煤矿综采工作面供电设计

附件2:

***矿综采工作面供电设计

（一）综采工作面主要条件

该工作面属于3#煤层一盘区，平均煤层厚度5m，工作面长度225m,走向长度为2000m，平均倾角3-5度，采用一次采全高采煤工艺，可采最高煤层厚度5.5m，工作面采用三进两回布置方式。

矿井井下高压采用10KV供电，由西翼盘区变电所负责向该综采工作面供电，西翼盘区变电所双回10KV电源来自地面***110KV站815、816号盘，变电所高压设备采用BGp9L-10型高压隔爆开关，保护选用上海山源ZBT——11综合保护，盘区变电所距综采工作面皮带机头200m。

（二）设备选用

1、工作面设备

采煤机选用德国艾柯夫公司生产的SL500型采煤机，其额定功率1815KW，其中两台截割主电动机功率为750KW,额定电压为3300V；两台牵引电机功率为90KW,额定电压为460V;调高泵电机电压1000V，功率35KW，破碎机功率100KW，额定电压为3300V。两台主电动机同时起动。

工作面刮板输送机采用山西煤机厂制造的SGZ1000-Z×700型输送机，机头及机尾都采用额定功率为350/700KW的双速电机，额定电压为3300V。

2、顺槽设备

1）破碎机：采用山西煤机厂制造PCM-315型破碎机，其额定功率315KW,额定电压1140V。

2）转载机：采用山西煤机厂制造SZZ1200/315型转载机。其额定功率315KW,额定电压1140V。

3）顺槽带式输送机：采用**集团机电总厂生产的SSJ-140/250/3*400型输送机（1部），驱动电机额定功率3×400KW,循环油泵电机额定功率3×18.5KW,冷却风扇电机额定功率3×5.5KV,抱闸油泵电机额定功率2×4KW,额定电压均为1140V，自动涨紧油泵电机额定功率12KW，卷带电机额定功率15KW,电压1140V。皮带机采用CST启动方式。

4）乳化液泵站：三泵二箱，乳化液泵采用无锡威顺生产的BRW400/31.5型液泵，其额定功率250KW,额定电压1140V。

5）喷雾泵：采用无锡威顺生产的BPW516/13.2型（2台），其额定功率132KW,额定电压1140V。

3、其它设备

移动列车处安装JH2-18.5慢速绞车两部，用于移动列车牵引。绞车电机功率18.5KW,额定电压等级1140V；顺槽皮带机机头安装电磁除铁器一台，型号RCDC-25S，电机功率30KW,额定电压1140V；皮带顺槽巷采用2台15KW 排污泵临时排水，额定电压1140V；其余巷道排水设备及水仓处固定离心泵就近接取电源或另设移动变电站供电。

（三）工作面移动变电站及配电点位置的确定

工作面电源电压为10kV,来自200m 以外的盘区变电所。根据用电设备的容量及布置，采用1140V 和3300V 两种电压等级供电，照明及保护控制电压采用127V 。在顺槽皮带机机头设置移动变电站及配电点，为顺槽皮带机供电；在顺槽皮带巷距工作面100-200米处设移动列车，将移动变电站，采煤机、工溜、转载机、破碎机控制开关，液压泵站、喷雾泵及其控制开关装在移动列车上，可以随着工作面的推进定期在轨道上进行移动。见设备布置示意图。 （四）负荷统计及移动变电站选择

按用电设备额定电压分为1140V 和3300V 两种，按移动变电站二次侧两种电压等级选取：

1、3300V 用电设备变电站选取

由于采煤机（1815KW ）、刮板输送机（2*700KW ）单机容量较大，且考虑过电流保护灵敏系数的要求，分别选用1台容量较大的移动变电站。

1） 供采煤机移动变电站选取（1# 移变）

b 18151

S 2135.3cos 0.85

e

x

pj

P K

KVA ??=

=

=∑ cos pj ?——各设备的加权平均功率因素，1#移变供电1台采煤

机组，取0.85；

e p

∑——

设备额定功率之和；

x k ——需用系数，在综采工作面，x k =0.4+0.6，b p 为最大一台

设备额定功率，对单台设备，x k =1。 选择25002135.3be b S KVA S KVA =>=

2）供工作面运输机移动变电站选取（2#移变）

b 14001

S 1647.1cos 0.85

e

x

pj

P K

KVA ??=

=

=∑ 选择20001647.1be b S KVA S KVA =>= 2、1140V 用电设备变电站选取

顺槽皮带机容量较大，且为固定供电设备，单独选用一台移动变电站，其余设备选用一台移动变电站。顺槽皮带巷2台15KW 潜污泵可就近在移动变电站接取电源。

1)顺槽皮带机移动变电站选取（3#移变）

顺槽皮带机长度约为2000m,且皮带巷坡度不大，皮带机采用两驱运行，一驱备用可满足要求。

b 9131

S 1074.1cos 0.85

e

x

pj

P K

KVA ??=

=

=∑ 选择12501074.1be b S KVA S KVA =>= 2)其它设备移动变电站选取（4#移变）

x k =0.4+0.6b p /e p ∑=0.4+0.6×315/1394=0.54

b 13940.54

S 1075.3cos 0.7

e

x

pj

P K

KVA ??=

=

=∑ 选择12501075.3be b S KVA S KVA =>=

根据井下移动变电站要求选取型号为KBSGZY 型移变。

工作面负荷统计

（五）供电系统选型及供电系统拟定

由采区变电所1#、2#、3#、4#四台高压开关（200/5）向工作面四台移动变电站高压供电。移动变电站高压侧开关采用真空断路器，开关具有短路、过负荷和无压释放保护。

低压馈电开关及磁力启动器按其断路器（接触器）额定电流大于等于所控制（启动）设备额定电流进行选取，按断路器（接触器）分断能力等于或大于所通过最大三相短路电流来校验。馈电应具备短路、过负荷、漏电跳闸及闭锁等保护，磁力起动器应具有短路、过负荷、漏电闭锁、断相等保护及远方控制功能。

采煤机额定电流375A，1#移变选取德国贝克生产PBE3006型低压开关，三回3300V出线，额定电流450A，一用两备，低压开关直接向采煤机供电，另一回路出线127V；刮板运输机额定电流2*143A。2#移变低压侧选取英国ALLENWEST公司生产AW2000型开关，五回3300V出线，单回额定电流200A，四用一备，另一回路出线127V。3#移变低压侧运行负荷额定电流585.1A，移变低

压侧选取平阳开关厂生产BXD-800型真空馈电开关，皮带机三台驱动电机的电流256A ，三台油泵额定电流12A ，三台风扇额定电流3.5A ，两台抱闸额定电流2.6A ，采用长治海通生产Ⅱ组开关进行控制，其中3回采用400A 接触器控制驱动电机，另外8回采用30A 接触器控制油泵、风扇、抱闸油泵，满足使用要求，自动油泵涨紧电机采用KXJ3-80/1140型专用开关，电磁除铁器、卷带电机选用QBZ-80/1140型开关均满足要求。4#移变低压侧运行负荷额定电流I zd ≥I eq +∑I e K x 。其中I eq 为最大负荷额定电流，取转载机额定电流200A ，∑I e 为其余设备额定电流之和为700A ，K x 为需用系数0.54，I zd ≥200+700*0.54=578A 。移变低压侧选用平阳开关厂生产BXD-800型真空馈电开关，乳化液泵、喷雾泵、转载机、破碎机均采用长治海通生产6路组合开关控制，每台开关六回1140V 出线，额定电流400安，满足使用要求。

根据供电设备选型及布置拟定供电系统图。 （六）高压电缆截面选择校验

按设计规定及矿用高压电缆选型，初选MYPTJ 型矿用10KV 铜芯、橡套、双屏蔽电缆。

1、供1#移变高压电缆截面选择（L 1） 1）按长时允许电流选电缆截面

3

3

10137fh P K

I A ?===

pj h ---平均效率，查表得0.9。

根据矿用橡套电缆长时允许载流量查表得35mm 2 电缆为

138A >137A 满足要求。

2）按经济电流密度校验电缆截面。

213760.92.25

I A mm j =

== A---电缆主芯截面

j---经济电流密度 A/mm 2 查表得2.25

根据高压电缆经济电流密度校验35 mm 2不能满足要求，应选取70 mm 2截面电缆，长时允许截流量215A 。 3）按允许电压损失校验

%0.028 2.2 6.2%7%U KP ?==?=<∑

%U ?——高压电缆线路中的电压损失百分数。

K ∑—— 兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失百分数。

P —— 电缆长度，km 。 7%——允许电压损失百分数。

校验满足要求。 4) 热稳定校验电缆截面

设井下盘区变电所10kV 母线最大短路容量限制50MVA ，最大三相稳态短路电流6(3)

2887

I

A ∞

===

22min

15.570A mm mm ===<

i t ——短路电流的假象时间，即热等效时间，取0.25S;

C ——电缆热稳定系数，铜芯橡套电缆C=93.4。 热稳定校验电缆截面满足要求。

2、供2#移变高压电缆截面选择（L2）1）按长时允许电流选电缆截面

33

10

105.7

fh

P K

I A

?

===

取25mm2电缆长时允许截流量113A＞105.7A满足要求。

2）按经济电流密度校验电缆截面。

22

105.7

4725

2.25

I

A mm mm

j

===>

25mm2电缆不能满足要求，选取50 mm2电缆截流量173A。

3）按允许电压损失校验

%0.038 2.28.36%7%

U KP

?==?=>

∑不能满足要求

选取70mm2电缆% 6.2%7%

U

?=<

4）热稳定校验电缆截面

A min=15.5 mm2＜70 mm2 满足要求

3、供3#移变高压电缆截面选择

1）按长时允许电流选电缆截面

100

fh

I A

=取25mm2电缆长时允许截流量113A 满足要求。

2）按经济电流密度校验电缆截面。

22

100

44.425

2.25

I

A mm mm

j

===>不能满足要求

3）按允许电压损失校验

%0.0380.3 1.14%7%

U KP

?==?=<

∑满足使用要求

4）热稳定校验电缆截面

A min=15.5 mm2＜50 mm2 满足要求

4、供4#移变高压电缆截面选择

1）按长时间允许电流选择电缆截面

69fh I A =取16 mm 2 电缆长时间允许截流量83A ，满足要求。

2）按经济电流密度校验截面

26930.72.25

I A mm j =

==不能满足要求。 取35 mm 2电缆截面流量138A 。 3）按允许电压损失校验

%0.054 2.211.88%7%U KP ?==?=>∑ 不能满足要求。

选取70mm 2 电缆% 6.2%7%U ?=<满足要求。 4）热稳定校验电缆截面

22min 15.570A mm mm =<满足要求。

四条高压电缆选取为：

L 1——MYPTJ-10——3*70+3*25+3*2.5——2200m L 2——MYPTJ-10——3*70+3*25+3*2.5——2200m L 3——MYPTJ-10——3*50+3*16+3*2.5——300m L 4——MYPTJ-10——3*70+3*25+3*2.5——2200m (七)按长时负荷电流初选低压电缆截面

长时负荷电流要求电缆截面载流量大于等于电缆长时间负荷电流，电缆标号见拟定供电系统图。

采煤机选用MCPR1.9/3.3KV拖移电缆，刮板运输机选用MYPTJ1.9/3KV型电缆，其余1140V电缆均选用MYP型矿用橡套屏蔽电缆。L10选取两趟120mm2电缆，L12选取两趟70 mm2电缆，L13选取两趟50 mm2电缆。

（八）按机械强度要求校验电缆截面

机械强度要求采煤机电缆允许最小截面35-55 mm2，工作刮板

输送机为16-35 mm 2，均满足要求。 （九）按允许电压损失校验电缆截面

3.3KV 系统允许电压损失

y e U 0.9U 34000.93300430za E V ?=-=-?=

1.14KV 系统为y U 11900.91140164V ?=-?= 1、 1＃移动变电站低压配电系统 移变参数：2500be S KVA = 3.4ze U KV =

418.4ze I A = 5.5%d U =10800P W ?=

1)正常运行时的电压损失校验

推导参数：变压器内部电阻上压降百分数

变压器内部电抗上压降百分数

5.48x U =

==

正常负荷变压器内部电压损失百分数

()()

%2135.3

2.79cos sin 25000.4350480.53b

b be r r S U S U U ???=

=++?

变压器内部电压损失

% 2.793400

94.86100100

b ze b U E U V ???=

== L5电缆上允许电压损失为：

543094.86335.14yl y b U U U V ?=?-?=-=

要求L5最小截面为：

553352

1018154501019.342.53300335.140.9

e L e yL p l A mm DU U h ???===????

52219.3150L A mm mm =< 满足正常供电要求。

2）按起动时电压损失校验电缆截面 （1）阻抗等值电路图如1-1所示。

图1-1变电站供电系统起动阻抗等值电路

Z1变压器内部阻抗 Z2 L5电缆阻抗 Z3 采煤机等值阻抗 （2）变压器内部阻抗 变压器二次额定电流：

12

437.4333300

10800

0.01933437.4be be be be I A U P R I =

==??===Ω?

10.23910031003437.4

x be be X I =

==Ω??

（3）L 5电缆阻抗:

(4)采煤机起动时相

阻抗

双电机同时启动 cos 0.4eq ?=

05051.18 1.180.120.450.0640.0690.450.031Z z R R L X X L ==??=Ω==?=Ω

31.252

Z===Ω

43cos 1.2520.40.501 eq

R Z?

==?=Ω

33sin 1.2520.9165 1.147 eq

X Z?

==?=Ω回路总阻抗：

1230.0190.0640.5010.584

R R R R

=++=++=Ω∑

1230.2390.031 1.147 1.417

X X X X

=++=++=Ω∑

采煤机启动时实际起动电流I sq:

1280.0

sq

I A

===

采煤机起动时电压机端电压U q

1280.8 1.2522777.5

q sq y

U Z V

==?=

2777.5

84.2%75%

3300

q

e

U

U

==>

所以采煤机干线电缆截面满足起动要求。

2、2#移动变电站低压配电系统。

2000

be

S KVA

= 3.4

ze

U KV

=334.7

ze

I A

=5%

d

U=9700

P W

?=

1)正常运行时的电压损失校验（按机尾高速电机运行校验）

变压器推导参数：97000.485

10200010

r

be

P

U

S

?

==

=

??

4.98

x

U===

()() %

1647.1

cos sin0.4850.85 4.940.53 2.51

2000

b

b r r

be

S

U U U

S

??

?=+=?+?=

变压器内部电压损失：% 2.51340085.34

100100

b ze

b

U E

U V

??

?===

L9电缆上允许电压损失为：

943085.34344.66yl y b U U U V ?=?-?=-=

要求L9最小截面为：

533

5

2910750450107.842.53300344.660.9

e L e yL p l A mm DU U h ???===????

2297.850L A mm mm =<

2）按起动时电压损失校验电缆截面 （1）阻抗等值电路图如1-2所示。

图1-2变电站供电系统起动阻抗等值电路

Z1变压器内部阻抗 Z2 Z3 机头机尾电缆阻抗 Z4 低速电动机起动阻抗

（2）变压器内部阻抗

349.9333300

be be be I A U =

==? 12

97000.02633349.9

be P R I ?=

==Ω? 10.27110031003349.9

x be be X I =

==Ω??

（3）、电缆阻抗 机头电缆L7：

071.18 1.180.380.20.09Z R R L ==??=Ω

2070.0810.20.016X X L ==?=Ω

机尾电缆L8 ：30.202R =Ω30.036X =Ω （4）、电动机（低速）起动相阻抗：

双电机同时起动：cos 0.4eq ?=

4 4.59Z =

=

=Ω

44cos 4.590.4 1.836eq R Z ?==?=Ω

4 4.590.916

5 4.206X =?=Ω

计算总阻抗：

()()11240.090.016 1.836 4.206 1.926 4.222Z Z Z j j j =+=+++=+ ()()12340.2020.036 1.836 4.206 2.038 4.242Z Z Z j j j =+=+++=+ ()()()()

1112

221112 1.926 4.222 2.038 4.2420.991 2.125 2.34565.01.926 4.222 2.038 4.242j j Z Z Z j Z Z j j ++=

=

=+=++++()()1220.0260.2710.991 2.125 1.017 2.396 2.60367.0Z Z Z j j j =+=+++=+=

变压器输出起动电流：

754.1367.0bq I =

==-

机尾电动机起动电流：

111112 4.64165.5754.1367.0

374.4366.49.34664.9

zq bq

Z I I Z Z ?

-=

==-+

机尾电动机起动电压：

4374.43 4.592976.76q zq U Z V ==?= 2976.76

90.2%75%3300

q e

U U =

=> 所以刮板运输机初选电缆截面满足使用要求。

3、3#移动变电站低压配电系统（驱动电机两用一备） 变压器参数：1250be S KVA = 1.19ze U KV =601.8ze I A =

4.5%d U =7400P W ?=

1）正常运行时电压损失校验 变压器推导参数：7400

0.59210125010

r be P U S ?=

==??

4.461x U =

==

()()%1074.1cos sin 0.5920.85 4.4610.53 2.461250

b b r r be S U U U S ???=

+=?+?= 变压器内部损失：% 2.461190

29.27100100

b ze b U E U V ???=== ①L10 截面反算校验

支线电缆

L14电压损失为：

()()141400cos sin 2560.010.230.850.0760.530.99z e z U L R x V

???=+=??+?=同理求得支线电缆L15、L17、L18、L20、L21、L23、L24上电压损失。

10.18Z U V ?=

L10干线允许电压损失 124.55g b z U U U U V ?=?-?-?=

L10最小截面：33

2101010108562010 3.1542.51140124.550.9

e l e yl P L A mm DU U h ???===????

L10、L14---L24电缆截面选取满足要求。 ②L11 截面反算校验

支线电缆L33、L34、L35电压损失为： 2.29Z U V ?=

132.44g b z U U U U V ?=?-?-?=

L11最小截面：2110.39l A mm =

L11、L33—L35满足使用要求。2）按起动时电压损失校验电缆截面

①阻抗等值电路图如图1-3

②变压器内部阻抗

633.06

331140

be

be

be

I A

U

===

?

1

0.006

R=Ω

1

0.046

X=

图1-3 变电站供电系统起动阻抗等值电路图

Z1：变压器阻抗；Z2 ：驱动电机正常运行阻抗；Z3 ：驱动电机起动时阻抗；Z4：油泵运行阻抗；Z5：风扇运行阻抗；Z6：抱闸油泵运行阻抗；Z7：涨紧电机运行阻抗；Z8：卷带电机运行阻抗；Z9 ：电磁除铁器运行阻抗；其余为对应编号电缆阻抗。

③L10、L11电缆阻抗

L10等于两条120mm2电缆阻抗并联，等于单条120mm2电缆阻抗一半。

010

10

1.18 1.180.160.02

0.002

22

l

R L

R

??

==Ω

010100.0740.02

0.00122

L X L X ?=

==Ω 110.174L R =Ω110.004L X =Ω

④ 驱动电机正常运行时和L14电缆串联阻抗

222cos 0.911400.85

2.48510004001000

e e hU Z P ???===Ω??

22cos 2.112R Z ?==Ω22sin 1.317X Z ?==Ω 40.003L R =Ω40.001L X =Ω

1 2.115R '=Ω1 1.318X '=Ω1 2.492Z '=Ω

电导：()

1122

1 2.115g 0.3412.492R Z ''==='

电纳：()

11221

1.318b 0.212

2.492

X Z '

'==='

( 5)、驱动电机启动时和L15电缆串联阻抗

采用CST 起动，电机启动时起动电流为3倍额定电流。功率因数取0.5。

30.429R =Ω30.742X =Ω 150.009L R =Ω150.003L X =Ω 20.438R '=Ω2

0.745X '=Ω20.864Z '=Ω 2g 0.587'=2b 0.998'=

（6）、油泵电机运行时和L17（L21）电缆串联阻抗

3g 0.016'=3b 0.027'=

（7）、风扇电机运行时和L20（L21）电缆串联阻抗

4g 0.007'=4b 0.011'=