3300V综采供电系统计算方法

结合实例，对3300V供电系统的计算方法作一阐述。

5.1  已知资料

1．主要地质参数

山西省晋城矿务局某矿高产高效综采工作面，属于3号煤层，平均厚度为6m，工作面长225m，走向长2400m，平均倾角3°~5°，一次平均采高约3.1m，工作面进回风均采用双巷布置方式，其中一条进风为顺槽皮带巷，另一条进风为设备及辅助运输巷，两进风巷之间每隔100m~350m设一条联络巷。

2．工作面及顺槽巷道布置

工作面及顺槽巷道布置如图5-1所示。

图5-1 综采工作面设备布置

1-采煤机；2-刮板输送机；3-破碎机；4-转载机；5-ZK-2系统；6-煤电钻综合保护装置；7、8、9-DQZBH-300/1140型磁力起动器；10、11-西门子8SK9256-5BA02型开关；12-西门子8SK9256-5BA01型开关；13、14-BRUSH1500kV•A-6/3.4kV型移动变电站；15-KBSGZY-1000kV•A/6/1.2kV型移动变电站；16-乳化液泵、喷雾泵及其控制开关；17-轨道；18-带式输送机；19-液压支架

1）工作面设备

（1）采煤机，德国艾柯夫公司生产的EDW-450/1000L直流电牵引采煤机。总装机功率为1080kW，其中2台截割电动机，每台功率500kW，额定电压3300V，额定电流108A；2台直流牵引电动机，每台功率40kW，额定电压直流520V，额定电流83A。两台截割电动机同时起动。

（2）工作面刮板输送机，采用德国HB公司制造的EKF1000HB280型输送机，机头及机尾采额定功率为200/400kW的双速电动机，其额定电压3300V，额定电流61/88.3A。

2）顺槽机电设备

（1）破碎机，采用德国HB公司生产的SK-11/14型破碎机，其额定功率为175kW，额定电压1140V，额定电流105A。

（2）转载机，采用德国HB公司生产的EKF1000HB280型转载机，其额定功率为175kW，额定电压1140V，额定电流105A。

（3）顺槽带式输送机，采用淮南煤机厂的SSJ-1200/400型输送机（共3部），每部带式输送机额定功率为2×200kW，额定电压1140V，额定电流120.8A。带速3.15m/s，带宽1.2m。

（4）乳化液泵，英国产S200型2台，额定功率150kW，额定电压1100V，额定电流99A。

（5）喷雾泵，WPZ-320/10型2台，额定功率75kW，额定电压1140V，额定电流46.4A。

（6）采煤机控制开关，采用德国西门子公司的8SK9256-5BA01型磁力起动器，额定电压3300V，额定电流400A。

（7）刮板输送机控制开关，采用德国西门子公司的8SK9256-5BA02型磁力起动器，额定电压3300V，额定电流2×400A（双回路）。

（8）移动变电站，采用2台英国布拉什公司的BRUSH1500kV·A-6/3.4kV移动变电站，分别供电给采煤机和刮板输送机；采用3台国产KBSGZY-6/1.2kV移动变电站，分别供电给转载机、破碎机、泵站、带式输送机等设备。

3．电压等级

采区变电所送来高压6kV，经过移动变电站分别向用电设备供电。

（1）3300V电压，采煤机和刮板输送机。

（2）1140V电压，转载机、破碎机、泵站、带式输送机。

（3）660V电压，绞车、水泵等（图中未画出来）。

5.2 工作面移动变电站及配电点位置的确定

根据巷道布置和生产设备的位置，各台移动变电站放置在不同的位置。

向采煤机供电的1号移动变电站，向刮板输送机供电的2号移动变电站，向破碎机、转载机、乳化液泵、喷雾泵供电的3号移动变电站放置在距离工作面350m的联络巷内，随着工作面的推进，当移动变电站距离工作面约100m时，将移动变电站移至下一个联络巷道内。

向第二部、第三部带式输送机供电的4号移动变电站，设置在第二、三部带式输送机机头附近的联络巷道内。

向第一部带式输送机供电的5号移动变电站，设置在设备巷道内，离第一部带式输送机机头约70m。

工作面配电点开关等装在平板矿车上，离工作面50~100m，随着工作面的推进与带式输送机机尾同时移动。

5.3 综采工作面负荷统计及移动变电站的选择

1．负荷统计

根据用电设备电压等级、设备的布置位置，选用5台移动变电站（不包括二次电压为690V的移动变电站），按移动变电站分组进行负荷统计，见表5-1。

表5-1 综采工作面负荷统计

由于采煤机（总装功率1080kW）、刮板输送机（800kW）单机容量较大，再考虑过电流保护装置灵敏系数要求，分别由1台移动变电站来供电。

1）1号移动变电站（向采煤机供电）

计算容量kV•A

需用系数取1；加权平均功率因数取电动机的额定功率因数，即0.85。

选用英国BRUSH1500kVA，6/3.4kV型移动变电站，SN=1500kV·A＞Sca=127.6kV·A，满足要求。

2）2号移动变电站（向刮板输送机供电）

计算容量kV·A

考虑移动变电站的通用性、互换性，仍选用英国BRUSH1500kV·A，6/3.4kV型移动变电站，SN=1500kV·A＞Sca=941.2kV·A，满足要求。

3号至5号移动变电站因为二次电压为1200V，其容量的计算、选用第4章已介绍过，这里不再计算。

5.4 供电系统的拟定及设备选型

1．供电系统的拟定

（1）3300V供电系统如图5-2所示。

图5-2 综采工作面3300V供电系统

（2）综采工作面供电系统如图3-3所示。

图5-3 综采工作面供电系统

2．3300V控制开关选型

根据煤矿井下综采工作面电气设备原则，采煤机与刮板输送机的控制开关选型见表5-2。

表5-2  3300V起动器选型

1）选型原则

3300V电缆选型主要是依据电压等级、工作条件、使用环境等因素来确定。综采工作面应采用铜芯、不燃橡套电缆，经常移动的电缆应采用双屏蔽型，并保证机械强度的要求。

2）移动变电站至开关的干线电缆

采用德国西门子公司的NYHSSYCY3×95型电缆，与西门子8SK9型控制开关配套使用。该电缆在结构上有与各芯线同轴的接地保护导线，如果出现接地故障，生发相间短路之前，电缆即断电，实现超前切断。外同轴监测导线与钢丝编织套及保护接地线相连，以保证在发生接地故障之前，及时探出进入电缆可穿透电缆保护套的外来导体。该电缆的绝缘套和保护套都采用以聚乙烯为主的热塑绝缘材料。

3）采煤机电缆

采用德国西门子公司的NTSCGECRLWOD3×95型拖曳电缆，与西门子8SK9型控制开关配合，可对电缆进行监控。其绝缘层采用以乙丙橡胶为主体的合成橡胶复合材料，绝缘电阻值高，抗热性强，热稳定性好，耐臭氧。外护套由氯丁橡胶制成，其抗撕裂、抗剪切能力强，耐磨、耐油脂和抗化学品腐蚀能力强，阻燃性好。导线和绝缘层周围的导电橡胶屏蔽层用于控制电场并防止出现危险的局部放电。

4）刮板输送机电缆

采用西门子公司的NTSCGECWOEU3×35型电缆，其结构与采煤机电缆基本相似。

5.5  6kV电缆截面选择

1．按长时允许电流选截面

给采煤机、刮板输送机供电的移动变电站，选用2条UGSP-3×50+25/3+js型电缆（新型号为UYPJ-3.6/6-3×50+3×25/3+3×2.5）并联，其长时允许电流为

=2×170=340A

采煤机的额定电流 ：IN1 = 2×108+2×83×500/3300 = 241.2A

上式中500/3300为机载变压器的变压比。

刮板输送机的额定电流 ：IN 2= 2×88.3 = 176.6A

1号、2号移动变电站低压侧总负荷电流：=241.2+176.6=471.8A

折算至6kV侧电流为：A

高压电缆的允许电流=2×170＞ = 236.8A，满足要求。

2．按经济电流密度校验

考虑高压负荷的需用系数Kde=0.75，则高压电缆长时负荷电流为：

Ica= Kde∑I=0.75×236.8 = 177A

取经济电流密度J=2A/mm2，则经济截面为：

mm2

所选标准截面为：Ae= 2×50mm2＞A=88.5mm2，满足要求。

5.6  3300V低压电缆选择

1．按长时负荷电流和机械强度要求初选电缆截面（见表5-3）

表5-3 按长时负荷电流与机械强度要求初选电缆截面

1）允许电压损失

V

2）变压器及线路阻抗

（1）移动变电站

已知：额定容量SN=1500kV·A，额定电压U2N=3465V，二次额定电流I2N=255A，阻抗电压u%=4.18%，负载损耗△PN=7800W。

变压器每相电阻：Ω

变压器每相阻抗：Ω

变压器每相电抗：Ω

（2）给采煤机供电的干线及支线电缆阻抗

干线电缆NYHSSYCY3×95+…-400m，支线电缆NTSCGE…3×95+…-325m，Ω/km，Ω/km。

（3）给刮板输送机供电的干线及支线电缆阻抗

干线电缆NYHSSYCY3×95+…-400m，Ω/km，Ω/km；

支线电缆NTSCGE…3×35…-2×100m（机头）/2×235m。Ω/km，Ω/km。

3）按允许电压损失选干线电缆截面

（1）采煤机供电系统

① 变压器内部电压损失：

            V

式中  A

加权平均功率因数，取采煤机截割电动机的额定功率因数值。

② 支线电缆上电压损失：

      V

③ 干线上允许电压损失：

V

④ 干线电缆需要的最小截面：

mm2

=15.5mm2＜=95mm2，所选电缆满足电压损失的要求。

（2）刮板输送机供电系统

① 变压器内部电压损失：

       V

② 支线电缆上电压损失：

      V

③ 干线上允许电压损失：

V

④ 干线电缆需要的最小截面：

mm2

=11.7mm2＜=95mm2，所选电缆满足电压损失的要求。

3．按电动机起动时电压损失校验电缆截面

1）采煤机供电系统

（1）起动回路各元件阻抗

① 采煤机电动机为双电动机同时起动，=0.4。额定起动电流A

起动时每相阻抗  Ω

起动时每相电阻  Ω

起动时每相电抗   Ω

② 3300V电缆的阻抗  

                         Ω

式中  1.18—由25℃折算至65℃时的系数。

                        Ω

③ 移动变电站  Ω；Ω

（2）起动回路总阻抗

Ω

Ω

（3）采煤机起动时，实际起动电流

A

（4）采煤机起动时的端电压

V＞=0.75=2475V

所选电缆满足采煤机起动时的要求。

2）刮板输送机供电系统

刮板输送机供电系统如图5-4所示，刮板输送机起动时，2台电动机低速同时起动，起动后，2台电动机被切换到高速同时运行，低速起动时的功率各为200kW，高速运行时各为400kW。起动回路等值阻抗如图5-5所示。

图5-4 输送机供电系统

图5-5 输送机电动机起动等值阻抗回路

、-变压器阻抗；、-干线电缆阻抗；、-给刮板机机头电动机供电的支线电缆每相阻抗；、-刮板输送机机头电动机起动阻抗；、-给刮板输送机机尾电动机供电的支线电缆每相阻抗；、-刮板输送机机尾电动机起动阻抗

（1）各元件阻抗

① 刮板输送机电动机低速起动时功率因数=0.4。额定起动电流A，起动阻抗：

Ω

Ω

Ω

② 给刮板输送机供电的3300V干线电缆NYHSSYCY3×95+…-400m，Ω/km，Ω/km；支线电缆NTSCGE…3×35…-2×100m（机头）/2×235m。Ω/km，Ω/km。

干线电缆：Ω

           Ω

机头支线电缆：Ω

              Ω

机尾支线电缆：Ω

              Ω

③ 变压器每相阻抗值

变压器每相电阻 Ω；变压器每相电抗 Ω

（2）机头、机尾电缆和电动机合成阻抗

两阻抗并联

（3）变压器输出起动回路总阻抗

      =

其大小（绝对值）Ω

（4）变压器输出的起动电流

A

变压器输出起动电流为：A

（5）刮板输送机机尾电动机的起动电流

刮板输送机机尾电动机起动电流的绝对值为260.4A。

（6）机尾电动机实际起动电压

V＞=0.75×3300=2475V

刮板输送机供电系统电缆截面满足机尾电动机起动的要求。

5.7  3300V系统短路电流的计算及开关分断能力校验

1．采煤机供电系统短路电流计算

1）短路点的选定

为了校验开关的分断能力和过流保护灵敏系数，选移动变电站二次侧出线端为第一短路点S1，采煤机电动机进线端为第二短路点S2。

2）各元件阻抗计算

（1）电源系统电抗

已知：采区变电所三相短路容量为37.9MV·A。

电源系统电抗：Ω

（2）高压电缆的阻抗

采用2条UGSP-3×50型6000V高压电缆并联，其阻抗=0.37Ω/km，=0.08Ω/km，折算到3300V侧为：

Ω

Ω

（3）移动变电站阻抗

变压器每相电阻 Ω；变压器每相电抗 Ω

（4）给采煤机供电的干线、支线阻抗

    Ω

式中  1.18—由25℃折算至65℃时的系数。

Ω

3）短路电流计算

（1）S1点短路电流

A

式中  Ω

      Ω

A

（2）S2点短路电流

A

式中  Ω

      Ω

A

2．刮板输送机供电系统短路电流计算

第3短路点S3选在机尾电动机进线端。用二相短电路电流来校验保护装置的灵敏度。

1）各元件电阻抗

电源系统阻抗、高压电缆阻抗、移动变电站阻抗同前，即

（1）电源系统阻抗 Ω

（2）高压电缆阻抗  Ω；Ω

（3）移动变电站阻抗 Ω； Ω

（4）刮板输送机3300V电缆阻抗 

干线电缆：Ω

           Ω

机尾支线电缆：Ω

              Ω

2）短路回路总阻抗

Ω

Ω

3）S3点短路电流

A

A

3．开关分断能力校验

3300V低压开关分断能力校验（见表5-4）

表5-4 3300V低压开关分断能力校验

5.8 过流保护装置的整定与校验

1．过流保护装置的整定原则

（1）过载保护动作电流整定值主要躲开电动机的额定电流，即取

（2）过电流速断保护装置动作电流整定值主要躲开最大工作电流，即躲开电动机的起动电流；保护供电干线时，躲开最大容量电动机的起动电流与其他正常运转负荷额定电流之和，即

2．3300V控制开关过电流保护的整定计算

1）采煤机的控制开关过流保护装置的整定

① 过载保护动作电流整定

A

② 过电流速断保护动作电流整定

A

西门子8SK9型开关过流（速断）保护是按过载保护的倍数进行整定的，一般为8~10倍，所以取速断保护，小于8的过电流，由过载保护装置动作。

2）刮板输送机控制开关过流保护装置的整定

① 高速开关

过载保护整定值  A

速断保护整定值  

② 低速开关 

过载保护整定值  A

速断保护整定值  

3．移动变电站低压侧保护装置整定计算

所用的BRUSH移动变电站二次侧无过载保护，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，

当灵敏系数不够时，可按电动机的实际起动电流进行计算与整定。即

1）供电给采煤机用的1号移动变电站过流（速断）保护的整定

A

采煤机的实际起动电流为1015.6A，取=1300A。

2）给刮板输送机供电的2号移动变电站过流（速断）保护的整定

A；取=800A。

4．移动变电站6kV侧SF6开关保护装置整定计算

SF6型6kV高压开关过载保护整定范围为0.5、0.55、0.6、0.65、……1A；过电流（速断）保护按过载保护的4~8倍进行整定。其电流互感器的变流比Ki=200，变压器的变比KT=6/3.465=1.732。

1）1号移动变电站

① 过载保护的整定

A

过载保护的整定值取Isb.o=0.7A

② 过流（速断）保护整定

A

，速断保护的整定值取

2）2号移动变电站

① 过载保护的整定

A，过载保护的整定值取Isb.o=0.55A

② 过流（速断）保护整定

A

，速断保护的整定值取

5．灵敏系数校验

1）采煤机供电系统

＞1.5 满足要求。

2）刮板输送机供电系统

＞1.5 满足要求。

5.9 按开关熔件额定电流与开关喇叭口允许电缆外径校验电缆截面（见表5-5）

表5-5 按熔件额定电流与开关喇叭口允许电缆外径校验电缆截面