制和保護高壓電動機及變壓器的高壓配電箱，應具有短路、過負荷、欠壓釋放保護；控制和保護移動變電站的高壓配電箱，除應具有上述三種保護外，還應具有選擇性漏電保護、高壓電纜監視保護。條件限制時至少應有短路和欠壓釋放保護。配電箱喇叭口的數目和內徑要滿足電網的接線規定。喇叭口的數目分類有：雙電源式，共有三個喇叭口；單電源式，有兩個喇叭口：聯合使用式，僅有一種負荷電纜喇叭口。（2）電氣參數選擇高壓配電箱應