22101綜采工作面設備選型及供電設計

22101綜采工作面設備選型及供電設計
供電設計概述
一、工作面原始資料及設備選型：
1、22101工作面為緩傾斜煤層，煤層平均厚為5.7米，煤質松軟，高瓦斯。工作面長度為120米，采區一翼的走向長為270米。
2、此工作面為綜采工作面，用后退式采煤方法。回采用可調高的MG160/380—WD型雙滾筒機電牽引采煤機，支架采用低位放頂煤型號為ZGT4400／17.5／27過渡架和ZFS3100／16／26中間架，工作循環為兩班生產，一班檢修。
3、工作面采用SGZ—630／220刮板運輸機一部與采煤機配套，一部SGZ—630／150刮板運輸機與放頂煤支架配套。進風順槽配有SZB—764／132型轉載機、PC—110破碎機、SSJ—1000／125型伸縮帶式運輸機。一部JH2—14型回柱車用于拉轉載機和伸縮皮帶。回風設有液壓泵站，配有JD—11.4、JD—25型調度絞車用于運輸設備和材料，一部JH2—14型回柱車用于回收金屬棚腿。
二、工作面供電系統簡述及供電方式：
1、6KV高壓系統由高壓防爆配電箱、高壓雙屏蔽軟電纜、高壓電纜連接器和移動變電站等組成。
低壓1140V及660V由低壓饋電開關（設有漏電、過流、短路、過壓、欠壓保護裝置），經過屏蔽電纜接至真空起動器，通過屏蔽電纜饋電給各用電設備。
2、井底中央配電室配出電壓6KV至采區液壓絞車房配電室，一回路高壓供電至移動變電站。（工作面負荷大，為了減少電壓損失，由移動變電站供電）。主要用電設備：機組、前工作溜、轉載機、破碎機，采用1140V供電電壓。后工作溜、乳化泵、皮帶機、回柱車、調度絞車，采用660V供電電壓。煤電鉆和照明、信號采用127V供電。
3、移動變電站所帶負荷采用干線式和輻射式混合供電。
4、采用兩臺移動變電站，一臺為6000V／1140V（供采煤機組和前刮板運輸機、破碎機、轉載機），一臺為6000V／660V（供其余負荷）。移動變電站在進風口布置，距進風口500米。

三、變壓器容量選擇
1、供采煤機、前刮板運輸機、破碎機、轉載機（電壓為6000V／1140V）干變的確定：即用公式：
SBｊ＝KX∑P／COSΦ
需用系數按下式確定：
KX＝0.4＋0.6PS／∑PN=0.4+0.6×380／732=0.71
(供工作面電機臺數為兩臺時，也可以電動機額定電流及額定電流和計算，不考慮需用系數)
SBｊ＝KX∑P／COSΦ=732×0.71÷0.7=742KVA
2、供其它負荷變壓器容量的確定：（6000V/660V）
KX＝0.4＋0.6PS／∑PN=0.4+0.6×125／414.8=0.58
SBｊ＝K X∑P／COSΦ=414.8×0.58÷0.7=344KVA
根據變壓器的計算容量，按SBｅ≥SBｊ選擇變壓器。
電壓為6000V／1140V的移動變電站，計算容量為742KVA，選擇800KVA的干變。
電壓為6000V／660V的移動變電站，計算容量為344KVA，選擇500KVA的干變。
四、采區高壓電纜的選擇
1、高壓電纜確定遵循的原則：
⑴、供移動變電站的高壓電纜選用監視型屏蔽橡膠電纜。
⑵、電纜的長度按LS=K·L計算：
L——巷道實際長度。
K——增長系數。 橡膠K=1.1 鎧裝K=1.05
2、高壓電纜截面的選擇：
⑴、供6000V／1140V干變高壓電纜的選擇：
①、按經濟電流密度選擇電纜截面：
根據公式：Sｊ=Iｎ／Jｎ（兩臺設備不考慮需用系數）
綜采工作面取：300×2×5小時=3000小時。Jｎ取2.25
Iｎ= KX∑P／√3·U·COSΦ
=732×103／1.732×6000×0.7=100A
Sｊ=Iｎ／Jｎ=100／2.25=45㎜2
選用50㎜2電纜一根。
②、按持續允許電流校驗電纜截面：
KIP≥Iｇ KIP =173A≥Iｇ=100A K取1.0
③、按電壓損失校驗截面：
液壓絞車房配電室至移動變電站：
根據公式△U1=K·P·L=1.882×0.732×0.22=0.275％
電纜長度L=200×1.1=220M=0.22KM
井底中央配電室至液壓絞車房配電室：
△U2=K·L·P=0.797×0.732×1.16=0.677％
地面配電室至井底中央配電室：
△U3= K·L·P=0.566×0.732×0.6=0.249％
移動變電站高壓回路的電壓降為：
△Uｙ=△U1+△U2+△U3=1.201％＜7％ 合格
⑵、供6000V／660V干變高壓電纜的選擇：
①、按經濟電流密度選擇電纜截面：
根據公式：Sｊ=Iｎ／Jｎ（兩臺設備不考慮需用系數）
Jｎ取2.25
Iｎ= KX∑P／√3·U·COSΦ
=415×0.58／1.732×6000×0.7=33A
Sｊ=Iｎ／Jｎ=33／2.25=15㎜2
選用35㎜2電纜一根。
②、按持續允許電流校驗電纜截面：
KIP≥Iｇ KIP =135A≥Iｇ=33A K取1.0
③、按電壓損失校驗截面：
液壓絞車房配電室至移動變電站：
根據公式△U1=K·P·L=1.882×0.415×0.22=0.171％
電纜長度L=200×1.1=220M=0.22KM
井底中央配電室至液壓絞車房配電室：
△U2=K·L·P=0.797×0.415×1.16=0.383％
地面配電室至井底中央配電室：
△U3= K·L·P=0.566×0.415×0.6=0.141％
移動變電站高壓回路的電壓降為：
△Uｙ=△U1+△U2+△U3=0.695％＜7％ 合格
按電纜短路時的熱穩定條件校驗電纜截面：
S ZX≥I（3）ｔ1／C
I（3）——最大三相短路電流。安
ｔ1—————短路電流的假想作用時間。秒
C————熱穩定系數。
五、采區低壓電纜選型
1、低壓電纜確定遵循的原則：
⑴、鎧裝電纜按所經路徑長度1.05計算。
⑵、橡套電纜按所經路徑長度1.10計算。
⑶、半固定設備的電動機至就地控制開關的電纜長度一般取5—10米。
⑷、從起動器到電動機的電纜一律采用橡套電纜。1140V設備必須用帶有分相屏蔽的橡膠屏蔽電纜。
⑸、固定設備一般應用鎧裝電纜，也可用橡套或銅芯塑料電纜。半固定設備一般應用軟電纜。
⑹、采區低壓電纜嚴禁采用鋁芯電纜。
2、低壓電纜截面的選擇：
⑴、機組電纜截面的選擇（支線）：
Iｇ=Iｅ=0.67×380=255A
KIP≥Iｇ
機組電纜截面選用：MYP—1140—3×95㎜2，長期允許載流量為285A。
⑵、工作溜電纜截面的選擇（支線）：
Iｇ=Iｅ=0.67×110=74A
KIP≥Iｇ
工作溜電纜截面選用：MYP—1140—3×25㎜2，長期允許載流量為113A。
⑶、工作后溜和伸縮帶式運輸機電纜截面選擇（支線）：
Iｇ=Iｅ=1.15×125=144A
KIP≥Iｇ
工作后溜和伸縮帶式運輸機電纜截面選用：MYP—660—3×50㎜2，長期允許載流量為173A。
⑷、乳化泵電纜截面選擇(支線)：
Iｇ=Iｅ=1.15×125=144A
KIP≥Iｇ
乳化泵電纜截面選用：MYP—660—3×50㎜2，長期允許載流量為173A。
⑸、轉載機電纜截面選擇(支線)：
Iｇ=Iｅ=0.67×110=74A
KIP≥Iｇ
轉載機電纜截面選用：MYP—1140—3×25㎜2，長期允許載流量為113A。
⑹、破碎機電纜截面選擇(支線)：
Iｇ=Iｅ=0.67×132=89A
KIP≥Iｇ
破碎機電纜截面選用：MYP—1140—3×25㎜2，長期允許載流量為113A。
3、低壓電纜截面的選擇(干線：從6000V／1140V干變供進風饋出)
⑴、按持續允許電流選擇電纜截面;
KIP≥Iｇ= Iｅ
Iｇ= Iｅ
=0.71×380×103／√3×1140×0.7=195A
根據計算結果選用：MYP—1140—3×95㎜2電纜，長期允許載流量為285A
KIP=285A≥Iｇ=195A （合格）
⑵、按電壓損失校驗電纜截面：
△U=△UB+△U1+△U2
①、變壓器的△UB電壓損失：
△UB =√(△UZ％)2—(△Uｒ％)2
△Uｒ=100·Pｄ／Sｅ=100×3.6／800=0.45％
△UX=√(4)2-(0.45)2=4％
△UB=(△Uｒ％COSΦ+△UX％SｉｎΦ)S／Sｅ
=(0.45×0.7+4×0.72)×742／800=3.095％
②、機組電纜(支線)的電壓損失：
電纜截面為95㎜2，COSΦ=0.85 得：K=0.041％(查綜采管理手冊)。
△U2=K·P·L=0.041×380×0.15=2.34％
③干線電纜的電壓損失(6000V／1140V干變供機組)：
電纜截面為95㎜2，COSΦ=0.7 得：K=0.024％(查綜采管理手冊)。
△U1=K·P·L=0.024×200×0.35=1.68％
△U為正常運行時機組電動機允許的電壓降，一般為10％
△U1=(10％+4.5％)－3.095％－2.34％=9.065％
干線損失△U1=7.12％＜9.065％ （合格）
⑶、按起動條件校驗截面電纜：（簡略）
4、低壓電纜截面的選擇(干線：從6000V／660V干變饋出供回風電源)
⑴、按持續允許電流選擇電纜截面;
KIP≥Iｇ= Iｅ
Iｇ= Iｅ
=0.58×200×103／√3×660×0.7=145A
根據計算結果選用：MYP—660—3×70㎜2電纜，長期允許載流量為215A
KIP=215A≥Iｇ=145A （合格）
⑵、按電壓損失校驗電纜截面：
△U=△UB+△U1+△U2
①、變壓器△UB的電壓損失：
同前例：△UB=2.74％
②、伸縮皮帶電纜(支線)的電壓損失：
電纜截面為50㎜2，COSΦ=0.85 得：K=0.041％(查綜采管理手冊)。
△U2=K·P·L=0.041×125×0.04=0.205％
③干線電纜的電壓損失：
電纜截面為70㎜2，COSΦ=0.7 得：K=0.091％(查綜采管理手冊)。
△U1=K·P·L=0.091×200×0.5=9.1％
△U為正常運行時機組電動機允許的電壓降，一般為10％
△U1=(10％+4.5％)－2.74％－2.205％=11.56％
干線損失△U1=9.1％＜11.56％ （合格）
5、低壓電纜截面的選擇(干線：從6000V／660V干變饋出供進風電源)
⑴、按持續允許電流選擇電纜截面;
KIP≥Iｇ= Iｅ
Iｇ= Iｅ
=0.58×215×103／√3×660×0.7=156A
根據計算結果選用：MYP—660—3×70㎜2電纜，長期允許載流量為215A
KIP=215A≥Iｇ=156A （合格）
⑵、按電壓損失校驗電纜截面：
計算同上：干線電壓損失△U1=10.58％＜11.56％ （合格）
六、短路電流計算
1、供電系統圖附后
2、二次電壓為1140V系統：
在考慮系統電抗和高壓電纜阻抗的條件下，進行短路電流計算。
⑴、計算短路回路中每相的電阻和電抗值：
①、系統電抗值：
XS=U2／SK=1.142／200=0.007歐
②、高壓電纜的阻抗值:
R=R0L／K2=0.612×0.22×1.18／(6.3／1.14)2=0.005歐(換算至65℃)
X=X0L／K2=0.08×0.22／(6.3／1.14)2=0.0006歐
③、變壓器的電阻和電抗值：
RTr=ΔPUN2／SN2=3600×1.142／8002=0.015歐
XTr=10UXUN2／SNTr=10×3.9％×1.142／800=0.0007歐
④、低壓電纜每相的電阻和電抗值：
干線電纜：
R1=0.191×0.35×1.18=0.079歐
X1=0.0602×0.35=0.02歐
支線電纜
R2=0.38×0.15×1.18=0.067歐
X2=0.081×0.15=0.012歐
對于K1點：
ΣR=R+ RTr=0.015+0.005=0.02歐
ΣX=X+ XS+ XTr=0.0006+0.007+0.0007=0.008歐
對于K2點：
ΣR=R+ RTr+R1+R2=0.005+0.015+0.079+0.067=0.17歐
ΣX=X+ XS+ XTr+X1+X2=0.0006+0.007+0.0007+0.02+0.008=0.018歐
⑵、計算短路電流：
K1點：
①、兩相短路電流值：
IK(2)=U／2·√(ΣR)2+(ΣX)2=1140／2×√0.022+0.0082
=25909A
②、三相短路電流值：
IK(3)=1.15·IK(2)=29795A
K2點：
①、兩相短路電流值：
IK(2)=U／2·√(ΣR)2+(ΣX)2=1140／2×√0.172+0.0182
=11400A
②、三相短路電流值：
IK(3)=1.15·IK(2)=13110A
二次電壓為660V系統：
同1140V系統：
計算短路電流：
K1點：
①、兩相短路電流值：
IK(2)=U／2·√(ΣR)2+(ΣX)2=660／2×√0.022+0.0082
=15000A
②、三相短路電流值：
IK(3)=1.15·IK(2)=17250A
K2點：
①、兩相短路電流值：
IK(2)=U／2·√(ΣR)2+(ΣX)2=660／2×√0.172+0.0182
=6600A
②、三相短路電流值：
IK(3)=1.15·IK(2)=7590A
七、電氣設備選擇
1、高壓配電裝置電氣參數選擇：
⑴、按工作電壓選擇：
UZg≥UX
⑵、按工作電流選擇：
Iｅ≥Iｇ
⑶、按短路條件校驗：
Sｄｅ≥S〃或Iｄｅ≥I〃
⑷、按動穩定校驗：
Igf≥ich 或 Igf≥Ich
根據以上參數，故選擇型號為BGP—6Z／300A的高爆開關一臺，控制6000V／1140V干變。另選取型號為BGP—6Z／200A的高爆開關一臺，控制6000V／660V干變。
2、變壓器的選擇：
由于工作面設備功率大，再考慮到電纜的允許載流量，電源線路的電壓降。一路電源不能承載全部負荷，故選擇三路電源，兩臺變壓器。一臺輸出1140V電源，供機組、工作溜、破碎機、轉載機。一臺輸出660V電源分兩路，一路供進風，一路供回風。
變壓器容量、型號選擇：KSGBY—800／6和KSGBY—500／6各一臺。
3、低壓電氣設備選擇：
低壓電氣設備選擇，同高壓配電裝置相同。低壓開關按極限分斷電流選擇合格后，一般不在校驗動、熱穩定。
總開關選用：KBZ—400／1140 KBZ—400／660
真空起動器選用：QBZ型、QJZ型，根據電壓等級和負荷的最大負荷電流，分別選取開關容量。
要求所有開關都具備：過載、短路、漏電、過壓、失壓保護功能。
八、采區保護裝置的整定計算
1、高壓配電裝置的整定計算:(保護6000V／1140V干變)
⑴、過流整定：
IQ≥1.2～1.4(INSt+∑I)／KTr·Ki
=1.3×(1520+110+132+110)／(5.3×300／5)=5.9A
6000V／1140V休時，KTr=5.3
⑵靈敏度校驗：
KS= IK(2)／KTr·Ki·IQ≥1.5
=25909／1876=13≥1.5 合格
2、低壓饋電開關的整定計算：(保護機組、工作溜)
⑴、過流整定：
Iq=IQ+∑IQ=1520+(132+132+110+110)=1872A
⑵、靈敏度校驗：
KS=25909／1872=13.9≥1.5 合格
3、真空起動器的整定計算：
⑴、機組過流整定值：
Iq≥INSt
=380×0.67×6=1527A
靈敏度校驗：
KS= IK(2)／Iq =11400／1527=7.4≥1.5 合格
⑵、工作溜過流整定值：
Iq≥INSt
=110×0.67×6=442A
靈敏度校驗：
KS= IK(2)／Iq =11400／442=25≥1.5 合格
4、保護照明變壓器
IRe=1.2～1.4 Iｅ／Kb
5、保護電鉆變壓器
IRe=1.2～1.4 Kb／(IQe／(1.8～2.5)+∑Ie)
靈敏度校驗：
Id(2)／IRe≥4～7 IR——所選熔體電流
同理，可計算另一臺高壓配電裝置、饋電開關、真空起動器、照明綜保、煤電鉆綜保等。
九、工作面保護接地系統
保護接地系統由主接地極、局部接地極、接地母線、輔助接地母線、接地導線等組成。
工作面接地裝置和井下水倉主接地裝置相連，構成井下總接地網。
對接地裝置的要求：
局部接地極：鋼板0.6㎡，厚度大于3㎜。也可用直徑不小于35㎜、長度為1.5M的鋼管，管上鉆有20個直徑不小于5㎜的孔。
接地導線:面積25㎜2的銅線或50㎜2的扁鐵、鋼板。
從任一局部接地裝置處所測得的總接地網的接地電阻值，不得超過2歐姆。每一移動設備與總接地網的局部接地極之間的接地芯線電阻值，不得超過1歐姆。
局部接地極必須與輔助接地極之間距離大于5米。
十、工作面設備布置
1、移動變電站和設備列車上的機電設備突出部分同巷道支護間的距離不應小于0.25米，同運輸機的距離為0.7米(檢修方便)。
2、工作面容量較大的電動機應靠近電源進線。
3、移動變電站的位置，一般距工作面100米至300米。由于工作面條件限制，只能放在進風口。
十一、工作面供電系統圖、設備布置圖、接地系統圖附后