第五章 采区供电设计

5.1概述

设计在采区的轨道上山和运输上山的横贯内内设采区变电所为该采区服务。采区变电所的电源用双回路由井下车场中央变电所供给，在该采区设一个综采工作面，一个掘进工作面。该综采工作面采用MLS3—340型工作机组,采长110米，走向800米，配套设备有SGZ—730/320型可弯曲刮板运输机，破碎转载机，顺槽皮带输送机，上山皮带输送机等配套主要运输设备，井下主要运输大巷设东西两翼各一个综采工作面，年产量各为75万吨，全长2400米，采用架线电机车运输。

中央变电所设置于运输大巷中心，东西各距1200米处。为了使采区变电所处于负荷中心，满足工作面采煤工作面采煤机组随着开采逐渐后退，采用KSGZY型移动变电站，使GKV高压深入采区负荷中心以缩短供电距离。为综采工作面配套设套电压等级为1140V，660V，127V，12V用电设备供电。在变电所内选择1台KSGZ型干式变压器分别为660V用电设备供电，选择高压配电箱PBG2—6型，低压型电开关DW，DWKB型，负荷开关分别选用DQZBH，QCKB型。

在本设计中选择供电设备时，尽可能采用新系列供点设备来保证用电的安全性来适应现代化矿井发展的需要。在设备的选型计算方面，主要以KSGZY—500移变电系统为主，以采煤机组供电为重点展开一系列，校验，短路计算等来选择馈电开关，起认开关，电缆等。

5.2采区变电所及配电点位置的确定

依照变电所位置的确定的原则，确定采区变电所位置在靠近集中运输巷的地方——上山和运输上山之间的横贯内。

工作面配电点可分为采煤和掘进两种，在本设计中只考虑设计一个综采设备所需要的配电。综采工作面的机电点选用移动变电站配电的形式，使10kV深入该采区负荷中心，以确定短低压供电的距离来满足综采工作面供电的需要．工作面配电点设在工作面附近的运输顺槽（下顺槽）中，距离工作面50～70m，随着回采工作面的启退而移动，同时附带低压馈电，启动开关设备列车。

5.3采区负荷统计和计算

5.3.1采区负荷统计

1、采区负荷统计见表5-1

2、采区供电系统拟定

采用几台变压器分别运行方式，这样在发生漏电事故时，不会发生全采区停电，可靠性高，比并联运行时电网缘电阻高，对电容小。

采煤机组及下顺槽运输机采用单独电缆供电，自工作面配电点到各个动力设备采用辐射式的供电，上山运输机采用干线式式供电．根据现在用电设备及其配置情况，决定在进行顺槽设移动变电站供电配电点一个，设置2台移变组成移变电所,变压器供出1140V电压．1台移变供出660V系统供电．

表5-1                       采区负荷统计表

序 号	名 称	型 号	使用个数	额定 容量Pn/kW	额定电压Vn/V	额定电流In/A	功率因素 cosφn	In.st/In	Mn.st/Mn	额定效率ηn	负荷系数 KLO
1	采煤机	MG200/456-W	1	100	1140	87	0.86	5.5	2	0.93	0.75
2	刮板机	SGZ764/320	1	160×2	1140	97.1×2	0.9	6.0	2.3	0.94	0.8
3	顺槽带式输送机	DSJ80/60/2×55	1	55×2	1140	48.2×2	0.88	6.5	2.4	0.935	0.85
4	顺槽转载机	SZB630/40	1	40	1140	35	0.9	6.0	2.3	0.936	0.85
5	破碎机	PCM－110	1	110	1140	65.1	0.91	7.0	2.3	0.94	0.85
6	乳化液泵	XRB2B－80/200	1	200	1140	116	0.9	6.5	2.2	0.94	0.9
7	喷雾泵	XPB－250/55	1	55	1140	36	0.88	6.5	2.2	0.92	0.85
8	液压安全绞车	JD-13	1	13	660	13.7	0.87	5.6		0.89	0.75
9	顺槽绞车	JD-40	2	40×2	660	45	0.86	6.5	2.5	0.9	0.75
10	上山带式机	DSP1063/125	1	125	660	189.4	0.84	7.0	2.5	0.91	0.9
11	设备总容量			1153

3、移动变压器容量、台数确定

①给1140V系统供电的变压器

＝

式中：SBJ——变压器的计算许用容量，kVA

Kx——需用率，经计算为0.56

——联结到变压器的用电设备的总额定容量，1153kW

     cosψpj——电动机加权平均功率因素，综合机械化采煤面取0.7

根据计算选用两台KSGZY－630/6/1.14型变压器。

②给660V系统供电移变的选择：

＝

经过计算，660V供电系统变压器选择KSGZY－200/6/0.69型变压器1台。采区变电所选DSP1063/125干式变压器一台给上山带式输送机供电。

5.3.2高低压电缆的选择

1．高低压电缆的选择型号：

根据供电系统，高压电缆的需用包括以下几个部分：

①采区变电所内高压配电箱到工作面KSGZY－630/0.69型移动变电站的电缆，取长度为750＋650=1400m。

②采区变电所内高压配电箱到综采面顺槽内KSGZY－315/0.69型移动变电站长度1400m。

上述电缆的电压等级６kV级双屏蔽监视型高压软电缆，电缆型号，UCP－3*50＋1*16．

③移动变电站变压器二次从馈电开关到工作面1140V用电设备的电缆选用UCPJR3×95＋1×50＋2×2.5－0.66/1.14型橡胶软电缆。

2、以综采工作面采煤机组电缆的选择进行计算．

电缆长度：Lsx＝1.1×（110＋150）＝286m

取电缆长度为300m

3、确定电缆的芯线数目

①按机械强度初步确定电截面

采煤机组，满足机械强度为最小截面为50－70m㎡

②按长时允许负荷电流选择电缆截面，电缆长时允许负荷电流应大于或等于实际流过电缆的工作电流，即：KIy≥Ig

式中：Iy——电缆长时允许负荷电流，A

     Ig——实际流过电缆的工作电流，A

   K－环境温度校正系数   

单台电压（MLS3H-340）的载流量供电。以电动机在额定电流计算Ｉn＝108A查表电缆截流量已知。电缆截面大于50mm2。

③按电机正常工作时的电源确定主截面，对井下低压网路通常忽略阻抗电压损失部分。

采区低压电网的电压损失，由以下部分组成：

ΔＵ＝ΔＵz+ΔＵg+ΔＵB 

   ＝34.3＋9.4＋106.5

   ＝150.2V

计算电缆支线的电压损失公式为

ΔＵz＝=

式中：Kf——负荷率，0.75

     Pe——电动机的额定功率，340kW

     Lz——支线电缆的长度，300m

     V——电导率，42.5

     Ue——额定电压，1140V

     Sz——电缆导线截面，50.5mm2

     ηd——电动机的效率，0.92

计算电缆干线的电压损失ΔＵg

式中：Lg——干线电缆长度，从移动站二次侧总馈电先开到采煤机总馈电开关的距离取50m，

     Sg——干线电缆导线截面，50mm2

     ——电缆负荷的总额定功率，

ΔUg的确定过程中，因为1140V 系统供电设备多，故采用两条干线供电：

一条由移变二次侧——分馈1——采煤机——桥式转载机——破碎机

一条由移变次侧——分馈2——刮板机——乳化液泵站——喷雾泵站

计算变压器绕组的电压损失∆UB

  ＝

  ＝106.5V

式中：RB、XB——变压器换算到二次侧绕组的电阻与电抗（Ω）查表知KSGZY－630/0.69 型移变参数：

RB＝0.05     XB=0.2

     IB——变压器二次侧负荷电流，551A

     cosψB——变压器所带负荷的功率因素的加权平均值，

求采煤机电机允许的电压损失：

＝1200－0.95×1140 =117(V)

即：ΔU＜∆Ｕy

故 按电压损失选的50mm2的电缆截面符合要求.

④按起动条件校验电缆截面：

∆UQy≤Uze －0.7Ue ＝1200—0.7×1140=402V

式中：∆UQy——电动机起动时电网允许电压损失（V）

∆Uze——变压器一次侧额定电压为1200Ｖ

Ue ——电动机的额定电压

电动机起动时电网允许电压损失：

按起动条件校验电缆截面符合要求。

5.4短路电流的计算

5.4.1短路点的选择

以给移动变电站供电系统为例，选择KSGBZY移变前，高压配电装置为6000V，移变后和负荷前三点进行计算．

5.4.2高压系统短路电流计算

为了校验采区高压配电箱装置的切断能力，需求分变压器高压侧三相短路电流．

＝7837A

式中：Up——高压电网的平均电压，6300V

     Xy——换算到井下中央变电所母线上的电源电抗

          Xy＝＝

     R——由中央变电所向采区变电所供电的高压电缆的电阻，

         R＝

     X——由中央变电所向采区变电所供电的高压电缆的电抗，

         X＝

5.4.3低压系统短路电流计算

以给采煤机供电系统为例说明短路电流的计算方法。

1、系统电抗

因为变压器二次侧空载电压（平均电压）V ar＝1140V，井下主变电所短路容量Ss＝50MV·A，则系统电抗为：

2、高压电缆阻抗

查表高压电缆电阻、电抗值分别为R0=0.857Ω/km，X0=0.066Ω/km。已知电缆长度为1.4km,变压器变比Ksc＝，求得折合到低压侧的电阻R及X分别为：

Rt1,1=

3、变压器的电抗

查表KBSGZY-630/6/1.14型干式变压器的vs＝5,ΔPN,T=4000W，变压器额定电流I2N＝。

4、从短路点S19 、S3到变压器间的低压电缆阻抗

①UYP-0.38/0.66-3×95+1×25-100m橡套干线电缆Wt1,1、Wt2,1的阻抗。

查表得：

R0=0.2301Ω/km，X0=0.075Ω/km。L＝100m，故其电抗和阻抗分别为：

Rt1,1＝Rt2,1=R0·L＝0.2301×0.1=0.02301Ω

Xt1,1= Xt2,1＝X0·L＝0.075×0.1=0.0075Ω

②UCP-0.66/1.14-3×70+1×16+3×6-121m型屏蔽支线电缆Wt2,2的阻抗。

查表得：

R0=0.3151Ω/km，X0=0.078Ω/km。

L＝121m。故其电抗和阻抗分别为：

Rt2,2＝R0·L＝0.3151×0.121=0.0381Ω

Xt2,2= X0·L＝0.078×0.121=0.00944Ω

至此，可求得低压电缆的总电阻RLV，Σ和XLV，Σ分别为：

RLV，Σ＝0.02301＋0.0381=0.0611Ω

XLV，Σ＝0.0075＋0.00944=0.0169Ω

并知至短路点S10的每相总电阻RΣ和XΣ分别为：

RΣ＝RLV，Σ＋RT＋Rt2,1＋Rca

＝0.0611＋0.0145＋0.0394＋0.01

  ＝0.125（Ω）

XΣ＝XLV，Σ＋XT＋Xt2,1＋Xsy

  ＝0.0169＋0.113＋0.00303＋0.0288

  ＝0.1617（Ω）

5、短路电流计算

将上述各计算值带入下式：

经过与上同样的计算可以计算出其他各点的短路电流值。

短路点	短路电流/A
	I(2)S	I(3)S
S4	2685	3078
S5	3348	3866
S6	3378	3900
S7	2685	3078
S8	2683	3098
S9	3348	3866
S10	2935	3389
S11	3501	4043
S12	3930	4538
S13	3805	4393
S14	3805	4393

5.5采区变电所高低压开关的选择

5.5.1采区变电所高低压开关的选择

1、高压开关箱的选择

在采区变电所内设的高压配电箱作为变电器的正常运行时送电控制及故障保护作用，设在变电器的高压侧．

BPG5－6真空高压隔离配电柜采用真空短路器，切断能力强，维修方便，选择电流为100/50型号，其技术数据如下：

型 号	空路 电流	开断 电流	极限 峰值	电流 有效值	整定 范围	整定 倍数	整定 时间	分闸 时间	使用 寿命
BGP5-6	100	9.8	25	10	1-10	2-10	0.5-16	＜0.1	1000

为了考虑维修，安装的统一性，共选5台BPG5－6高压隔爆配置电柜，其中一台备用。

2、低压电器的选择：

①对1140V电系统

A.移变二次侧用装有DZKD－1140／660型低压馈电开关，它是移变低压侧的总馈电开关，具有短路，过载．欠压和漏电的保护．

B.分馈2台开关选择BKD9-400/1140F型，额定电压为1140V，其技术数据如下：

C．磁力起动器：

②660V系统

设计660V系统供电的机电设备有调度绞车、安全绞车、上山带式输送机。其中，调度绞车、安全绞车有KSGBZY-315/6移变供电，上山带式输送机由采区变电所变压器KSGB9-200/6供电。开关选择如下：

开关代号	开关型号	开关负荷
SM6	BQD10－80ZND／660型	回风顺槽调度绞车，40kW
SM7	BQD10－80ZND／660型	回风顺槽调度绞车，40kW
SM8	BQD10－80ZND／660型	回风顺槽调度绞车，40kW
SM9	BQD10－80ZD／660型	上山胶带机，125kW

5.6井下过流保护装置的整定计算

5.6.1采区变电所低压开关过流保护单元的选择和整定

1、T1移动变电站供电系统过流保护装置的整定

1)顺槽带式输送机控制开关SM1过流保护整定

SM1为QJZ-2×120/1140型磁力起动器，它装有熔断器和JBD电子保护器，对所控制电动机进行过载短路 保护。

（1）JBD型电子保护器过流保护的整定

①过电流保护整定

a、过载保护。

启动电流In＝95.7A，要求Isb＞In

选取JDB型电子保器的型号为：JDB－120型，其Isb＝102A。

b、短路保护

动作电流的整定值：I’sb＝8Isb＝8×102=816（A）

②灵敏度校验

（2）熔断器额定电流的整定

①熔体额定电流

IN，F＝Ist/KF=669.9/2=334.95A

式中：IN，F——熔体额定电流，A

     Ist——电动机的额定起动电流，7×95.7=669.9A，

     KF——当电动机启动时，保证熔体不熔化的系数，取2

选择熔断器型号为RM1,额定电流为10～350A。

②灵敏度校验

2)喷雾泵站控制开关SM2过流保护整定

SM2为BQD10－80ZD／1140型磁力起动器，它装有熔断器和JBD电子保护器，对所控制电动机进行过载短路保护。

（1）JBD型电子保护器过流保护的整定

①过电流保护整定

a、过载保护。

启动电流In＝36A，要求Isb＞In

选取JDB型电子保器的型号为：JDB－120型，其Isb＝39A。

b、短路保护

动作电流的整定值：I’sb＝8Isb＝8×39=312（A）

②灵敏度校验

（2）熔断器额定电流的整定

①熔体额定电流

IN，F＝Ist/KF=252/2=126A

式中：IN，F——熔体额定电流，A

     Ist——电动机的额定起动电流，7×36=252A，

     KF——当电动机启动时，保证熔体不熔化的系数，取2

选择熔断器型号为RM1,额定电流为10～350A。

②灵敏度校验

3）乳化液泵站控制开关SM3过流保护整定

SM3为BQD10－200ZND／1140型磁力起动器，它装有熔断器和JBD电子保护器，对所控制电动机进行过载短路保护。

（1）JBD型电子保护器过流保护的整定

①过电流保护整定

a、过载保护。

启动电流In＝116A，要求Isb＞In

选取JDB型电子保器的型号为：JDB－120型，其Isb＝120A。

b、短路保护

动作电流的整定值：I’sb＝8Isb＝8×120=960（A）

②灵敏度校验

（2）熔断器额定电流的整定

①熔体额定电流

IN，F＝Ist/KF=812/2=406A

式中：IN，F——熔体额定电流，A

     Ist——电动机的额定起动电流，7×116=812A，

     KF——当电动机启动时，保证熔体不熔化的系数，取2

选择熔断器型号为RM1,额定电流为10～350A。

②灵敏度校验

4）刮板机控制开关SM5过流保护整定

SM5为QJZ-2×200/1140型磁力起动器，它装有熔断器和JBD电子保护器，对所控制电动机进行过载短路保护。

（1）JBD型电子保护器过流保护的整定

①过电流保护整定

a、过载保护。

启动电流In＝97.1A，要求Isb＞In

选取JDB型电子保器的型号为：JDB－120型，其Isb＝102A。

b、短路保护

动作电流的整定值：I’sb＝8Isb＝8×102=916（A）

②灵敏度校验

（2）熔断器额定电流的整定

①熔体额定电流

IN，F＝Ist/KF=679.7/2=339.856A

式中：IN，F——熔体额定电流，A

     Ist——电动机的额定起动电流，7×97.1=679.7A，

     KF——当电动机启动时，保证熔体不熔化的系数，取2

选择熔断器型号为RM1,额定电流为10～350A。

②灵敏度校验

2、T2移动变电站供电系统过流保护装置的整定

1）采煤机控制开关SM10过流保护整定

SM10为QJZ-2×200/1140型磁力起动器，它装有熔断器和JBD电子保护器，对所控制电动机进行过载短路保护。

（1）JBD型电子保护器过流保护的整定

①过电流保护整定

a、过载保护。

启动电流In＝108A，要求Isb＞In

选取JDB型电子保器的型号为：JDB－120型，其Isb＝114A。

b、短路保护

动作电流的整定值：I’sb＝8Isb＝8×114=912（A）

②灵敏度校验

（2）熔断器额定电流的整定

①熔体额定电流

IN，F＝Ist/KF=756/2=378A

式中：IN，F——熔体额定电流，A

     Ist——电动机的额定起动电流，7×108=756A，

     KF——当电动机启动时，保证熔体不熔化的系数，取2

选择熔断器型号为RM10,额定电流为400A。

②灵敏度校验

2）转载机控制开关SM11过流保护整定

SM11为BQD10－120ZD／1140型磁力起动器，它装有熔断器和JBD电子保护器，对所控制电动机进行过载短路保护。

（1）JBD型电子保护器过流保护的整定

①过电流保护整定

a、过载保护。

启动电流In＝79.2A，要求Isb＞In

选取JDB型电子保器的型号为：JDB－120型，其Isb＝84A。

b、短路保护

动作电流的整定值：I’sb＝8Isb＝8×84=672（A）

②灵敏度校验

（2）熔断器额定电流的整定

①熔体额定电流

IN，F＝Ist/KF=554.4/2=277.2A

式中：IN，F——熔体额定电流，A

     Ist——电动机的额定起动电流，7×79.2=554.4A，

     KF——当电动机启动时，保证熔体不熔化的系数，取2

选择熔断器型号为RM10,额定电流为300A。

②灵敏度校验

3）破碎机控制开关SM12过流保护整定

SM12为BQD10－120ZD／1140型磁力起动器，它装有熔断器和JBD电子保护器，对所控制电动机进行过载短路保护。

（1）JBD型电子保护器过流保护的整定

①过电流保护整定

a、过载保护。

启动电流In＝65.1A，要求Isb＞In

选取JDB型电子保器的型号为：JDB－120型，其Isb＝72A。

b、短路保护

动作电流的整定值：I’sb＝8Isb＝8×72=576（A）

②灵敏度校验

（2）熔断器额定电流的整定

①熔体额定电流

IN，F＝Ist/KF=455.7/2=227.85A

式中：IN，F——熔体额定电流，A

     Ist——电动机的额定起动电流，7×65.1=455.7A，

     KF——当电动机启动时，保证熔体不熔化的系数，取2

选择熔断器型号为RM10,额定电流为300A。

②灵敏度校验

同理，可完成T3、T4供电系统的过流保护装置的整定。

5.6.2采区变电所低电总馈电开关保护的整定

以T1移动变电站低压侧馈电开关QA12(BKD9-400/1140F)的整定为例，对馈电开关整定如下：

QA12为BKD9-400/1140F型隔爆自动馈电开关，其过流保护装置为电子保护器。

（1）动作电流。

I sb＝1000A＞Ist，M＋ΣIN=485.5＋87+48.2×2+116+35+65.1+36=921A

式中：Ist，M——刮板机的启动电流，Ist，M＝97.1×2×2.5=485.5（A）

（2）灵敏度验算

主保护：

后备保护：

同理可对其他馈电开关进行整定。

5.6.3采区高压配电装置保护的整定

以T1移动变电站KSGBZY-630/6/1.14型高压侧DB2高压配电装置过流保护整定为例进行计算。

1、按电流互感器二次额定电流（5A）的倍数n进行整定

整定到nsb=3。

式中：n——电流互感器二次额定电流（5A）的倍数，

     Ist，M——最大容量电动机的启动电流，移变负荷中刮板机电动机的容量最大，其启动电流为Ist，M＝97.1×2×5.5=1068.1A

     Kde——需用系数，0.56，

     ΣIN——除刮板机外其他电动机额定电流之和，ΣIN＝87+48.2×2+116+35+65.1+36=435.5A

     KT——移动变电站隔爆干式变压器的变比，6000/1140=5.26

     IG，N——高压配电装置的额定电流，控制保护移动变电站的PBG5-6型的IG，N＝100A

2、灵敏度校验

(符合要求)

式中：I2S——移动变电站低压母线的最小短路电流，I（2）S4＝2683A

     KgT——变压器组别字数，查表知，对于y、y0接线的变压器，KgT=1

同理可求得其他高压配电装置的过流整定。

附：1、采区供电系统图      

图5-1 采区供电系统图

参考文献

[1] 顾文卿, 新编煤矿常用机械设备选型设计实用手册. 北京: 中国矿业大学出版社,2010：20-498

[2] 陶驰东, 采掘机械. 北京: 煤炭工业出版社,1993：35-71

[3] 李昌熙，沈立三，高荣等, 采煤机. 北京: 煤炭工业出版社,1992：48-57

[4] 综采技术手册编委会, 综采技术手册（上，下）. 北京: 煤炭工业出版社,1997：29-196

[5] 范维唐, 综采技术手册. 北京: 煤炭工业出版社,1997：251-346

[6] 戴绍诚, 高产高效综合机械化采煤技术与装备. 北京: 煤炭工业出版社,1997：98-126

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