煤礦綜采工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20936煤礦綜采工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1195691.1采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 1231921.1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 117721.2供電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算 4189521.2.1供電電壓 47971.2.1負(fù)荷計(jì)算 61411.3供電網(wǎng)絡(luò)計(jì)算 645771.4短路電流計(jì)算及過電流保護(hù)裝置的整定 1087241.4.1綜采工作面移動(dòng)變電站高壓進(jìn)線端短路電流計(jì)算 10318421.4.2綜采工作面漏電保護(hù) 121.1采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1.1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容一、設(shè)計(jì)依據(jù)（1）綜采工作面巷道布置、巷道尺寸及支護(hù)方式；綜采工作面地質(zhì)、通風(fēng)、排水、運(yùn)輸情況；綜采工作面的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)；綜采工作面的作業(yè)制度；綜采工作面機(jī)械設(shè)備性能、數(shù)據(jù)及布置，如圖1.1。圖1.1綜采工作面供電系統(tǒng)圖（2）設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)所設(shè)計(jì)綜采工作面設(shè)備選型情況，確定采區(qū)工作面配電的方式；選定移動(dòng)變電站與各配電點(diǎn)位置；確定變壓器容量、型號(hào)、臺(tái)數(shù)；擬定綜采工作面供電系統(tǒng)圖；確定電纜型號(hào)、長度和截面；選擇高低壓開關(guān)；做繼電保護(hù)的整定計(jì)算；繪制綜采工作面供電系統(tǒng)圖；造綜采工作面供電設(shè)備表。二、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《煤礦井下供電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》；設(shè)備應(yīng)選用定型產(chǎn)品并盡量選用新產(chǎn)品和國產(chǎn)設(shè)備；設(shè)計(jì)要保證技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。三、供電設(shè)計(jì)有關(guān)規(guī)定（一）《煤礦安全規(guī)程》中的規(guī)定，嚴(yán)禁井下配電變壓器中性點(diǎn)直接接地。井下電氣設(shè)備的選用，應(yīng)符合表1.1要求。表1.1井下電氣設(shè)備的選用使用場(chǎng)所類別煤（巖）與瓦斯突出礦井和瓦斯噴出區(qū)域瓦斯礦井采區(qū)進(jìn)風(fēng)道采區(qū)回風(fēng)、工作面和工作面進(jìn)、回風(fēng)道高低壓電機(jī)和電氣設(shè)備礦用防爆型（礦用增安型除外）礦用防爆型礦用防爆型（礦用增安型除外）照明燈具礦用防爆型（礦用增安型除外）礦用防爆型礦用防爆型（礦用增安型除外）通信、自動(dòng)化裝置和儀表、儀器礦用防爆型（礦用增安型除外）礦用防爆型礦用防爆型（礦用增安型除外）井下各級(jí)配電電壓和各種電氣設(shè)備的額定電壓等級(jí)，應(yīng)符合下列要求：（1）高壓，不應(yīng)超過10000V；（2）低壓，不應(yīng)超過1140V；（3）照明、手持電氣設(shè)備的額定電壓和電話和信號(hào)裝置的額定供電電壓，都不應(yīng)超過127V；（4）遠(yuǎn)距離控制線路的額定電壓，不應(yīng)超過36V。四、工作面設(shè)備電力負(fù)荷的計(jì)算工作面的電力負(fù)荷，可按下式（5-1）計(jì)算：（5-1）式中S--工作面電力負(fù)荷視在功率，KVA；--工作面用電設(shè)備額定功率之和，kw；--工作面電力負(fù)荷的平均功率因數(shù)，可取0.7；--需用系數(shù)，可按下式汁算：（5—2）Pd——最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率，kW。五、井下供電系統(tǒng)圖例符號(hào)井下供電系統(tǒng)圖例符號(hào)如圖1.2所示。圖1.2井下供電系統(tǒng)圖例1.2供電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算1.2.1供電電壓井下采區(qū)變電所的電源，可以由井下主變電所或從地面變電所經(jīng)風(fēng)井（或鉆孔）供電，一般不設(shè)備用電源，送至采區(qū)變電所的電源電壓為6kV。井下綜采工作面配電點(diǎn)的電源來自采區(qū)變電所，綜采工作面的供電電壓可以根據(jù)其日產(chǎn)量、單機(jī)或雙機(jī)最大容量與總?cè)萘?，參照?.3來選定低壓配電電壓等級(jí)。表5-3采區(qū)低壓配電電壓等級(jí)及合理使用范圍電壓等級(jí)（V）適用于采煤方式采區(qū)總?cè)萘浚↘W）單機(jī)最大容量（KW）雙機(jī)最大容量（KW）產(chǎn)量（t/d）660薄煤層和部分中厚煤層綜采500～1000150～1702×150～2×170500～10001140綜采1000～1500以上300～4002×375～3×4001000～30003300一次采全高厚煤層綜采30001000以上3×4005000～10000煤電鉆與照明電壓一律采用127v。綜采工作面供電系統(tǒng)如圖1.3所示圖1.3綜采工作面供電系統(tǒng)1－PBL型高壓配電箱；2－KSGZY型移動(dòng)變電站；3－DWKB型饋電開關(guān)；4－QCKB型磁力起動(dòng)器；5－用電設(shè)備電動(dòng)機(jī)；6－QS手動(dòng)起動(dòng)器；7－照明、電鉆變壓器這種方案可使運(yùn)輸巷道斷面縮小，支護(hù)成本低。適合于雙巷掘進(jìn)的開拓系統(tǒng)，其設(shè)備布置如圖1.4所示。定點(diǎn)布置法將供電、供液設(shè)備安裝在離工作面較遠(yuǎn)的短石門里或硐室里，不隨工作而推進(jìn)而多次移動(dòng)。圖1.4綜采工作面設(shè)備布置1－輸送機(jī)；2－采煤機(jī)；3－破碎機(jī)；4－轉(zhuǎn)載機(jī)；5－帶式輸送機(jī)；6－液壓支架；7－軌道；8－乳化液泵站；9－配電開關(guān)鈕；10－移動(dòng)變電站1.2.1負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷計(jì)算變壓器需用容量計(jì)算值為（5-3）綜采工作面用電設(shè)備的需用系數(shù)按下式計(jì)算（5-4）其中—最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率，KW。表5-4綜采工作面負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表格式設(shè)備名稱電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率（KW）額定電壓（V）額定電流（A）額定功率因數(shù)起動(dòng)功率因數(shù)堵轉(zhuǎn)電流額定電流…………總功率ΣPe（KW）平均功率因數(shù)六、移動(dòng)變電站臺(tái)數(shù)的確定移動(dòng)變電站或干式變壓器總的額定容量為，要求（5-5）（5-6）需選用變壓器臺(tái)數(shù)N可按下式計(jì)算，式中-所選變壓器的額定容量，KVA。1.3供電網(wǎng)絡(luò)計(jì)算1.3.1高壓網(wǎng)絡(luò)計(jì)算向綜采工作面供電的高壓6kv電源線路的電纜截面應(yīng)和其它高壓線路一樣按經(jīng)濟(jì)電流密度初選，按長時(shí)允許的負(fù)荷電流校驗(yàn)．按允許電壓損失校驗(yàn)，按線路電源端產(chǎn)生最大穩(wěn)定短路電流校驗(yàn)熱穩(wěn)定。由于現(xiàn)有綜采工作面都普遍采用UYPJ—3.6/6—3×35+3×16/3+3×2.5牌號(hào)的高壓電纜，這里以此電纜反算出相關(guān)數(shù)據(jù)，供選擇設(shè)計(jì)參考。（1）按經(jīng)濟(jì)電流密度反算可以供電的容量電纜可供最大負(fù)荷電流為：其中—電纜主芯截面，mm2；—經(jīng)濟(jì)電流密度，A/mm2，參見表5—5；35—UYPJ—3.6/6—3×35+16/3+3×2.5牌號(hào)電纜主芯的截面，mm2。表5-5電力電纜經(jīng)濟(jì)電流密度年最大負(fù)荷利用小時(shí)（h）經(jīng)濟(jì)電流密度（A/mm2）銅芯電纜1000～30002.53000～50002.255000以上2.00注：一班制作業(yè)，年最大負(fù)荷利用小時(shí)為1000～3000h；兩班制作業(yè)，年最大負(fù)荷利用小時(shí)為3000～5000h；三班制作業(yè)，年最大負(fù)荷利用小時(shí)為5000h以上。可供最大容量為：現(xiàn)有綜采工作面的用電設(shè)備總需用容量一般都超過818KVA，從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看，宜制造更粗的高壓監(jiān)控型雙屏蔽電纜，或者選用2條高壓電纜向綜采工作面供電。（2）按長時(shí)允許負(fù)荷電流反算可以供電的容量可以供電容量為：式中-各種礦用橡套電纜長時(shí)允許負(fù)荷電流，A，參見表1.6和表1.6a；-線路的額定電壓，KVA。表1.6各種礦用橡套電纜長時(shí)允許負(fù)荷電流銅芯主芯截面（mm2）46101625355070長時(shí)允許負(fù)荷電流（A）36466485113138173215注：（1）當(dāng)環(huán)境溫度不等于25℃時(shí)，必須進(jìn)行校正；電纜芯線最高允許工作溫升是65℃。環(huán)境溫度℃1520253035校正系數(shù)1.121.061.000.940.89表1.6a不同環(huán)境溫度時(shí)，橡套電纜的長時(shí)允許負(fù)荷電流應(yīng)乘的校正系數(shù)若綜采工作面設(shè)備總的需用容量超過1434KVA時(shí)，仍用1條牌號(hào)UYPJ—3.6/6—3×35+16/3+3×2.5的電纜供電，供電安全就不能保證。長時(shí)負(fù)荷電流計(jì)算值為：（5-7）式中——需用系數(shù)；——綜采工作面各用電沒備額定容量的總和，KW；——額定電壓，V；——加權(quán)平均效率；——加權(quán)平均功率因數(shù)，取0.7;（3）按允許電壓損失校驗(yàn)10KV及以下高壓線路中的電壓損失按《全國供用電規(guī)則》，在正常負(fù)荷下的電壓偏移不得超過±7﹪，具體可以用下式從地面主變電所逐段電纜算到井下高壓最遠(yuǎn)點(diǎn)，即移動(dòng)變電站的進(jìn)線端為止。要求：（5-8）—高壓電纜線路中的電壓損失百分?jǐn)?shù)；—兆瓦公里負(fù)荷矩電纜中電壓損失百分?jǐn)?shù)。參見表5-7～5-9；—各串級(jí)連接的電纜段的長度，Km；—允許電壓損失百分?jǐn)?shù)。由于沒有6KV礦用銅芯橡套電纜的千瓦公里負(fù)荷矩的電壓損失百分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)，可以參考表5-7估計(jì)。表5-7660V銅芯橡套軟電纜的千瓦公里負(fù)荷矩的電壓損失（%）截面（mm2）461016253550700.60.650.70.750.80.850.9R0（Ω/km）X0（Ω/km）1.2951.291.2861.2831.281.2771.2741.50.1010.8760.8730.8690.8660.8630.8610.8583.690.0950.5240.5210.5170.5140.5120.5090.5062.160.0920.3420.3380.3360.3330.330.3270.3251.370.090.2250.2220.2190.2160.2140.2110.2080.8640.0880.1670.1640.1610.1580.1560.1530.1510.6160.0840.1280.1250.1220.1190.1170.1140.1120.4480.0810.0960.0930.090.0880.0860.0830.0810.3150.078注：電纜芯線溫度為65℃。（4）熱穩(wěn)定校驗(yàn)假定井下中央變電所6KV母線上的最大短路容量正好被限制在50MVA，其最大三相穩(wěn)態(tài)短路電流為：當(dāng)綜采工作面離井下中央變電所較近時(shí)，可忽略這段電纜的阻抗，按下式求得中央變電所到綜采工作面移動(dòng)變電站間高壓電纜的截面，即：式中--短路電流的假想時(shí)間，即熱等效時(shí)間，考慮井下的高壓過電流保護(hù)為連續(xù)動(dòng)作，取假想時(shí)間為0.25s；C——電纜的熱穩(wěn)定系數(shù)，銅芯橡套電纜C=93.4。所需最小截面Amax＝25．7mm2＜35mm2．所以UYPJ—3.6/6—3×35+16/3+3×2.5牌號(hào)電纜能滿足綜采工作面高壓供電熱穩(wěn)定要求。如果井下的短路容量太大、超過87MVA時(shí)，就必需采用2條35mm2截面的6kv高壓電纜向綜采工作面供電。電纜截面小于50mm2時(shí)，可以忽略電抗上的電壓損失。 1.4短路電流計(jì)算及過電流保護(hù)裝置的整定1.4.1綜采工作面移動(dòng)變電站高壓進(jìn)線端短路電流計(jì)算（1）平均電壓；＝6.3kV。（2）斷路器分?jǐn)嗄芰Α銥?0MVA，真空斷路器分?jǐn)嗄芰?00MVA。電網(wǎng)的短路容量超過斷路器的分?jǐn)嗄芰r(shí)，必須加以限制。（3）短路點(diǎn)的選定綜采工作面供電設(shè)計(jì)、一般選定移動(dòng)變電站高壓進(jìn)線端作為短路點(diǎn)，計(jì)算高壓短路電流。（4）電源系統(tǒng)電抗為（5-9）式中—電源系統(tǒng)電抗，Ω；—平均電壓（6KV系統(tǒng)的），V；—井下中央變電所的短路容量，MVA；如果沒有原始資料，可先估計(jì)，或者井下選用高壓開關(guān)的額定分?jǐn)嗳萘恐?。?）6kv電纜線路阻抗6kV電纜線路電抗為（5-10）式中—電纜線路每公里的電抗，一般6000KV電纜線路；—自井下中央變電所至綜采工作面移動(dòng)變電站流過高壓短路電流的沿途各串聯(lián)電纜第i段長度，km。2．6KV電纜線路電阻為（5-11）式中——第i段電纜長度，m；——第i段電纜的截面，；——導(dǎo)電系數(shù)，銅芯電纜的（6）短路回路中的總阻抗（5-12）（7）三相短路電流為（5-13）兩相短路電流為（5-14）短路容量為（5-15）1.4.2綜采工作面漏電保護(hù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，礦井地面變電所和井下中央變電所的高壓饋電線上，應(yīng)裝設(shè)有選擇性的單相接地保護(hù)裝置，供移動(dòng)變電站的高壓饋電線上，必須裝設(shè)有選擇性的動(dòng)作于跳閘的單相接地保護(hù)裝置。井下低壓饋