综采工作面设备供电设计.doc

.11403综采工作面供电设计计算书一、已知资料： 11403所在工作面煤层为 M14，该煤层为井田内的主要可采煤层，位于龙潭组第二段顶部，全层厚0.942.35m，平均厚度1.64m。煤层结构简单，偶含一层夹矸。属稳定较稳定煤层。煤岩类型属半光亮型、结构松散，呈黑色粉状、粒状，玻璃光泽。M14煤层顶板为粉砂岩和粉砂质泥岩，平均厚度5.31m；底板为泥岩、粉砂岩，有时为细砂岩，平均厚度3.21m。上距龙潭组第三段底界017.35m，平均6.91m；下距M30煤层52.25139.14m，平均95.78m。采煤方法为走向长壁后退式一次采全高。1. 设备选用1）工作面设备（1）采煤机采用天地科技股份有限公司上海分公司生产的MG250/556-WD3型电牵引采煤机。总装机功率为570kW，其中4台截割电动机，每台功率125kW，额定电压1140V，额定电流82A；额定功率因数(cos)：0.85，效率91.5%；2台交流牵引电动机，每台功率30kW，额定电压直流380V，额定电流61A，额定功率因数(cos)：0.87，效率80%，两台截割电动机不同时起动；油泵电动机10 kW，额定电压1140V，额定电流8A，额定功率因数(cos)：0.85，效率83%。（2）工作面刮板输送机采用山东矿机股份集团有限公司制造的 SGZ 730/500型输送机，机头及机尾其额定功率为500/250，额定电压(V)：1140伏的双速电动机，额定功率因数(cos)：0.88，效率92%其额定电流324/162A。（3）破碎机采用山东矿机股份集团有限公司生产的PLM1000型破碎机，其额定功率为110kW，额定电压1140V，额定电流72A，额定功率因数(cos)：0.85，效率91.4%。（4）转载机采用山东矿机股份集团有限公司生产的SZZ 764/200型转载机，其额定功率为200kW，额定电压1140V，额定功率因数(cos)：0.86，效率91.6%，额定电流131A。（5）带式输送机采用山东矿机股份集团有限公司生产的DSJ100/80/2160型可伸缩输送机，带速2.5m/s，带宽1000mm，传动滚筒直径：800m，电机额定功率为2160kW，额定电压1140V，额定功率因数(cos)：0.85，效率90%，额定电流106A,； 配备JH-14张紧绞车，电机功率为22 kW，额定电压1140V，额定功率因数(cos)：0.83，效率86%，额定电流15.6A。（6）乳化液泵采用无锡威顺煤矿机械有限公司产WRB-315/2200，额定功率200kW，额定功率因数(cos)：0.85，效率91.5%，额定电流130A。（7）无极绳绞车（机巷一台，风巷一台）采用江苏三恒科技股份有限公司生产的SQ-80/75BJ型无极绳绞车，轨距600mm，运输距离：1000m,钢丝绳规格：619s 24mm无油绳，最大牵引力：80 KN ，电机额定功率为75kW，额定电压1140V，额定功率因数(cos)：0.85，效率91 %，额定电流49.1A。（8）回柱绞车采用JH-20型无极绳绞车，电机额定功率为30kW，额定电压1140V，额定功率因数(cos)：0.83，效率86 %，额定电流21.3A。（9）变电站采用山东能源机械集团有限公司生产的KBSGZY-1000/10型移动变电站和KBSGZY-630/10型移动变电站各一台，及江苏伯乐达变压器公司生产的KBSG-500/10矿用变压器一台，共计三台变压器。 二、工作面设备布置如附图 综采工作面供电系统负荷计算：1. 电压等级：由中央变电所5高压配电装置控制经过700米高压电缆送来高压10kV到两台移动变电站，经过移动变电站分别向采煤机，刮板机、转载机等设备供电，皮带运输机，卡轨车等设备供电由中央变电所生产2变压器供电，所有用电设备电压等级均为1140V，2. 负荷统计:根据用电设备电压等级、设备的布置位置，拟选用2台移动变电站和1台矿用干式变电站，按电站分组进行负荷统计。 综采工作面负荷统计KBSGZY-1000/10移动变电站设备名称设备型号部位电动机数额定功率（kW）额定电压（V）额定电流（A）额定功率因数cosN效率%型采煤机MG250/556-WD3截割电机4412511404840.8591.5牵引电机22303802610.8780调高电机110114080.8583刮板输送机SGZ-730/5002250114021620.8892小 结功率PN 1070KW加权平均功率因cos0.86KBSGZY-630/10移动变电站设备名称型号电动机数额定功率（kW）额定电压（V）额定电流（A）额定功率因数cosN效率%转载机SZZ-764/200120011401310.8691.6破碎机PLM-100011101140720.8591.4回柱绞车JH-20130114021.30.8386卡轨车(风巷)SQ-80/75B175114049.10.8591乳化泵站WRB-315/2002222001140130/21300.8591.5小 结功率PN 615kW加权平均功率因coswm0.851KBSG-500/10变电站设备名称型号电动机数额定功率（kW）额定电压（V）额定电流（A）额定功率因数cosN效率%皮带运输机DJS-100/80/21602216011401060.8590皮带张紧绞车JH60.8386卡轨车(风巷)SQ-80/75B175114049.10.8591小 结功率PN 257kW加权平均功率因coswm0.845三、变电站容量验算：根据供电系统的拟定原则，拟选择2台移动变电站和1台固定式变电站为整个采面供电。1）KBSGZY-1000/10 1140V移动变电站容量验算KBSGZY-1000/10移动变电站拟向采煤机（570kw）和刮板机(500kw) 供电，变压器的容量计算值为 ； 加权平均功率因数，取0.86。 为刮板机双速电机，功率为500 kW。故选取KSGZY-1000/10移动变电站，额定容量为1000kVA846kVA，满足供电的要求。2）KBSGZY-630/10 1140V移动变电站容量验算KBSGZY-630/10移动变电站拟向转载机（200kw），破碎机（100kw）、回柱绞车（30kw）、风巷无极绳绞车（75kw）,乳化泵站（200kw）供电，变压器的容量计算值为 ； 加权平均功率因数，取0.851。 为转载机电机，功率为200 kW。故选取KSGZY-630/10移动变电站，额定容量为 630kVA441kVA，满足供电的要求。3）KBSG-500/10移动变电站容量验算KBSG-500/10变电站拟向皮带机（160kw），皮带机张紧绞车（22kw）、风巷卡轨车（75kw），变压器的容量计算值为 ； 加权平均功率因数，取0.845。 为皮带机电机，功率为160kW。故选取KBSG-500/10变电站，额定容量为 500kVA238kVA，满足供电的要求。四、供电系统的拟定及高压电缆选择根据综采工作面机电设备的布置情况，各台移动变电站所带的负荷，初步拟定出如附图所示的综采工作面供电系统图。为了节省篇幅，将供电系统的初步计算图与校核计算后的供电系统图绘制在一张图上，即图中的电缆型号、起动器的型等是在校核后选定的，并标注在图上。1. 高压电缆选择（1） 型号的确定：井下中央变电所于2012年9月已安装完毕，向井下生产2变电站供电高压电缆型号为MYJV22 370，而此台变电站总负荷为257kw,完全能满足供电要求，此处略去该段电缆负荷验算。向移动变电站供电的10kV高压电缆选用MYJV22-10kV电缆。该高压电缆为KSGZY-1000/10移动变电站和KSGZY-630/10移动变电站向供电，这两台变电站总负荷=1070+615kw，负荷电流计算过程如下： ； 为KBSGZY-1000/10变电站所带负荷加权平均功率因数，为0.86；为其所带负荷总功率，为1070kw；为KBSGZY-630/10变电站所带负荷加权平均功率因数，为0.851；为其所带负荷总功率，为615kw； =10000V额定电压。（2）按经济电流密度初选主截面： 其经济截面为：mm2 铜芯电缆最大负荷利用小时数在30005000小时，经济电流密度取值应为1.752.25，考虑井下环境，此处取=1.90A/mm2。最后选高压电缆的长度700m， 其型号可选MYJV22-10 335 ，满足供电要求。（3）按长时最大允许负荷电流校验查表得MYJV22-10 335型电缆的长时最大允许负荷电流Ip=131A。=66A=131A，满足要求。（4）按允许电压损失校验电缆截面供电系统见图，MYJV22-10 335型电缆查表得，时，35mm2 铜芯电缆的每兆瓦公里负荷矩的电压降为：K=0.65%。按公式：U1=KPL试中 每兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失的百分数，其数值可查表电缆输送的有功功率，MWL电缆线路长度，U1=KPL0.65%1.6850.7=0.77%用同样的方法可求出地面变电所到井下中央变电所的总压降：U2=3.75%，则总压降：U=0.77%+3.75%=4.52%10%。所选MYJV22-10 335型高压电缆能够满供电的要求。五、 低压电缆截面的选择1低压电缆型号的确定供电系统见图，选择的低压电缆要符合煤矿安全规程的规定。根据电压等级、使用保户环境、机械的工作情况等确定电缆的型号。向采煤机供电电缆应选双屏蔽型YPTJ型，乳化液泵、刮板输送机、胶带输送机等设备供电电缆选MYP型。2. 按长时最大负荷电流与电缆的机械强度初选低压电缆截面长时负荷电流取电动机额定电流，见负荷统计表。也可以用下面公式计算：所有设备中唯独采煤机为多台电机组合，其需用系数计算过程如下采煤机长时负荷电流计算各电缆截面初选结果列在下表中。表： 按电动机额定电流与电缆机械强度要求初选低压电缆截面负荷名称机械强度要求最小截面/mm2长时负荷电流/A长时负荷电流要求的最小截面/mm2初选标准截面/mm2采煤机35502337070刮板机头（高速）35501625050刮板机头（低速）35501625050转载机35501305050破碎机16357235351#乳化液泵163510450502#乳化液泵16351045050机巷卡轨车162549.12525风巷卡轨车162549.12525回柱绞车102521.31010皮带机35501065050皮带机张紧车101615.61010照明3. 按允许电压损失和起动条件校验电缆主截面煤矿井下供电设计技术规定条规定“对距离最远、容量最大的电动机（如采煤机、工作面输送机等），在重载情况下应保证起动，如采掘机械无实际最小起动力矩数据时，可按电动机起动时的端电压不低于额定电压的75%校验。正常运行时电动机的端电压允许偏移额定电压的5%，个别特别远的电动机允许偏移-8% -10%。 不同电网电压下的正常与最大允许电压损失表额定电压 /V变压器副边额定电压U2N=1.05UN/V正常运行时电动机负偏移-5%UN个别情况下电动机最大负偏移-10%电动机最小端电压Umo=0.95UN/V允许电压损失Up=U2N-Umo/V电动机最小端电压Umo=0.9UN/V允许电压损失Up=U2N-Umo/V12738066011401334006931200121361627108312396611711434259410261958991741）KBSGZY-1000/10移动变电站供电系统（1）正常运行时的电压损失 变压器的电压损失查表得KBSGZY-1000/10移动变电站负载损耗PN=6100W，阻抗电压u%=4.5%，计算移动变电站每相电阻、电抗值。KBSGZY-1000/10移动变电站其负荷为采煤机和刮板机，低压侧负荷电流A ；根据实际工作情况，加权平均功率因数取负荷统计时的值，为0.86。 V变压器的功率因数，取加权平均功率因数0.86。即，向采煤机、刮板机供电的电缆电压损失：以供电距离最远、电动机功率最大的电动机进行电压损失校验，故只需校验向刮板机供电的电缆的电压损失：V-供电电缆长度 -长时负荷电流要求的最小截面/mm2-铜芯电缆电导率-电机效率正常运行时电压损失校验向采煤机，刮板机供电的总电压损失VV，满足对采煤机供电的要求。2 )KBSGZY-630/10移动变电站供电系统查表得KBSGZY-630/10 10000/1140移动变电站负载损耗PN=4100W，阻抗电压u%=4.0%，计算移动变电站每相电阻、电抗值。KBSGZY-630/10移动变电站其负荷为转载机，破碎机、风巷卡轨车、回柱车，乳化泵，低压侧负荷电流A V变压器的功率因数，取加权平均功率因数0.851。即，转载机，破碎机、回柱车、风巷卡轨车，乳化泵供电的电缆电压损失：以电动机功率最大的转载机电动机进行电压损失校验，故只需校验向转载机供电的电缆的电压损失：V-供电电缆长度 -长时负荷电流要求的最小截面/mm2-铜芯电缆电导率-电机效率正常运行时电压损失校验向转载机，皮带运输机、风巷卡轨车、皮带机张紧绞车、破碎机、回柱车、机巷卡轨车，乳化泵供电的总电压损失VV，满足供电要求。2 )KBSG-500/10变电站供电系统查表得KBSG-500/10 移动变电站负载损耗PN=3500W，阻抗电压u%=4.0%，计算移动变电站每相电阻、电抗值。KBSG-500/10移动变电站其负荷为皮带机，皮带机张紧绞车，机巷卡轨车，则低压侧负荷电流A V变压器的功率因数，取加权平均功率因数0.845。即，皮带机，皮带张紧绞车、机巷卡轨车供电的电缆电压损失：以电动机功率最大的皮带机电动机进行电压损失校验，故只需校验向转载机供电的电缆的电压损失：V-供电电缆长度 -长时负荷电流要求的最小截面/mm2-铜芯电缆电导率-电机效率正常运行时电压损失校验向皮带运输机、机巷卡轨车、皮带机张紧绞车供电的总电压损失VV，满足供电要求。六、供电系统短路电流计算1）综采工作面KBSGZY-1000/10移动变电站到其负荷电机处电缆短路电流计算（1）短路电流计算时，其电压取平均电压，各电压等级的平均电压见下表表4-15 标准电压等级的平均电压值标准电压/kV0.1270.220.380.661.1403.361035平均电压/kV0.1330.230.400.691.203.46.310.537（2）短路点的选定。综采工作面供电计算，选移动变电站高压电缆进线端作为短路点，计算三相短路电流，校验移动变电站的高压开关的断流能力；计算两相短路电流，整定前级10kV隔爆开关中的继电保护装置。（3）元件电抗的计算。10kV高压供电系统，在计算短路电流时，忽略短路回路中各元件的电阻。、系统折算电抗其中，10kV系统的平均电压10.5kV；1140V系统平均电压=1.2kV。、高压电缆折算阻抗查表，得MYJV22-10 335-800米高压电缆r0=0.435/km, =0.17/km。（3）KBSGZY-1000/10 1140V移动变电站阻抗查表得KBSGZY-1000/10移动变电站负载损耗PN=6100W，阻抗电压u%=4.5%，计算移动变电站每相电阻、电抗值。（4）移动变电站二次出线端最小两相短路电流； kA（5）采煤机电机处两相短路电流、采煤机电缆阻抗查表，得电缆YPTJ 370+325/3+34-220米，每相单位阻抗值0= 0.342/km. 、采煤机短路回路的总阻抗 、采煤机电机处两相短路电流 kA（6）刮板机电机处两相短路电流计算、刮板机电缆阻抗查表，得电缆YP 350+316-220米， 每相单位阻抗值0= 0.493/km. 、刮板机短路回路的总阻抗 、刮板机电机处两相短路电流 kA2、综采工作面KBSGZY-630/10 1140V移动变电站到其负荷电机处电缆短路电流计算（1）系统折算电抗（2）高压电缆折算阻抗，如上；（3）移动变电站阻抗查表，得，KBSGZY-630/10/1.14kV移动变电站，阻抗电压= 4%，负载损耗=4100W。 （4）移动变电站二次出线端最小两相短路电流； kA（5）乳化泵电机处两相短路电流计算 、乳化泵电缆阻抗查表，得电缆YP 350+316-（100米+50米+20米）， 每相单位阻抗值0= 0.493/km. 、短路回路的总阻抗 、乳化泵电机处两相短路电流 kA（6）转载机电机处两相短路电流计算 、转载机电缆阻抗 依据图纸，转载机启动器至移动变电站段电缆型号和长度为YP 370+125-（50米），经查表得在容量为630KVA且次级电压为1140V条件下等级将该段电缆折算成50mm电缆的折算率为1.37，故换算为50mm后长度为501.37=68.570米。查表，得电缆YP 350+125（200米+70米）， 每相单位阻抗值0= 0.493/km. 、短路回路的总阻抗 、转载机电机处两相短路电流 kA（7）破碎机电机处两相短路电流计算 、破碎机电缆阻抗 同上，依据图纸，将破碎机启动器至移动变电站段电缆YP 370+125-（50米）折算为35 mm电缆，经查表得在容量为630KVA且次级电压为1140V条件下等级将该段电缆折算成35mm电缆的折算率为1.88，故换算为35mm后长度为501.88=94100米。查表，得电缆YP 335+110（200米+100米）， 每相单位阻抗值0= 0.631/km. 、短路回路的总阻抗 、破碎机电机处两相短路电流 kA（8）回柱绞车电机处两相短路电流计算 、回柱绞车电缆阻抗 同上，依据图纸，回柱车启动器至回柱车电机段电缆YP 310+110-（200米）折算与变电站至转载机启动器段电缆截面 YP 370+125-（50米），经查表得在容量为630KVA且次级电压为1140V条件下将该10 mm电缆折算成70mm电缆的折算率为0.16，故换算为75mm后长度为2000.16=3240米。查表，得电缆YP 370+110（50米+40米）， 每相单位阻抗值0= 0.342/km. 、短路回路的总阻抗 、回柱绞车电机处两相短路电流 kA（9）风巷卡轨车电机处两相短路电流计算 、卡轨车电缆阻抗 同上，依据图纸，将变电站至KJZ-630馈电开关段及KJZ-630馈电开关卡轨车开关段MYP 370+125 (20米)折算为25 mm电缆，经查表得在容量为630KVA且次级电压为1140V条件下等级将该段电缆折算成25mm电缆的折算率为3.6故换算为25mm后长度为203.6=7280米; 则依据图纸从变电站至卡轨车电机电缆型号和长度YP 325+110（400米+50米+80米），查表得电缆YP 325+110， 每相单位阻抗值0= 0.882/km. 、短路回路的总阻抗 、卡轨车电机处两相短路电流 kA3、井下变电所KBSG-500/10 1140V干式固定变电站到其负荷电机处电缆短路电流计算（1）系统折算电抗（2）高压电缆折算阻抗，如上；（3）变电站阻抗查表，得，KBSG-500/10/1.14kV移动变电站，阻抗电压= 4%，负载损耗=4100W。 （4）变电站二次出线端最小两相短路电流； kA（5）皮带机电机处两相短路电流计算 、皮带机电缆阻抗 同上，依据图纸，将变电站至KJZ-630馈电段MYP 395+135 (10米)折算为50 mm电缆，经查表得在容量为500KVA且次级电压为1140V条件下等级将该段电缆折算成50mm电缆的折算率为1.89，故换算为50mm后长度为101.89=18.920米。查表，得电缆YP 350+125（20米+30米+100米）， 每相单位阻抗值0= 0.493/km. 、短路回路的总阻抗 、皮带机电机处两相短路电流 kA（6）皮带机张紧绞车电机处两相短路电流计算 、张紧车电缆阻抗依据图纸，皮带机张紧绞车电源进线从皮带机启动开关引出，将张紧绞车启动器至电机段电缆MYP 310+110 (30米)折算为50 mm，将变电站至KJZ-630馈电段MYP 395+135 (10米)折算为50 mm电缆，经查表得在容量为500KVA且次级电压为1140V条件下等级将95 mm电缆折算成50mm电缆的折算率为1.89，将10 mm电缆折算成50mm电缆的折算率为,0.16，故换算为50mm后长度为300.16+101.89=4.8+18.9=23.725米，则该段电缆折算后为MYP 350+116 (50+50米)。查表得，电缆YP 350+125（25 +100米）， 每相单位阻抗值0= 0.493/km. 、短路回路的总阻抗 、张紧绞车电机处两相短路电流 kA（7）机巷卡轨车电机处两相短路电流计算 、卡轨车电缆阻抗 依据图纸，卡轨车电源从井下变电所KJZ-630馈电开关上上接入，该段电缆型号和长度为YP 395+135-（10米），经查表得在容量为500KVA且次级电压为1140V条件下等级将该段电缆折算成25mm电缆的折算率为3.6，故换算为25mm后长度为103.6=3640米。查表，得电缆YP 325+110（10米+40米+100米）， 每相单位阻抗值0= 0.822/km. 、短路回路的总阻抗 、卡轨车电机处两相短路电流 kA各变压器短路电流表编号变压器容量负荷名称二次电压V变压器二次侧最小两相短路电流A短路电流电流A短路地点1#1000 kVA采煤机114049592792电机处刮板机3279电机处2#630kVA乳化泵114043232389电机处转载机1887电机处破碎机1470电机处回柱车3334电机处卡轨车（风巷）7410电机处3#500kVA皮带机114041002700电机处张紧车2860电机处卡轨车（机巷）2400电机处七、过流保护装置的整定 1）KBSGZY-1000/10 移变电站保护装置的整定、高压配电箱过流保护装置的整定 过载保护整定隔爆型高压配电箱过载保护装置的动作电流，按移动变电站一次侧额定电流来整定，即 整定值取80。短路保护的整定该台变压器所带负荷为采煤机和刮板机，功率最大为刮板机电机功率为250kw，额定电流为=162A,此处取其=6，其他电动机正常运行来考虑，其一次侧动作电流计算值为： 动作电流倍数，取=3倍。开关过流（速断）保护是按过载保护的倍数进行整定的，所以取速断保护，小于3的过电流，由过载保护装置动作。按移动变电站二次出线端最小两相短路电流校验灵敏系数，其最小两相短路电流为： 1.5，满足要求。（K表示变压器二次侧电流折算到一次侧时的系数，Y/Y接线为1。）、移动变电站低压保护箱中过流保护装置的整定，KBSGZY-1000/10 变电站低压侧保护箱型号为：XBD1-1000/1140(660)Y。 其过电流（速断）保护整定值应略大于变压器二次侧额定电流，同时应满足灵敏系数的要求，过载保护整定值 过载保护的整定值取Isb.o=390A短路保护的整定整定值取1058。动作电流倍数，取=3倍。1.5，满足要求, 为被保护干线上最大的两相短路电流。2)、KBSGZY-630/10移变电站保护装置的整定（1）、高压配电箱过流保护装置的整定 过载保护整定隔爆型高压配电箱过载保护装置的动作电流，按移动变电站一次侧额定电流来整定，即, 整定值取43。 路保护的整定该台变压器所带负荷为转载机，破碎机、机巷卡轨车、风巷卡轨车、回柱车和乳化泵，功率最大为转载机电机功率为200kw，额定电流为=131A,此处取其=6，其他电动机正常运行来考虑，其一次侧动作电流计算：整定值取=170A 。动作电流倍数，取=4倍。开关过流（速断）保护是按过载保护的倍数进行整定的，所以取速断保护，小于3的过电流，由过载保护装置动作。按移动变电站二次出线端最小两相短路电流校验灵敏系数，其最小两相短路电流为： 2.81.5，满足要求。（K表示变压器二次侧电流折算到一次侧时的系数，Y/Y接线为1。）、移动变电站低压保护箱中过流保护装置的整定，KBSGZY-630/10 变电站低压侧保护箱型号为：XBD1-630/1140(660)Y。其过电流（速断）保护整定值应略大于下级控开关的过电流（速断）保护整定值，同时应满足灵敏系数的要求，过载保护整定值 过载保护的整定值取Isb.o=250A短路保护的整定整定值取1020。动作电流倍数，取=5倍。3.31.5，满足要求。3)、KBSG-500/10移变电站保护装置的整定（1）、高压配电箱过流保护装置的整定 过载保护整定： 隔爆型高压配电装置过载保护装置的动作电流，按变电站一次侧额定电流来整定，即, 整定值取20。短路保护的整定，该台变压器所带负荷为机巷卡轨车、皮带机、皮带机张紧车，功率最大为皮带机电机功率为160kw，额定电流为=106A,此处取其=6，其他电动机正常运行来考虑，其一次侧动作电流计算：整定值取=115A 。动作电流倍数，取=6倍。开关过流（速断）保护是按过载保护的倍数进行整定的，所以取速断保护，小于3的过电流，由过载保护装置动作。按变电站二次出线端最小两