22101综采工作面设备选型及供电设计

22101综采工作面设备选型及供电设计
供电设计概述
一、工作面原始资料及设备选型：
1、22101工作面为缓倾斜煤层，煤层平均厚为5.7米，煤质松软，高瓦斯。工作面长度为120米，采区一翼的走向长为270米。
2、此工作面为综采工作面，用后退式采煤方法。回采用可调高的MG160/380—WD型双滚筒机电牵引采煤机，支架采用低位放顶煤型号为ZGT4400／17.5／27过渡架和ZFS3100／16／26中间架，工作循环为两班生产，一班检修。
3、工作面采用SGZ—630／220刮板运输机一部与采煤机配套，一部SGZ—630／150刮板运输机与放顶煤支架配套。进风顺槽配有SZB—764／132型转载机、PC—110破碎机、SSJ—1000／125型伸缩带式运输机。一部JH2—14型回柱车用于拉转载机和伸缩皮带。回风设有液压泵站，配有JD—11.4、JD—25型调度绞车用于运输设备和材料，一部JH2—14型回柱车用于回收金属棚腿。
二、工作面供电系统简述及供电方式：
1、6KV高压系统由高压防爆配电箱、高压双屏蔽软电缆、高压电缆连接器和移动变电站等组成。
低压1140V及660V由低压馈电开关（设有漏电、过流、短路、过压、欠压保护装置），经过屏蔽电缆接至真空起动器，通过屏蔽电缆馈电给各用电设备。
2、井底中央配电室配出电压6KV至采区液压绞车房配电室，一回路高压供电至移动变电站。（工作面负荷大，为了减少电压损失，由移动变电站供电）。主要用电设备：机组、前工作溜、转载机、破碎机，采用1140V供电电压。后工作溜、乳化泵、皮带机、回柱车、调度绞车，采用660V供电电压。煤电钻和照明、信号采用127V供电。
3、移动变电站所带负荷采用干线式和辐射式混合供电。
4、采用两台移动变电站，一台为6000V／1140V（供采煤机组和前刮板运输机、破碎机、转载机），一台为6000V／660V（供其余负荷）。移动变电站在进风口布置，距进风口500米。

三、变压器容量选择
1、供采煤机、前刮板运输机、破碎机、转载机（电压为6000V／1140V）干变的确定：即用公式：
SBｊ＝KX∑P／COSΦ
需用系数按下式确定：
KX＝0.4＋0.6PS／∑PN=0.4+0.6×380／732=0.71
(供工作面电机台数为两台时，也可以电动机额定电流及额定电流和计算，不考虑需用系数)
SBｊ＝KX∑P／COSΦ=732×0.71÷0.7=742KVA
2、供其它负荷变压器容量的确定：（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
根据变压器的计算容量，按SBｅ≥SBｊ选择变压器。
电压为6000V／1140V的移动变电站，计算容量为742KVA，选择800KVA的干变。
电压为6000V／660V的移动变电站，计算容量为344KVA，选择500KVA的干变。
四、采区高压电缆的选择
1、高压电缆确定遵循的原则：
⑴、供移动变电站的高压电缆选用监视型屏蔽橡胶电缆。
⑵、电缆的长度按LS=K·L计算：
L——巷道实际长度。
K——增长系数。 橡胶K=1.1 铠装K=1.05
2、高压电缆截面的选择：
⑴、供6000V／1140V干变高压电缆的选择：
①、按经济电流密度选择电缆截面：
根据公式：Sｊ=Iｎ／Jｎ（两台设备不考虑需用系数）
综采工作面取：300×2×5小时=3000小时。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
选用50㎜2电缆一根。
②、按持续允许电流校验电缆截面：
KIP≥Iｇ KIP =173A≥Iｇ=100A K取1.0
③、按电压损失校验截面：
液压绞车房配电室至移动变电站：
根据公式△U1=K·P·L=1.882×0.732×0.22=0.275％
电缆长度L=200×1.1=220M=0.22KM
井底中央配电室至液压绞车房配电室：
△U2=K·L·P=0.797×0.732×1.16=0.677％
地面配电室至井底中央配电室：
△U3= K·L·P=0.566×0.732×0.6=0.249％
移动变电站高压回路的电压降为：
△Uｙ=△U1+△U2+△U3=1.201％＜7％ 合格
⑵、供6000V／660V干变高压电缆的选择：
①、按经济电流密度选择电缆截面：
根据公式：Sｊ=Iｎ／Jｎ（两台设备不考虑需用系数）
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
选用35㎜2电缆一根。
②、按持续允许电流校验电缆截面：
KIP≥Iｇ KIP =135A≥Iｇ=33A K取1.0
③、按电压损失校验截面：
液压绞车房配电室至移动变电站：
根据公式△U1=K·P·L=1.882×0.415×0.22=0.171％
电缆长度L=200×1.1=220M=0.22KM
井底中央配电室至液压绞车房配电室：
△U2=K·L·P=0.797×0.415×1.16=0.383％
地面配电室至井底中央配电室：
△U3= K·L·P=0.566×0.415×0.6=0.141％
移动变电站高压回路的电压降为：
△Uｙ=△U1+△U2+△U3=0.695％＜7％ 合格
按电缆短路时的热稳定条件校验电缆截面：
S ZX≥I（3）ｔ1／C
I（3）——最大三相短路电流。安
ｔ1—————短路电流的假想作用时间。秒
C————热稳定系数。
五、采区低压电缆选型
1、低压电缆确定遵循的原则：
⑴、铠装电缆按所经路径长度1.05计算。
⑵、橡套电缆按所经路径长度1.10计算。
⑶、半固定设备的电动机至就地控制开关的电缆长度一般取5—10米。
⑷、从起动器到电动机的电缆一律采用橡套电缆。1140V设备必须用带有分相屏蔽的橡胶屏蔽电缆。
⑸、固定设备一般应用铠装电缆，也可用橡套或铜芯塑料电缆。半固定设备一般应用软电缆。
⑹、采区低压电缆严禁采用铝芯电缆。
2、低压电缆截面的选择：
⑴、机组电缆截面的选择（支线）：
Iｇ=Iｅ=0.67×380=255A
KIP≥Iｇ
机组电缆截面选用：MYP—1140—3×95㎜2，长期允许载流量为285A。
⑵、工作溜电缆截面的选择（支线）：
Iｇ=Iｅ=0.67×110=74A
KIP≥Iｇ
工作溜电缆截面选用：MYP—1140—3×25㎜2，长期允许载流量为113A。
⑶、工作后溜和伸缩带式运输机电缆截面选择（支线）：
Iｇ=Iｅ=1.15×125=144A
KIP≥Iｇ
工作后溜和伸缩带式运输机电缆截面选用：MYP—660—3×50㎜2，长期允许载流量为173A。
⑷、乳化泵电缆截面选择(支线)：
Iｇ=Iｅ=1.15×125=144A
KIP≥Iｇ
乳化泵电缆截面选用：MYP—660—3×50㎜2，长期允许载流量为173A。
⑸、转载机电缆截面选择(支线)：
Iｇ=Iｅ=0.67×110=74A
KIP≥Iｇ
转载机电缆截面选用：MYP—1140—3×25㎜2，长期允许载流量为113A。
⑹、破碎机电缆截面选择(支线)：
Iｇ=Iｅ=0.67×132=89A
KIP≥Iｇ
破碎机电缆截面选用：MYP—1140—3×25㎜2，长期允许载流量为113A。
3、低压电缆截面的选择(干线：从6000V／1140V干变供进风馈出)
⑴、按持续允许电流选择电缆截面;
KIP≥Iｇ= Iｅ
Iｇ= Iｅ
=0.71×380×103／√3×1140×0.7=195A
根据计算结果选用：MYP—1140—3×95㎜2电缆，长期允许载流量为285A
KIP=285A≥Iｇ=195A （合格）
⑵、按电压损失校验电缆截面：
△U=△UB+△U1+△U2
①、变压器的△UB电压损失：
△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、机组电缆(支线)的电压损失：
电缆截面为95㎜2，COSΦ=0.85 得：K=0.041％(查综采管理手册)。
△U2=K·P·L=0.041×380×0.15=2.34％
③干线电缆的电压损失(6000V／1140V干变供机组)：
电缆截面为95㎜2，COSΦ=0.7 得：K=0.024％(查综采管理手册)。
△U1=K·P·L=0.024×200×0.35=1.68％
△U为正常运行时机组电动机允许的电压降，一般为10％
△U1=(10％+4.5％)－3.095％－2.34％=9.065％
干线损失△U1=7.12％＜9.065％ （合格）
⑶、按起动条件校验截面电缆：（简略）
4、低压电缆截面的选择(干线：从6000V／660V干变馈出供回风电源)
⑴、按持续允许电流选择电缆截面;
KIP≥Iｇ= Iｅ
Iｇ= Iｅ
=0.58×200×103／√3×660×0.7=145A
根据计算结果选用：MYP—660—3×70㎜2电缆，长期允许载流量为215A
KIP=215A≥Iｇ=145A （合格）
⑵、按电压损失校验电缆截面：
△U=△UB+△U1+△U2
①、变压器△UB的电压损失：
同前例：△UB=2.74％
②、伸缩皮带电缆(支线)的电压损失：
电缆截面为50㎜2，COSΦ=0.85 得：K=0.041％(查综采管理手册)。
△U2=K·P·L=0.041×125×0.04=0.205％
③干线电缆的电压损失：
电缆截面为70㎜2，COSΦ=0.7 得：K=0.091％(查综采管理手册)。
△U1=K·P·L=0.091×200×0.5=9.1％
△U为正常运行时机组电动机允许的电压降，一般为10％
△U1=(10％+4.5％)－2.74％－2.205％=11.56％
干线损失△U1=9.1％＜11.56％ （合格）
5、低压电缆截面的选择(干线：从6000V／660V干变馈出供进风电源)
⑴、按持续允许电流选择电缆截面;
KIP≥Iｇ= Iｅ
Iｇ= Iｅ
=0.58×215×103／√3×660×0.7=156A
根据计算结果选用：MYP—660—3×70㎜2电缆，长期允许载流量为215A
KIP=215A≥Iｇ=156A （合格）
⑵、按电压损失校验电缆截面：
计算同上：干线电压损失△U1=10.58％＜11.56％ （合格）
六、短路电流计算
1、供电系统图附后
2、二次电压为1140V系统：
在考虑系统电抗和高压电缆阻抗的条件下，进行短路电流计算。
⑴、计算短路回路中每相的电阻和电抗值：
①、系统电抗值：
XS=U2／SK=1.142／200=0.007欧
②、高压电缆的阻抗值:
R=R0L／K2=0.612×0.22×1.18／(6.3／1.14)2=0.005欧(换算至65℃)
X=X0L／K2=0.08×0.22／(6.3／1.14)2=0.0006欧
③、变压器的电阻和电抗值：
RTr=ΔPUN2／SN2=3600×1.142／8002=0.015欧
XTr=10UXUN2／SNTr=10×3.9％×1.142／800=0.0007欧
④、低压电缆每相的电阻和电抗值：
干线电缆：
R1=0.191×0.35×1.18=0.079欧
X1=0.0602×0.35=0.02欧
支线电缆
R2=0.38×0.15×1.18=0.067欧
X2=0.081×0.15=0.012欧
对于K1点：
ΣR=R+ RTr=0.015+0.005=0.02欧
ΣX=X+ XS+ XTr=0.0006+0.007+0.0007=0.008欧
对于K2点：
ΣR=R+ RTr+R1+R2=0.005+0.015+0.079+0.067=0.17欧
ΣX=X+ XS+ XTr+X1+X2=0.0006+0.007+0.0007+0.02+0.008=0.018欧
⑵、计算短路电流：
K1点：
①、两相短路电流值：
IK(2)=U／2·√(ΣR)2+(ΣX)2=1140／2×√0.022+0.0082
=25909A
②、三相短路电流值：
IK(3)=1.15·IK(2)=29795A
K2点：
①、两相短路电流值：
IK(2)=U／2·√(ΣR)2+(ΣX)2=1140／2×√0.172+0.0182
=11400A
②、三相短路电流值：
IK(3)=1.15·IK(2)=13110A
二次电压为660V系统：
同1140V系统：
计算短路电流：
K1点：
①、两相短路电流值：
IK(2)=U／2·√(ΣR)2+(ΣX)2=660／2×√0.022+0.0082
=15000A
②、三相短路电流值：
IK(3)=1.15·IK(2)=17250A
K2点：
①、两相短路电流值：
IK(2)=U／2·√(ΣR)2+(ΣX)2=660／2×√0.172+0.0182
=6600A
②、三相短路电流值：
IK(3)=1.15·IK(2)=7590A
七、电气设备选择
1、高压配电装置电气参数选择：
⑴、按工作电压选择：
UZg≥UX
⑵、按工作电流选择：
Iｅ≥Iｇ
⑶、按短路条件校验：
Sｄｅ≥S〃或Iｄｅ≥I〃
⑷、按动稳定校验：
Igf≥ich 或 Igf≥Ich
根据以上参数，故选择型号为BGP—6Z／300A的高爆开关一台，控制6000V／1140V干变。另选取型号为BGP—6Z／200A的高爆开关一台，控制6000V／660V干变。
2、变压器的选择：
由于工作面设备功率大，再考虑到电缆的允许载流量，电源线路的电压降。一路电源不能承载全部负荷，故选择三路电源，两台变压器。一台输出1140V电源，供机组、工作溜、破碎机、转载机。一台输出660V电源分两路，一路供进风，一路供回风。
变压器容量、型号选择：KSGBY—800／6和KSGBY—500／6各一台。
3、低压电气设备选择：
低压电气设备选择，同高压配电装置相同。低压开关按极限分断电流选择合格后，一般不在校验动、热稳定。
总开关选用：KBZ—400／1140 KBZ—400／660
真空起动器选用：QBZ型、QJZ型，根据电压等级和负荷的最大负荷电流，分别选取开关容量。
要求所有开关都具备：过载、短路、漏电、过压、失压保护功能。
八、采区保护装置的整定计算
1、高压配电装置的整定计算:(保护6000V／1140V干变)
⑴、过流整定：
IQ≥1.2～1.4(INSt+∑I)／KTr·Ki
=1.3×(1520+110+132+110)／(5.3×300／5)=5.9A
6000V／1140V休时，KTr=5.3
⑵灵敏度校验：
KS= IK(2)／KTr·Ki·IQ≥1.5
=25909／1876=13≥1.5 合格
2、低压馈电开关的整定计算：(保护机组、工作溜)
⑴、过流整定：
Iq=IQ+∑IQ=1520+(132+132+110+110)=1872A
⑵、灵敏度校验：
KS=25909／1872=13.9≥1.5 合格
3、真空起动器的整定计算：
⑴、机组过流整定值：
Iq≥INSt
=380×0.67×6=1527A
灵敏度校验：
KS= IK(2)／Iq =11400／1527=7.4≥1.5 合格
⑵、工作溜过流整定值：
Iq≥INSt
=110×0.67×6=442A
灵敏度校验：
KS= IK(2)／Iq =11400／442=25≥1.5 合格
4、保护照明变压器
IRe=1.2～1.4 Iｅ／Kb
5、保护电钻变压器
IRe=1.2～1.4 Kb／(IQe／(1.8～2.5)+∑Ie)
灵敏度校验：
Id(2)／IRe≥4～7 IR——所选熔体电流
同理，可计算另一台高压配电装置、馈电开关、真空起动器、照明综保、煤电钻综保等。
九、工作面保护接地系统
保护接地系统由主接地极、局部接地极、接地母线、辅助接地母线、接地导线等组成。
工作面接地装置和井下水仓主接地装置相连，构成井下总接地网。
对接地装置的要求：
局部接地极：钢板0.6㎡，厚度大于3㎜。也可用直径不小于35㎜、长度为1.5M的钢管，管上钻有20个直径不小于5㎜的孔。
接地导线:面积25㎜2的铜线或50㎜2的扁铁、钢板。
从任一局部接地装置处所测得的总接地网的接地电阻值，不得超过2欧姆。每一移动设备与总接地网的局部接地极之间的接地芯线电阻值，不得超过1欧姆。
局部接地极必须与辅助接地极之间距离大于5米。
十、工作面设备布置
1、移动变电站和设备列车上的机电设备突出部分同巷道支护间的距离不应小于0.25米，同运输机的距离为0.7米(检修方便)。
2、工作面容量较大的电动机应靠近电源进线。
3、移动变电站的位置，一般距工作面100米至300米。由于工作面条件限制，只能放在进风口。
十一、工作面供电系统图、设备布置图、接地系统图附后