工程案例二 掘进工作面供电设计

1、掘进工作面供电设计一某采区主要原始资料1.采区巷道布置及开采方法高瓦斯矿井，采区为缓倾斜煤层，东西走向，向南倾斜，倾角8°10°。煤质中硬，高瓦斯，煤层平均厚度为2.5m，一次采全高。采区采用中间上山开采，采区内分三个区段，区段长166m，其中工作面长150m，上顺槽宽3.5m，下顺槽宽4m，保安煤柱8.5m，采区一翼走向长860m。采煤方法采用走向长壁区内后退式，东西两翼同时开采。东西两翼各设一个综采工作面，采煤机用可调高的MLS3-340型双滚筒采煤机，支护用ZY35型支撑掩护式液压支架。煤巷掘进采用S100型掘进机。采煤和掘进工作面均采取三班生产一班检修的工作方式。2

2、运输及通风情况采区巷道布置如图所示。工作面落煤由可弯曲刮板输送机，经顺槽刮板转载机，可伸缩胶带输送机运至运输上山，运输上山采用三部宽为1000mm的胶带输送机将煤运至采区煤仓。掘进落煤由掘进转载机、可伸缩胶带输送机运至采区运输上山，最后进入采区煤仓。工作面所需材料和设备的运输，用110kW单滚筒绞车从轨道上山运至轨道平巷，再由调度绞车运至工作面。采区通风系统的新鲜风流由水平运输大巷，经采区运输上山、运输平巷进入工作面，污浊风流经轨道平巷、轨道上山、采区回风石门至斜风井。3电源情况采区变电所的位置设在采区上山的中部，位于轨道上山与运输上山之间的横贯内。4. 掘进工作面设备掘进工作面采用SJ100

3、型掘进（包括转载机），SSJ-80/2×40型可伸缩带式输送机，设备布置见图1，设备额定参数见负荷统计表1表1掘进工作面设备负荷统计表序号用 电 设 备 名 称电动机型号设备台数电动机功率kW额定电压V额定电流AS100型掘进机（包括转载机）1100(60)+45+10660135.6煤电钻MZ2-1211.212794BA-18A型小水泵JQ241-215.56606.3SSJ-80/2×40型可伸缩带式输送机JDSB-40140×266045×2张紧绞车146604.6局部通风机JBT61-211466015.8合计245.7二掘进工作面供电设计1.

4、供电系统拟定供电系统图的拟定应满足供电安全、可靠、经济、系统简单、操作方便等煤矿企业对供电的要求。其具体拟定系统图2。2.掘进工作面配电点及移动变电站位置的确定根据位置确定原则和本采区的具体情况，掘进配电点设在距掘进头80m处，移动变电站设在掘进巷道入口处。3.给掘进工作面供电的移动变电站及给局扇供电的干变选择图1 掘进工作面机电设备布置示意图图2 掘进供电系统图由于该矿为高瓦斯矿，对高沼矿按照“三专两闭锁”要求，局部通风机使用专用变压器。而掘进工作面其他设备选用一台移动变电站。掘进工作面变压器的计算容量为 （1）式中 用电设备额定功率之和，155+40×2+4+1.2+5.5=24

5、5.7KW （2） 需用系数，查需用系数表得0.5； 变压器负载的加权平均功率因数，查加权功率因数表得。查表选择KBSGZY-315/6型隔爆移动变电站一台，其额定容量为315kVA，额定电压为6kV/0.69kV，阻抗电压百分数Uz%为4，短路损耗PNT为2.2kW。给局扇供电的变压器选择一台KBSG-50/6的隔爆干式变压器。3.供电电缆的选择1)确定电缆的型号和长度根据电缆型号的确定原则，全部选择矿用阻燃型电缆，其型号选择如下：由采区变电所至移动变电站的高压电缆，选用MYPTJ-3.6/6型矿用移动屏蔽监视型橡套软电缆；掘进机选用MCP-0.66/1.14型矿用移动屏蔽橡套软电缆；其它从

6、启动器至电动机，以及向顺槽供电的干线电缆均选用MYP-0.38/0.66型矿用移动屏蔽橡套软电缆；电钻和照明选用电钻专用MZP-0.3/0.5型矿用屏蔽电钻电缆。（1）高压电缆的长度确定以采区变电所到移动变电站电缆为例说明高压电缆长度确定。 （3） 式中：Kin 橡套电缆的弯曲系数； 249 采区变电所到移动变电站的距离；10 变电所硐室内的长度。（2）低压电缆的长度确定移动变电站至掘进工作面配电点的干线电缆长度。 （4）式中： 860 移动变电站到掘进工作面配电点巷道长度。电磁启动器到掘进机的支线电缆长度，取100m式中： 90-电磁启动器到掘进机的距离，另外在增加5米机头活动距离。其他工作

7、面设备支线电缆的长度参照上述方法选择。2）电缆主芯线截面的选择（1）向移动变电站供电的高压电缆截面选择首先按长时允许电流选择，采区变电所至移动变电站电缆的最大长时工作电流：Ica= （5） 查表选择截面为25mm2的电缆，其长时允许电流为121A18.18A。选用MYPTJ-3.6/6-3×25+3×16/3+3×2.5型移动变电站专用高压电缆。（由于此型号的电缆目前最小截面为25mm2，所以从采区变电所至移动变电站的电缆选用此种电缆）。（设环境温度为25）所选电缆截面还应按短路时的热稳定条件进行校验。短路时的热稳定条件校验：25mm2 校验合格式中Iss三相短路

8、电流稳态值A，设采区6kV母线短路容量为50 MVA,则 （6）C-导体材料的热稳定系数，查导线热稳定系数表得：112ti-短路电流的假想作用时间： （7） 0.2高压配电箱固有分闸时间。（2）低压电缆截面的选择选择支线电缆截面。支线电缆的截面应按机械强度和长时允许电流选择和校验，下面以掘进机支线为例选择支线电缆的截面。查表选择满足机械强度的最小截面为35mm2。其长时允许电流为138A大于掘进机额定电流135.6A。但考虑到线路较长，线路的电压损失较大所以选择50mm2的电缆。再考虑到控制上的要求，最后确定选用MCP-0.66/1.14-3×501×163×6型

9、采掘机用屏蔽橡套软电缆。其长时允许电流为173A大于掘进机额定电流135.6A。其它支线电缆截面的选择结果见表选择干线电缆截面供电给掘进机配电点干线电缆的最大长时工作电流为（取干线负荷的coswm=0.65，Kde=0.5） （8）查表选择50mm2的橡套电缆，其允许负荷电流为173A165.4A，电缆截面符合要求。按正常工作时允许的电压损失校验电缆截面移动变电站变压器的电压损失为 （9）式中 干线电缆的电压损失，按照到移动变压器到胶带机（10m）和胶带机到掘进机（936）两段电压损失之和计算： （10）显然干线电压损失太大，改用截面为70mm2的电缆，带入上式，得 （11） 掘进机支线电缆的

10、电压损失（取掘进机负荷系数，效率） （12）低压电网的总电压损失为 （12）660V电网允许电压损失为66V63.8V，电缆截面满足电压损失的要求最后确定选用MYP-0.38/0.66-3×701×25型矿用阻燃橡套软电缆。电压损失最大的干线电缆均能满足要求，其他电缆必然满足，故只需按照长时允许电流选择既可，选择结果见表2表2 电缆选择一览表序号设备名称所选电缆型号、截面电缆长度（m）电缆允许电流（A）电缆长时工作电流（A）1向移动变电站供电电缆MYPTJ-3.6/6-3×25+3×16/3+3×2.528512118.182掘进机配电点干线M

11、-0.38/0.66-3×701×25946215165.43局部通风机干线、支线M-0.38/0.66-3×101×10285，106415.84带式输送机M-0.38/0.66-3×251×1610113905张紧绞车M-0.38/0.66-3×41×410364.66掘进机M-0.38/0.66-3×501×6100173135.67小水泵M-0.38/0.66-3×41×490366.38煤电钻MZ-0.5-3×41×41×4100369

12、4.短路电流计算下面以图2中的S5点短路为例计算最小两相短路电流。由于变压比较大，高压侧的阻抗折算到低压侧较小，因而高压侧阻抗忽略不计。移动变电站变压器的阻抗： （14） （15）低压干线电缆的阻抗 （16） （17）式中r0、x0-电缆每公里电阻、电抗，可查电缆技术数据得到。掘进机支线电缆的阻抗 （18） （19）（2）S5点短路电流的计算短路回路总阻抗 （20） （21）两相短路电流 （22）同理其它短路点的计算结果见表3： 表3 最小两相短路电流计算表序号计算范围短路点电缆截面及长度两相短路电流(A)截面(mm²)长度(m)1移动变电站出口处短路电流S1952052632皮带机

13、短路电流S2701050653张紧绞车短路电流S341032724工作面配电点处短路电流S49594619715掘进机处短路电流S55010019096小水泵处短路电流S649011048局扇干线短路电流S8102853679局扇支线处短路电流S910103605.选择各控制开关1) 高压配电箱的选择（1）选型根据采区电气设备的选择原则，变电所的高压配电箱选用BGP66型矿用隔爆型高压真空配电箱。该配电箱具有短路、过载、漏电、失压和监视保护。（2）电气参数的选择校验根据（5）式计算结果高压配电箱所带负荷的额定电流为18.18A，选额定电流为50A的配电箱。额定电压6KV，工作电压6KV；额定断

14、流容量100MVA；极限允许通过电流25KA；配电箱2s钟的热稳定电流10KA。热稳定校验：I2tst=102×2I2ssti=4.812×0.25 （23）式中Iss由（6）式求得；ti由（7）式求得。经验算热稳定满足要求。动稳定校验：高压配电箱出口处的短路电流冲击值为ich=2.25×Iss=2.25×4.81=10.8kA25kA（极限允许值）说明动稳定校验合格。断流能力校验高压配电箱出口处短路容量为说明断流能力合格。2）低压电气设备的选择（1）选型供电线路总开关和分路开关，选用低压自动馈电开关；电动机的控制设备，选用真空磁力起动器。煤电钻选用煤电

15、钻综合保护装置。（2）选参数根据低压电气设备的选择原则，以控制掘进机的启动器为例说明电气参数的选择和校验。掘进机的额定电流为135.6A，额定电压660V。由型号确定原则，选QZBH200/660型真空磁力启动器。该磁力启动器的极限分断电流为4500AS4点的最大三相短路电流=1.15×1971=2276A。断流能力符合要求，其他开关的选择计算见表4。6.保护装置的整定计算1)1高压配电箱的整定由于移动变电站高压侧只装有负荷开关，移动变电站及其高压侧线均由采区变电所中的高压配电箱来保护。长延时过载保护装置（过负荷保护）的整定值：IOP。O1.1Ica1.1×18.1820A

16、配电箱过载保护的整定范围为0.42.0倍的配电箱额定电流，共有11个档位，故配电箱波段开关调整在0.4倍的位置，其实际整定电流为Iop.o0.4×5020A短路保护的整定值：式中Ica.m 配电箱所控制负荷中最大容量电动机的长时工作电流，即掘进机负荷系数为0.9时的掘进机的额定工作电流，A；Ist.N.m 配电箱所控制负荷中容量最大一台电动机的额定启动电流，即掘进机的额定启动电流，A。1.2可靠系数配电箱短路保护的整定范围为116倍的配电箱额定电流，共分为11档位，故将波段开关调在3倍的位置，此时短路实际整定电流为Iop.s3×50150A高压配电箱短路保护装置的灵敏度校验

17、：保护装置对移动变电站的低压侧出口短路故障的灵敏度要大于1.2（后备保护），校验时按移动变电站低压侧出口处S1两相短路电流（见表3）来校验。K= 满足要求。2）移动变电站高、低开关的整定 （1） 移动变电站高压开关的整定与1高压配电箱的整定相同。 （2）移动变电站低压开关的整定移动变电站低压侧真空自动馈电开关有BKD500/1140、BXB1800/1140、BXB400/690型等。现以BKD400/690型为例。过负荷保护装置按保护变压器过负荷来整定：BKD400/690型隔爆真空自动馈电开关的额定电流为400A，其过载保护整定范围0.41倍的开关额定电流，故将过保护调在0.7倍额定电流位

18、置，其过载保的实际整定值为IOP.O0.7×400=280A短路保护装置的整定：Iop。sIst.N。mIN。re7×135.6（45×24.615.86.30.63）1066.53A开关短路保护装置的整定范围为310倍的开关额定电流，故将其开关调在3倍额定电流的位置，其短路保护的实际整定值为Iop。s3×4001200A灵敏度校验：用保护范围内最小两相短路电流校验灵敏度（S4点最小两相短路电流）满足要求。（3）掘进机电磁启动器的整定过负荷保护整定：Iop.oIN135.6135A短路保护整定：Iop。sIst.N135.6×7949.2A短路保护的动作电流值取过负荷保护实际整定值的8倍，其短路保护的实际整定值为Iop。.s135×81080A949.2A灵敏度校验：满足要求。其它启动器的整定与掘进机启动器的整定相同，见表4：表4 开关整定一览表编号名称开关型号额定电流过载整定短路整定灵敏度校验2电磁启动器QBZ-120120A90A8×90=7205065/720=