М.П. Латышев Проектирование систем электроснабжения участков шахт

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электроснабжения горных и промышленных предприятий

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УЧАСТКОВ ШАХТ

Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности 170100 "Горные машины и оборудование"(cпециализация 170101 "Горные машины и электрооборудование подземных разработок")

Составители М.П. Латышев В.И. Масорский И.В. Попов

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 3 от 10.04.02 Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией по специальности 170100 Протокол № 8 от 05.07.02

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2002

1

ВВЕДЕНИЕ

Каждый специалист, связанный с эксплуатацией электромеханического хозяйства шахт, должен в совершенстве владеть методикой проектирования систем электроснабжения. Самостоятельное и творческое выполнение курсового проекта позволит приобрести навыки принятия грамотных практических решений, обеспечивающих высокую производительность рабочих машин при минимальных затратах

иэксплуатационных расходах, высокую надежность и безопасность систем электроснабжения.

При проектировании обязательным является выполнение следующих положений.

1.В проекте должна использоваться прогрессивная технология

ивысокопроизводительная техника и оборудование.

2.При проектировании должны быть выполнены требования нормативных материалов [1; 3].

3.Неукоснительное соблюдение ЕСКД и других действующих стандартов.

4.Проектирование производится применительно к определенным производственным условиям действующих горных предприятий на основе материалов производственных практик и глубокого изучения литературы по электроснабжению. Наиболее целесообразным является реальное проектирование по заданию горных предприятий по разработке проектной документации систем электроснабжения или проведения поверочных расчетов.

Графическая часть проекта представляет собой схему электроснабжения выемочного поля, лавы и подготовительного забоя на плане горных работ и составляет 1-2 листа формата А1.

Объем пояснительной записки определяет автор проекта, но при этом должны соблюдаться следующие требования:

-отсутствие материала из литературы описательного характера;

-должны быть представлены обоснования принятых решений;

-приводятся формулы, поясняются величины, входящие в нее с указанием размерности, дается пример вычислений одного элемента (параметра), а результаты других вычислений сводятся в таблицы;

-задание на проектирование, оглавление, краткое введение помещаются в начале записки , а список литературы в конце;

-нумерацию формул , таблиц и рисунков рекомендуется проводить по разделам.

2

1. СТРУКТУРА И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Процесс проектирования систем электроснабжения можно изложить в виде следующего алгоритма.

1.Определение условий и технических данных проектирования.

2.Выбор схем электроснабжения, мест расположения трансформаторов, распределительных пунктов и определение длин отрезков кабельных

ивоздушных ЛЭП.

3.Определение электрических нагрузок элементов системы электроснабжения.

4.Выбор мощности трансформаторов.

5.Определение сечений ЛЭП и выбор оборудования.

6.Определение уставок защит.

7.Расчет токов короткого замыкания.

8. Проверка оборудования на отключающую способность, термическую и электродинамическую стойкость.

9. Проверка уставок защит на возможность их срабатывания от наименьших токов короткого замыкания (по коэффициенту чувствительности).

10.Расчет и выбор средств и методов обеспечения электробезопасности системы электроснабжения.

11.Определение технико-экономических показателей системы электроснабжения.

3

В соответствии с алгоритмом проектирования, следует оформить исходные условия и технические данные проектируемой шахты в виде задания :

1.Наименование шахты ………………………………………….

2.Производительность шахты, млн т/год……………………….

3.Глубина ведения горных работ, м.…………………………….

4.Мощность пласта, м………………………………………….…

5.Угол падения пласта, град …………………………………….

6.Категория пласта по газу и пыли………………………………

7.Система отработки выемочного поля…………………………

8.Расстояние от участка до ствола, м……………………..…….

9.Мощность (ток) короткого замыкания на шинах центральной подземной подстанции (ЦПП), МВА (кА)………………………..

Для выемочного поля установить следующее:

1.Порядок отработки лавы (прямой, обратный) ……………….

2.Высота и длина выемочного поля, м …………………………

3.Длина (высота) выемочного столба, м ……………………….

4.Длина лавы, м…………………………………………………..

5.Способы и пути доставки угля, породы, материалов……….

6.Направление вентиляционной струи по выработкам (указать стрел-

ками на чертеже)……………………………………………….

7.Тип добычного комплекса………………………………….

8.Тип выемочной машины ……………………………………

9.Тип лавного конвейера ……………………………………...

10.Тип перегружателя………………………………………….

11.Тип конвейера в штреке ……………………………………

12.Количество конвейеров в штреке …………………………

13.Тип конвейера в бремсберге (уклоне) …………………….

14.Количество конвейеров в бремсберге (уклоне) …………..

15.Прочие конвейеры ………………………………………….

16.Тип лебедок для доставки материалов, поддержки комбайна и др… ………………………………………………………….

17.Тип и количество маслостанций ……………………………

18.Насос орошения ………………………………………………

Прочее оборудование (погрузочные пункты, дегазация, пропит-

ка, бурение и т.д.) …………………………………………………….

4

2. ПОСТРОЕНИЕ СХЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОЧИСТНЫХ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ

2.1.Особенности построения и проектирования распределительных сетей шахт

Основной особенностью систем электроснабжения технологических участков угольных шахт является постоянное изменение их параметров из-за подвижного характера места проведения работ, связанного с технологией добычи угля.

На способ участкового электроснабжения в той или иной мере влияют горно-геологические, технические и технологические факторы, а также условия окружающей среды. Однако несмотря на большое разнообразие факторов и условий на шахтах, принципиальных отличий в системах электроснабжения технологических участков в различных угольных бассейнах страны нет.

Учитывая совокупность всех условий и факторов подземной добычи угля, к системе электроснабжения технологического участка предъявляют следующие требования:

−электроснабжение должно быть безопасным в отношении поражения людей электрическим током, а также возникновения открытого искрения, способного вызвать пожары или взрывы рудничной атмосферы;

−система электроснабжения должна быть надежной, обеспечивающей качественное и бесперебойное питание электроэнергией всех электроприемников участка;

−электрооборудование и кабели, входящие в систему электроснабжения участка, должны позволять непрерывное их подвигание, наращивание электрической сети и расширение системы в целом;

−капитальные затраты и эксплуатационные расходы на участковую

систему электроснабжения должны быть минимальными.

Одной из мер повышения безопасности и надёжности электроснабжения подземных электроприёмников является обособленное их питание, обеспечивающее:

1)уменьшение вероятности появления атмосферных перенапряжений в подземных выработках шахт;

2)уменьшение величины емкости высоковольтной сети 6,3 кВ относительно земли, что повышает сопротивление изоляции сети;

5

3) уменьшение емкостных токов утечки при замыкании фазы на землю, что уменьшает опасность взрыва взрывоопасной атмосферы и возникновения пожара.

Обособленное питание обеспечивается в основном тремя способами:

1)строительством двух подстанций, одна из которых питает только потребителей поверхности, а другая - потребителей под землёй;

2)применением разделительных трансформаторов с коэффициентом

трансформации, равным единице (kт = 1). Способ применяется в основном при реконструкции шахт (рис. 2.2);

3)применением модернизированных трёхобмоточных трансформаторов. Одна вторичная обмотка под напряжением 6,3 кВ питает

шины ГПП электроснабжения поверхности, а другая − 6,6 кВ предназначена для питания подземных потребителей (рис. 2.1).

Могут также применяться трансформаторы с расщепленной вторичной обмоткой. Потребители поверхности и подземные питаются напряжением 6,3 кВ.

Все схемы участковых систем электроснабжения, как правило «лучевые», состоят из двух подсистем: стороны высшего напряжения (ВН) и стороны низшего напряжения (НН).

Кстороне ВН участковых систем электроснабжения относятся: распределительные устройства с уровнем напряжения более 1200 В, установленные на центральной подземной подстанции (ЦПП) или на главной понизительной подстанции (ГПП) и питающие конкретные технологические участки; разделительные трансформаторы (PT), если они предусмотрены; промежуточные распределительные пункты (РПП ВН) или отдельное комплектные распределительные устройства(КРУ); распределительные устройства РУ ВН участковых трансформаторных подстанций, а также соединяющие их силовые и контрольные кабели.

Кстороне НН систем электроснабжения технологических участков относятся распределительные устройства с уровнем напряжения до 1200 В (РУ НН) участковых трансформаторных подстанций, распределительные подземные пункты участков (РПП HH) и соединяющие их силовые и контрольные кабели. Практически следует различать только два способа электроснабжения технологических участков:

1) от ЦПП, которая, в свою очередь, получает питание ВН по проложенным по стволу кабелям от ГПП;

6

W1

W2

QS1

QS2

РНДЗ – 2 - 110/1000

QS3

	Q2
QS5	QS7

		QS4
МКП - 110Б – 1000		Q3
Q1	QS8	QS6

	T1	ТДТНШ – 16000/110	T2
QS7	QS8	QS9	QS10
LR1	LR2	LR3	LR4

Q5	6.3кВ	6.3кВ	Q6	Q7
Q4S4
				Q14
Q8

Потребители поверхности

6,6кВ	6,6кВ
Q15	Q21
	Стволы и
	энергоскважины

Подземные потребители

Рис. 2.1.Схема ГПП с трёхобмоточным трансформатором

	7
W1	W2
QS1	QS2
	РНДЗ – 2 - 110/1000

QS3

	Q2
QS5	QS7

	QS4
МКП - 110Б – 1000	Q3
Q1	QS6
	QS8

QS10

ТДТНШ – 16000/110

Т1

Т2

QS12

QS11

Шины потребителей поверхности

6,3кВ

Q4

Q5

6,3кВ

Q6

Q12

Т3

Разделительные трансформаторы

Т4

6,6кВ

Q13

Шины подземных потребителей

Q14

6,6кВ

Q15

Q21

Стволы и энергоскважины

Рис. 2.2.Схема ГПП с разделительными трансформаторами

8

2) от ГПП по воздушным или кабельным линиям, а затем через специальные энергетические скважины, пробуренные с поверхности в зоны ведения работ. Первый способ электроснабжения может иметь несколько вариантов, различающихся между собой питанием передвижной участковой подземной трансформаторной подстанции (ПУПП) со стороны ВН.

Наиболее простой вариант электроснабжения: ЦПП-Æ ПУПП -Æ РПП НН.

Эта схема применяется обычно, когда ЦПП и технологический участок находятся на одном горизонте. Если ЦПП и технологический участок находятся на разных горизонтах, то на горизонте или крыле шахты, на котором находится технологический участок, обычно оборудуют РПП ВН, и тогда схема электроснабжения участка будет:

ЦПП ÆРПП ВН Æ ПУПП Æ РПП НН или ЦПП Æ РПП ВН Æ РПП ВНÆ ПУППÆ РПП НН.

Возможен вариант, когда для участков со значительной нагрузкой одной ПУПП недостаточно, и тогда устанавливаются две ПУПП. В этих случаях одна из них подключена не к ЦПП или РПП ВН, а к другой ПУПП (шахтной КТП) через ее вводную коробку РУ ВН. При этом питание обеих ПУПП осуществляется по одному кабелю ВН.

В этом случае схемы электроснабжения приобретают вид: ЦППÆ ПУППÆ РПП НН

|

ÆПУПП Æ РПП НН ЦПП ÆРППВН ÆПУПП Æ РПП НН .

|

ÆПУПП Æ РПП НН ЦПП ÆРПП ВНÆ РПП ВНÆПУПП Æ РПП НН

|

Æ ПУПП Æ РППНН.

При двух ПУПП каждая из них может иметь и самостоятельное питание по кабелю ВН, а между РУ ВН этих ПУПП при необходимости устанавливается резервирующая перемычка, благодаря которой повышается надежность электроснабжения участка.

Второй способ электроснабжения также имеет два варианта, отличающиеся местом установки участковой трансформаторной подстанции. В одном варианте участковая передвижная комплектная трансформаторная подстанция ПКТП устанавливается на поверхности у устья энергетической скважины. Со стороны ВН она получает

9

питание от ГПП и через скважину по кабелю подает напряжение на РПП НН, т. е. схема электроснабжения участка имеет вид

ГППÆПКТПÆРПП НН.

Вдругом варианте участковую трансформаторную подстанцию устанавливают в подземной выработке непосредственно на участке (ПУПП), а на поверхности около скважины — комплектное распределительное устройство ВН наружной установки (КРУН), от которого через скважину по кабелю напряжение подается на ПУПП, и схема электроснабжения участка в этом случае будет:

ГППÆ КРУНÆ ПУППÆ РПП НН.

Целесообразность электроснабжения через скважины определяют на основании технико-экономического сравнения и результатов расчета по оценке уровня качества электроэнергии на зажимах электроприемников участка и других электрических расчетов.

Второй способ электроснабжения участков допускают только при неглубоком залегании угольных пластов и отсутствии пахотных земель в пределах шахтного поля. При этом первый вариант этого способа электроснабжения оправдывает себя примерно при глубине разработки до 200 м, а второй – до 400 м.

Вданном разделе проекта студент должен выбрать вариант схемы ГПП, которая обеспечивает обособленное питание подземных потребителей и способ электроснабжения технологического участка. В дальнейшем рекомендуется показать высоковольтную распределительную сеть шахты на внутренней части графического листа.

3. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И ВЫБОР ПЕРЕДВИЖНЫХ УЧАСТКОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Выбору мощности силовых трансформаторов должно предшествовать определение расчётных нагрузок, которые должен обеспечить трансформатор, как в нормальных, так и в аварийных режимах.

Выбор мощности силовых трансформаторов на выемочном поле для питания очистных, подготовительных работ, бремсберговых (уклонных) конвейеров, погрузочных пунктов и др. потребителей производится методом коэффициента спроса.

Для определения расчетных нагрузок участковых трансформаторов необходимо составить табл. 3.1, в которую занести электродвигатели рабочих машин и их технические данные.