综采工作面供电设计计算

一、已知资料：

    3301工作面所在煤层为Ⅲ—2煤，水平为一水平，盘区为三盘区。3301工作面走向长度8m，工作面倾向长度208m，倾角0—3°，煤层厚度2.65—3.35m，平均厚度3.04m，容重1.22*103 kg/ m3，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，西安煤机有限公司生产的MG650/1620-WD型电牵引采煤机。总装机功率为1620kW，其中2台截割电动机，每台功率650kW，额定电压3300V，额定电流136A；额定功率因数(cosΦ)：0.85，2台交流牵引电动机，每台功率90kW，额定电压直流380V，额定电流169A，额定功率因数(cosΦ)：0.87，两台截割电动机不同时起动。

（2）工作面刮板输送机，采用宁夏天地奔牛实业集团有限公司制造的  SGZ1000/1400型输送机，机头及机尾其额定功率为700/350，额定电压(V)：3300伏的双速电动机，其额定电流150/74A。

2）顺槽机电设备

（1）破碎机，采用宁夏天地奔牛实业集团有限公司生产的PLM3000型破碎机，其额定功率为315kW，额定电压1140V，额定电流192A。

（2）转载机，采用宁夏天地奔牛实业集团有限公司生产的SZZ1000/315型转载机，其额定功率为315kW，额定电压1140V，额定电流204.75A。

（3）顺槽带式输送机，采用淮南煤机厂的SSJ-1200/400型输送机，每部带式输送机额定功率为2×315kW，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，无锡威顺煤矿机械有限公司产BRW400/31.5X4A型3台，额定功率250kW，额定电压1140V，额定电流146A。

（5）喷雾泵，BPW400/16型，2台，额定功率125kW，额定电压1140V，额定电流46.4A。回柱绞车，JH-20型2台，额定电压1140V，额定电流76A。

（6）采煤机、刮板输送机控制开关，采用8SKC9215-3300-9型磁力真空起动器，额定电压3300V，额定电流2×800A（双回路）。

（7）转载机、破碎机、乳化泵、喷雾泵控制开关，采用8SK9215-1350/1140-9型磁力起动器，额定电压1140V，额定电流4×450A（四回路）。

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：

变电所经过2540米送来高压10kV，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。

（3）660V电压，绞车、水泵等。

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4台移动变电站，按移动变电站分组进行负荷统计。

 综采工作面负荷统计

根据供电系统的拟定原则，拟选择4台移动变电站。由于采煤机（总装功率1620kW）、刮板输送机（700kW）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号移动变电站选择

1号移动变电站拟向采煤机供电，其计算负荷为

式中  —需用系数，取

   —加权平均功率因数，取0.85。

选取1台KSGZY-2000/10，10000V/3300V，额定容量为2000kVA＞1788kVA，满足供电的要求。

2）2号移动变电站的选择

2号移动变电站拟向刮板输送机供电，变压器的容量计算值为

    式中：—需用系数，取， =0.85

选用1台KSGZY-2000/10型移动变电站，10000V/3300V，额定容量2000kVA＞17kVA，满足要求。

3）3号移动变电站的选择

3号移动变电站拟向乳化泵、喷雾泵、破碎机、转载机等供电，变压器的计算容量为

KVA 

式中： 

      =0.87

现有KSGZY-1600/10型移动变电站，10000V/1200V，其额定容量1600kVA＞679.24kVA，满足要求 。

4）4号移动变电站的选择

4号移动变电站拟向回柱绞车、采区水泵等供电，变压器的计算容量为

式中： 

      =0.87

现有KSGZY-100/10型移动变电站，10000V/690V，其额定容量100kVA＞49kVA，满足要求。

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，向移动变电站供电的10kV高压电缆选用MYJV22-10kV电缆。向4台移动变电站供电的总负荷电流：

—需用系数， ；

      —加权平均功率因数，取0.7；

       =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

经济电流密度查表，取=2.25A/mm2。

最后选高压电缆的长度29450m， 其型号可选现有MYJV22-10/240×3+3×25 。所用电缆截面偏大，热稳定校验和电压损失校验均能通过时，满足使用要求。

（3）按长时最大允许负荷电流校验

查表得MYJV22-10/240×3+3×25型电缆的长时最大允许负荷电流Ip=513A。

长时最大负荷电流=196.3A。

=196.3A＜=513A，满足要求。

（4）按热稳定条件校验电缆截面

 mm2＜240mm2，满足热稳定要求。

式中  A。考虑电缆入口处发生短路时，其值最大，也就是最不利的情况。

（5）按允许电压损失校验电缆截面

供电系统见图，MYJV22-10/240×3+3×25型电缆查表得，时，2400mm2 铜芯电缆的每兆瓦公里负荷矩的电压降为：K=0.185%。

按公式：ΔU1=KPL

试中  Ｋ—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

Ｐ—电缆输送的有功功率，MW

L—电缆线路长度，ＫＭ

ΔU1=KPL＝0.185%×３.999×2.54=1.88%

用同样的方法可求出地面变电所到井下变电所的总压降：

ΔU2=3.75%，

则总压降：ΔU=1.88%+3.75%=5.63%<10%。

所选MYJV22-10/240×3+3×25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ＭCPＴ型，向喷雾泵、乳化液泵、刮板输送机等供电电缆选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：

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

《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

（1）正常运行时的电压损失

① 变压器的电压损失

查表得KSGZY-2000/10， 10000/3300V移动变电站负载损耗∆PN=4950W，阻抗电压u%=5.5%，计算移动变电站每相电阻、电抗值。

Ω

Ω

Ω

1号移动变电站其负荷为采煤机，低压侧负荷电流

A

根据实际工作情况，估计需用系数为1；加权平均功率因数取负荷统计时的值，为0..85。

V

变压器的功率因数，取加权平均功率因数0.85。即

， 

② 向采煤机供电电缆的电缆电压损失：

V

③正常运行时电压损失校验

向采煤机供电的总电压损失V＜V，满足对采煤机供电的要求。

2号移动变电站供电系统

（1）正常运行时的电压损失

① 变压器的电压损失

查表得KSGZY-2000/10， 10000/3300V移动变电站负载损耗∆PN=4950W，阻抗电压u%=5.5%，计算移动变电站每相电阻、电抗值。

Ω

Ω

Ω

2号移动变电站其负荷为刮板机，低压侧负荷电流

A

根据实际工作情况，估计需用系数为1；加权平均功率因数取负荷统计时的值，为0.82。

V

变压器的功率因数，取加权平均功率因数0.82。即

， 

② 向刮板机供电电缆的电缆电压损失：以供电距离最远、电动机功率最大的刮板输送机机头电动机进行电压损失校验。

V

③正常运行时电压损失校验

向采煤机供电的总电压损失V＜V，满足对采煤机供电的要求。

3号移动变电站供电系统

（1）正常运行时的电压损失

① 变压器的电压损失

查表得KSGZY-1600/10， 10000/1140V移动变电站负载损耗∆PN=3800W，阻抗电压u%=5.5%，计算移动变电站每相电阻、电抗值。

Ω

Ω

Ω

3号移动变电站其负荷为转载机、破碎机、乳化泵、喷雾泵，低压侧负荷电流

A

根据实际工作情况，估计需用系数为：

加权平均功率因数取负荷统计时的值，为0.8７。

V

变压器的功率因数，取加权平均功率因数0.8７。即

， 

② 向供转载机、破碎机、乳化泵、喷雾泵电电缆的电缆电压损失：以供电距离最远、电动机功率最大的转载机电动机进行电压损失校验。

V

③ 正常运行时电压损失校验

向转载机供电的总电压损失

V＜V，满足对采煤机供电的要求。

４号移动变电站供电系统

（1）正常运行时的电压损失

① 变压器的电压损失

查表得KSGZY-１00/10， 10000/3300V移动变电站负载损耗∆PN=７００W，阻抗电压u%=４.5%，计算移动变电站每相电阻、电抗值。

Ω

Ω

Ω

４号移动变电站其负荷为潜水泵、回柱绞车，低压侧负荷电流

A

根据实际工作情况，估计需用系数为

加权平均功率因数取负荷统计时的值，为0.8４。

V

变压器的功率因数，取加权平均功率因数0.8４。即

， 

② 向潜水泵、回柱绞车供电电缆的电缆电压损失：以供电距离最远、电动机功率最大的回柱绞车电动机进行电压损失校验。

V

③正常运行时电压损失校验

向供电的回柱绞车电压损失

V＜V，满足对采煤机供电的要求。

六、 供电系统短路电流计算

1）综采工作面移动变电站到煤机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

（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。

（1）系统折算电抗

其中，10kV系统的平均电压10.5kV；3300V系统平均电压=3.4kV。

（2）高压电缆折算阻抗

查表，得MYJV22-10/240×3+3×25-2540米高压电缆r0=R65=0.114Ω/km, =0.08Ω/km。

（3）移动变电站阻抗

查表，得，KSGZY-2000/10/3.3kV移动变电站，阻抗电压= 5.5%，负载损耗=4950W。

（4）移动变电站二次出线端最小两相短路电流；

kA

（5）煤机电缆阻抗

查表，得电缆ＭCPＴ3×150+1×25-450米， 每相单位阻抗值0= 0.08Ω/km.

Ω

（6）短路回路的总阻抗

（7）煤机电机处两相短路电流  

kA

2、综采工作面移动变电站到刮板机机头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，KSGZY-2000/10/3.3kV移动变电站，阻抗电压= 5.5%，负载损耗=4950W。

（4）移动变电站二次出线端最小两相短路电流；

kA

（5）刮板机电缆阻抗

查表，得MYP-70×3+3×16-（400米+50米）电缆r0=R65=0.3515Ω/km, =0.078Ω/km。    

（6）短路回路的总阻抗

（7）刮扳机电机处两相短路电流  

kA

3、综采工作面移动变电KSGZY-1600/10/1.2kV到转载机机机头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；

（3）移动变电站阻抗

查表，得，KSGZY-1600/10/1.2kV移动变电站，阻抗电压= 4.5%，负载损耗=3800W。

（4）移动变电站二次出线端最小两相短路电流；

kA

（5）转载机电缆阻抗

查表，得MYP-70×3+3×16-（450米+50米）电缆r0=R65=0.3515Ω/km, =0.078Ω/km。    

（6）短路回路的总阻抗

（7）转载机电机处两相短路电流  

kA

3、综采工作面移动变电KSGZY-100/10/0.69kV到回柱绞车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；

（3）移动变电站阻抗

查表，得，KSGZY-100/10/0.69kV移动变电站，阻抗电压= 4%，负载损耗=700W。

（4）移动变电站二次出线端最小两相短路电流；

kA

（5）回柱绞车电缆阻抗

查表，得MYP-16×3+3×4-（200米+20米）电缆r0=R65=1.369Ω/km, =0.09Ω/km。    

（6）短路回路的总阻抗

（7）回柱绞车处两相短路电流  

kA

各变压器短路电流表

⑴、1#移变电站高压配电箱过流保护装置的整定  

①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115Ａ。

②短路保护的整定，按躲开最大电动机起动，即采煤机起动，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2.9，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。

⑵、移动变电站低压保护箱中过流保护装置的整定

①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=293A

②短路保护的整定

整定值取933Ａ。

动作电流倍数3.2，取=4倍。

＞1.5，满足要求

⑵、2#移变电站高压配电箱过流保护装置的整定

①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115Ａ。

②短路保护的整定，按躲开最大电动机起动，即刮板机起动，其一次侧动作电流计算值为：

短路整定值取343Ａ

动作电流倍数2.9，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。

⑵、移动变电站低压保护箱中过流保护装置的整定

①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=329A

②短路保护的整定

整定值取986Ａ。

动作电流倍数2.9，取=4倍。

＞1.5，满足要求

⑶、3#移变电站高压配电箱过流保护装置的整定

①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97Ａ。

②短路保护的整定，按躲开最大电动机起动，即转载机起动，其他电动机正常运行来考虑，其一次侧动作电流计算值为：

短路整定值取181Ａ

动作电流倍数1.9，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。

⑵、移动变电站低压保护箱中过流保护装置的整定

①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=5A

②短路保护的整定

整定值取1451Ａ。

动作电流倍数2.2，取=3倍。

＞1.5，满足要求

⑷、4#移变电站高压配电箱过流保护装置的整定

①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6Ａ。

②短路保护的整定，按躲开最大电动机起动，即回拄绞车起动，其他电动机正常运行来考虑，其一次侧动作电流计算值为：

短路整定值取13Ａ

动作电流倍数2.5，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。

⑵、移动变电站低压保护箱中过流保护装置的整定

①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=81A

②短路保护的整定

整定值取178Ａ。

动作电流倍数2.1，取=3倍。

＞1.5，满足要求

5、控制开关保护整定

（1）采煤机控制开关保护整定：

   过流保护装置的动作电流：    

      A 额定电流见初选电缆截面表，取350A。

    短路保护装置的动作电流：取3A。

     按采煤机电机处最小两相短路电流校验灵敏系数，

灵敏系数＞1.5，满足要求

（2）刮板机控制开关保护整定：

①刮板机机头、机尾高速电机控制开关保护整定：

     过流保护装置的动作电流：    

      160A＞150A（要求接近额定电流）

     短路保护装置的动作电流：取5A。

     按刮板机机头电机处最小两相短路电流校验灵敏系数，

灵敏系数＞1.5，满足要求

    ②刮板机机头、机尾低速电机控制开关保护整定：

       过流保护装置的动作电流：    

        80A＞74A（要求接近额定电流）

        短路保护装置的动作电流：取5A。

       按刮板机机头电机处最小两相短路电流校验灵敏系数，

灵敏系数＞1.5，满足要求

（3）转载机控制开关保护整定：

    ① 转载机高速电机控制开关保护整定：

     过流保护装置的动作电流：    

      210A＞204A（要求接近额定电流）

     短路保护装置的动作电流：取5A。

       转载机头电机处最小两相短路电流校验灵敏系数，

灵敏系数＞1.5，满足要求

② 转载机低速电机控制开关保护整定：

       过流保护装置的动作电流：    

        1160A＞152A

        短路保护装置的动作电流：取5A。

       按转载机电机处最小两相短路电流校验灵敏系数，

灵敏系数＞1.5，满足要求

⑷ 破碎机电机控制开关保护整定：

       过流保护装置的动作电流：    

        200A＞192A

        短路保护装置的动作电流：取5A。

       按转载机电机处最小两相短路电流校验灵敏系数，

灵敏系数＞1.5，满足要求

（5）乳化泵电机控制开关保护整定：

        过流保护装置的动作电流：    

        150A＞146A

        短路保护装置的动作电流：取5A。

       按转载机电机处最小两相短路电流校验灵敏系数，

灵敏系数＞1.5，满足要求

（6）喷雾泵电机控制开关保护整定：

        过流保护装置的动作电流： 80A＞76

      短路保护装置的动作电流：取5A。

       按转载机电机处最小两相短路电流校验灵敏系数，

灵敏系数＞1.5，满足要求

（7）4号移动变电站低压开关QJZ-400过流保护整定

         过流保护装置的动作电流：

A

短路保护装置的动作电流：取3A。

按设备列车尾回柱绞车电机处最小两相短路电流校验灵敏系数，

灵敏系数＞1.5，满足要求

（8）两台回柱绞车电机控制开关QBZ-80N保护整定：

        过流保护装置的动作电流：    

        25A＞24A

         短路保护装置的动作电流：取5A。

        按设备列车尾回柱绞车电机处最小两相短路电流校验灵敏系数，

灵敏系数＞1.5，满足要求

（9）水泵电机控制开关QBZ-80保护整定：

        过流保护装置的动作电流：    

         6A＞5.5A

         短路保护装置的动作电流：取5A。

        按设备列车尾回柱绞车电机处最小两相短路电流校验灵敏系数，

灵敏系数＞1.5，满足要求

（10）照明综保ZBZ-4.0熔断器的选择

  照明变压器一次侧熔断器的选择

       取5A。

　　　查表，４ＫＶＡ照明变压器二次侧两相短路电流：＝334A

      灵敏系数＞4，