22101綜采工作面設(shè)備選型及供電設(shè)計(jì)
供電設(shè)計(jì)概述
一、工作面原始資料及設(shè)備選型：
1、22101工作面為緩傾斜煤層，煤層平均厚為5.7米，煤質(zhì)松軟，高瓦斯。工作面長度為120米，采區(qū)一翼的走向長為270米。
2、此工作面為綜采工作面，用后退式采煤方法?；夭捎每烧{(diào)高的MG160/380—WD型雙滾筒機(jī)電牽引采煤機(jī)，支架采用低位放頂煤型號為ZGT4400／17.5／27過渡架和ZFS3100／16／26中間架，工作循環(huán)為兩班生產(chǎn)，一班檢修。
3、工作面采用SGZ—630／220刮板運(yùn)輸機(jī)一部與采煤機(jī)配套，一部SGZ—630／150刮板運(yùn)輸機(jī)與放頂煤支架配套。進(jìn)風(fēng)順槽配有SZB—764／132型轉(zhuǎn)載機(jī)、PC—110破碎機(jī)、SSJ—1000／125型伸縮帶式運(yùn)輸機(jī)。一部JH2—14型回柱車用于拉轉(zhuǎn)載機(jī)和伸縮皮帶?；仫L(fēng)設(shè)有液壓泵站，配有JD—11.4、JD—25型調(diào)度絞車用于運(yùn)輸設(shè)備和材料，一部JH2—14型回柱車用于回收金屬棚腿。
二、工作面供電系統(tǒng)簡述及供電方式：
1、6KV高壓系統(tǒng)由高壓防爆配電箱、高壓雙屏蔽軟電纜、高壓電纜連接器和移動變電站等組成。
低壓1140V及660V由低壓饋電開關(guān)（設(shè)有漏電、過流、短路、過壓、欠壓保護(hù)裝置），經(jīng)過屏蔽電纜接至真空起動器，通過屏蔽電纜饋電給各用電設(shè)備。
2、井底中央配電室配出電壓6KV至采區(qū)液壓絞車房配電室，一回路高壓供電至移動變電站。（工作面負(fù)荷大，為了減少電壓損失，由移動變電站供電）。主要用電設(shè)備：機(jī)組、前工作溜、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)，采用1140V供電電壓。后工作溜、乳化泵、皮帶機(jī)、回柱車、調(diào)度絞車，采用660V供電電壓。煤電鉆和照明、信號采用127V供電。
3、移動變電站所帶負(fù)荷采用干線式和輻射式混合供電。
4、采用兩臺移動變電站，一臺為6000V／1140V（供采煤機(jī)組和前刮板運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)），一臺為6000V／660V（供其余負(fù)荷）。移動變電站在進(jìn)風(fēng)口布置，距進(jìn)風(fēng)口500米。

三、變壓器容量選擇
1、供采煤機(jī)、前刮板運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)（電壓為6000V／1140V）干變的確定：即用公式：
SBｊ＝KX∑P／COSΦ
需用系數(shù)按下式確定：
KX＝0.4＋0.6PS／∑PN=0.4+0.6×380／732=0.71
(供工作面電機(jī)臺數(shù)為兩臺時，也可以電動機(jī)額定電流及額定電流和計(jì)算，不考慮需用系數(shù))
SBｊ＝KX∑P／COSΦ=732×0.71÷0.7=742KVA
2、供其它負(fù)荷變壓器容量的確定：（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
根據(jù)變壓器的計(jì)算容量，按SBｅ≥SBｊ選擇變壓器。
電壓為6000V／1140V的移動變電站，計(jì)算容量為742KVA，選擇800KVA的干變。
電壓為6000V／660V的移動變電站，計(jì)算容量為344KVA，選擇500KVA的干變。
四、采區(qū)高壓電纜的選擇
1、高壓電纜確定遵循的原則：
⑴、供移動變電站的高壓電纜選用監(jiān)視型屏蔽橡膠電纜。
⑵、電纜的長度按LS=K·L計(jì)算：
L——巷道實(shí)際長度。
K——增長系數(shù)。 橡膠K=1.1 鎧裝K=1.05
2、高壓電纜截面的選擇：
⑴、供6000V／1140V干變高壓電纜的選擇：
①、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面：
根據(jù)公式：Sｊ=Iｎ／Jｎ（兩臺設(shè)備不考慮需用系數(shù)）
綜采工作面取：300×2×5小時=3000小時。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
選用50㎜2電纜一根。
②、按持續(xù)允許電流校驗(yàn)電纜截面：
KIP≥Iｇ KIP =173A≥Iｇ=100A K取1.0
③、按電壓損失校驗(yàn)截面：
液壓絞車房配電室至移動變電站：
根據(jù)公式△U1=K·P·L=1.882×0.732×0.22=0.275％
電纜長度L=200×1.1=220M=0.22KM
井底中央配電室至液壓絞車房配電室：
△U2=K·L·P=0.797×0.732×1.16=0.677％
地面配電室至井底中央配電室：
△U3= K·L·P=0.566×0.732×0.6=0.249％
移動變電站高壓回路的電壓降為：
△Uｙ=△U1+△U2+△U3=1.201％＜7％ 合格
⑵、供6000V／660V干變高壓電纜的選擇：
①、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面：
根據(jù)公式：Sｊ=Iｎ／Jｎ（兩臺設(shè)備不考慮需用系數(shù)）
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
選用35㎜2電纜一根。
②、按持續(xù)允許電流校驗(yàn)電纜截面：
KIP≥Iｇ KIP =135A≥Iｇ=33A K取1.0
③、按電壓損失校驗(yàn)截面：
液壓絞車房配電室至移動變電站：
根據(jù)公式△U1=K·P·L=1.882×0.415×0.22=0.171％
電纜長度L=200×1.1=220M=0.22KM
井底中央配電室至液壓絞車房配電室：
△U2=K·L·P=0.797×0.415×1.16=0.383％
地面配電室至井底中央配電室：
△U3= K·L·P=0.566×0.415×0.6=0.141％
移動變電站高壓回路的電壓降為：
△Uｙ=△U1+△U2+△U3=0.695％＜7％ 合格
按電纜短路時的熱穩(wěn)定條件校驗(yàn)電纜截面：
S ZX≥I（3）ｔ1／C
I（3）——最大三相短路電流。安
ｔ1—————短路電流的假想作用時間。秒
C————熱穩(wěn)定系數(shù)。
五、采區(qū)低壓電纜選型
1、低壓電纜確定遵循的原則：
⑴、鎧裝電纜按所經(jīng)路徑長度1.05計(jì)算。
⑵、橡套電纜按所經(jīng)路徑長度1.10計(jì)算。
⑶、半固定設(shè)備的電動機(jī)至就地控制開關(guān)的電纜長度一般取5—10米。
⑷、從起動器到電動機(jī)的電纜一律采用橡套電纜。1140V設(shè)備必須用帶有分相屏蔽的橡膠屏蔽電纜。
⑸、固定設(shè)備一般應(yīng)用鎧裝電纜，也可用橡套或銅芯塑料電纜。半固定設(shè)備一般應(yīng)用軟電纜。
⑹、采區(qū)低壓電纜嚴(yán)禁采用鋁芯電纜。
2、低壓電纜截面的選擇：
⑴、機(jī)組電纜截面的選擇（支線）：
Iｇ=Iｅ=0.67×380=255A
KIP≥Iｇ
機(jī)組電纜截面選用：MYP—1140—3×95㎜2，長期允許載流量為285A。
⑵、工作溜電纜截面的選擇（支線）：
Iｇ=Iｅ=0.67×110=74A
KIP≥Iｇ
工作溜電纜截面選用：MYP—1140—3×25㎜2，長期允許載流量為113A。
⑶、工作后溜和伸縮帶式運(yùn)輸機(jī)電纜截面選擇（支線）：
Iｇ=Iｅ=1.15×125=144A
KIP≥Iｇ
工作后溜和伸縮帶式運(yùn)輸機(jī)電纜截面選用：MYP—660—3×50㎜2，長期允許載流量為173A。
⑷、乳化泵電纜截面選擇(支線)：
Iｇ=Iｅ=1.15×125=144A
KIP≥Iｇ
乳化泵電纜截面選用：MYP—660—3×50㎜2，長期允許載流量為173A。
⑸、轉(zhuǎn)載機(jī)電纜截面選擇(支線)：
Iｇ=Iｅ=0.67×110=74A
KIP≥Iｇ
轉(zhuǎn)載機(jī)電纜截面選用：MYP—1140—3×25㎜2，長期允許載流量為113A。
⑹、破碎機(jī)電纜截面選擇(支線)：
Iｇ=Iｅ=0.67×132=89A
KIP≥Iｇ
破碎機(jī)電纜截面選用：MYP—1140—3×25㎜2，長期允許載流量為113A。
3、低壓電纜截面的選擇(干線：從6000V／1140V干變供進(jìn)風(fēng)饋出)
⑴、按持續(xù)允許電流選擇電纜截面;
KIP≥Iｇ= Iｅ
Iｇ= Iｅ
=0.71×380×103／√3×1140×0.7=195A
根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用：MYP—1140—3×95㎜2電纜，長期允許載流量為285A
KIP=285A≥Iｇ=195A （合格）
⑵、按電壓損失校驗(yàn)電纜截面：
△U=△UB+△U1+△U2
①、變壓器的△UB電壓損失：
△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、機(jī)組電纜(支線)的電壓損失：
電纜截面為95㎜2，COSΦ=0.85 得：K=0.041％(查綜采管理手冊)。
△U2=K·P·L=0.041×380×0.15=2.34％
③干線電纜的電壓損失(6000V／1140V干變供機(jī)組)：
電纜截面為95㎜2，COSΦ=0.7 得：K=0.024％(查綜采管理手冊)。
△U1=K·P·L=0.024×200×0.35=1.68％
△U為正常運(yùn)行時機(jī)組電動機(jī)允許的電壓降，一般為10％
△U1=(10％+4.5％)－3.095％－2.34％=9.065％
干線損失△U1=7.12％＜9.065％ （合格）
⑶、按起動條件校驗(yàn)截面電纜：（簡略）
4、低壓電纜截面的選擇(干線：從6000V／660V干變饋出供回風(fēng)電源)
⑴、按持續(xù)允許電流選擇電纜截面;
KIP≥Iｇ= Iｅ
Iｇ= Iｅ
=0.58×200×103／√3×660×0.7=145A
根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用：MYP—660—3×70㎜2電纜，長期允許載流量為215A
KIP=215A≥Iｇ=145A （合格）
⑵、按電壓損失校驗(yàn)電纜截面：
△U=△UB+△U1+△U2
①、變壓器△UB的電壓損失：
同前例：△UB=2.74％
②、伸縮皮帶電纜(支線)的電壓損失：
電纜截面為50㎜2，COSΦ=0.85 得：K=0.041％(查綜采管理手冊)。
△U2=K·P·L=0.041×125×0.04=0.205％
③干線電纜的電壓損失：
電纜截面為70㎜2，COSΦ=0.7 得：K=0.091％(查綜采管理手冊)。
△U1=K·P·L=0.091×200×0.5=9.1％
△U為正常運(yùn)行時機(jī)組電動機(jī)允許的電壓降，一般為10％
△U1=(10％+4.5％)－2.74％－2.205％=11.56％
干線損失△U1=9.1％＜11.56％ （合格）
5、低壓電纜截面的選擇(干線：從6000V／660V干變饋出供進(jìn)風(fēng)電源)
⑴、按持續(xù)允許電流選擇電纜截面;
KIP≥Iｇ= Iｅ
Iｇ= Iｅ
=0.58×215×103／√3×660×0.7=156A
根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用：MYP—660—3×70㎜2電纜，長期允許載流量為215A
KIP=215A≥Iｇ=156A （合格）
⑵、按電壓損失校驗(yàn)電纜截面：
計(jì)算同上：干線電壓損失△U1=10.58％＜11.56％ （合格）
六、短路電流計(jì)算
1、供電系統(tǒng)圖附后
2、二次電壓為1140V系統(tǒng)：
在考慮系統(tǒng)電抗和高壓電纜阻抗的條件下，進(jìn)行短路電流計(jì)算。
⑴、計(jì)算短路回路中每相的電阻和電抗值：
①、系統(tǒng)電抗值：
XS=U2／SK=1.142／200=0.007歐
②、高壓電纜的阻抗值:
R=R0L／K2=0.612×0.22×1.18／(6.3／1.14)2=0.005歐(換算至65℃)
X=X0L／K2=0.08×0.22／(6.3／1.14)2=0.0006歐
③、變壓器的電阻和電抗值：
RTr=ΔPUN2／SN2=3600×1.142／8002=0.015歐
XTr=10UXUN2／SNTr=10×3.9％×1.142／800=0.0007歐
④、低壓電纜每相的電阻和電抗值：
干線電纜：
R1=0.191×0.35×1.18=0.079歐
X1=0.0602×0.35=0.02歐
支線電纜
R2=0.38×0.15×1.18=0.067歐
X2=0.081×0.15=0.012歐
對于K1點(diǎn)：
ΣR=R+ RTr=0.015+0.005=0.02歐
ΣX=X+ XS+ XTr=0.0006+0.007+0.0007=0.008歐
對于K2點(diǎn)：
ΣR=R+ RTr+R1+R2=0.005+0.015+0.079+0.067=0.17歐
ΣX=X+ XS+ XTr+X1+X2=0.0006+0.007+0.0007+0.02+0.008=0.018歐
⑵、計(jì)算短路電流：
K1點(diǎn)：
①、兩相短路電流值：
IK(2)=U／2·√(ΣR)2+(ΣX)2=1140／2×√0.022+0.0082
=25909A
②、三相短路電流值：
IK(3)=1.15·IK(2)=29795A
K2點(diǎn)：
①、兩相短路電流值：
IK(2)=U／2·√(ΣR)2+(ΣX)2=1140／2×√0.172+0.0182
=11400A
②、三相短路電流值：
IK(3)=1.15·IK(2)=13110A
二次電壓為660V系統(tǒng)：
同1140V系統(tǒng)：
計(jì)算短路電流：
K1點(diǎn)：
①、兩相短路電流值：
IK(2)=U／2·√(ΣR)2+(ΣX)2=660／2×√0.022+0.0082
=15000A
②、三相短路電流值：
IK(3)=1.15·IK(2)=17250A
K2點(diǎn)：
①、兩相短路電流值：
IK(2)=U／2·√(ΣR)2+(ΣX)2=660／2×√0.172+0.0182
=6600A
②、三相短路電流值：
IK(3)=1.15·IK(2)=7590A
七、電氣設(shè)備選擇
1、高壓配電裝置電氣參數(shù)選擇：
⑴、按工作電壓選擇：
UZg≥UX
⑵、按工作電流選擇：
Iｅ≥Iｇ
⑶、按短路條件校驗(yàn)：
Sｄｅ≥S〃或Iｄｅ≥I〃
⑷、按動穩(wěn)定校驗(yàn)：
Igf≥ich 或 Igf≥Ich
根據(jù)以上參數(shù)，故選擇型號為BGP—6Z／300A的高爆開關(guān)一臺，控制6000V／1140V干變。另選取型號為BGP—6Z／200A的高爆開關(guān)一臺，控制6000V／660V干變。
2、變壓器的選擇：
由于工作面設(shè)備功率大，再考慮到電纜的允許載流量，電源線路的電壓降。一路電源不能承載全部負(fù)荷，故選擇三路電源，兩臺變壓器。一臺輸出1140V電源，供機(jī)組、工作溜、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)。一臺輸出660V電源分兩路，一路供進(jìn)風(fēng)，一路供回風(fēng)。
變壓器容量、型號選擇：KSGBY—800／6和KSGBY—500／6各一臺。
3、低壓電氣設(shè)備選擇：
低壓電氣設(shè)備選擇，同高壓配電裝置相同。低壓開關(guān)按極限分?jǐn)嚯娏鬟x擇合格后，一般不在校驗(yàn)動、熱穩(wěn)定。
總開關(guān)選用：KBZ—400／1140 KBZ—400／660
真空起動器選用：QBZ型、QJZ型，根據(jù)電壓等級和負(fù)荷的最大負(fù)荷電流，分別選取開關(guān)容量。
要求所有開關(guān)都具備：過載、短路、漏電、過壓、失壓保護(hù)功能。
八、采區(qū)保護(hù)裝置的整定計(jì)算
1、高壓配電裝置的整定計(jì)算:(保護(hù)6000V／1140V干變)
⑴、過流整定：
IQ≥1.2～1.4(INSt+∑I)／KTr·Ki
=1.3×(1520+110+132+110)／(5.3×300／5)=5.9A
6000V／1140V休時，KTr=5.3
⑵靈敏度校驗(yàn)：
KS= IK(2)／KTr·Ki·IQ≥1.5
=25909／1876=13≥1.5 合格
2、低壓饋電開關(guān)的整定計(jì)算：(保護(hù)機(jī)組、工作溜)
⑴、過流整定：
Iq=IQ+∑IQ=1520+(132+132+110+110)=1872A
⑵、靈敏度校驗(yàn)：
KS=25909／1872=13.9≥1.5 合格
3、真空起動器的整定計(jì)算：
⑴、機(jī)組過流整定值：
Iq≥INSt
=380×0.67×6=1527A
靈敏度校驗(yàn)：
KS= IK(2)／Iq =11400／1527=7.4≥1.5 合格
⑵、工作溜過流整定值：
Iq≥INSt
=110×0.67×6=442A
靈敏度校驗(yàn)：
KS= IK(2)／Iq =11400／442=25≥1.5 合格
4、保護(hù)照明變壓器
IRe=1.2～1.4 Iｅ／Kb
5、保護(hù)電鉆變壓器
IRe=1.2～1.4 Kb／(IQe／(1.8～2.5)+∑Ie)
靈敏度校驗(yàn)：
Id(2)／IRe≥4～7 IR——所選熔體電流
同理，可計(jì)算另一臺高壓配電裝置、饋電開關(guān)、真空起動器、照明綜保、煤電鉆綜保等。
九、工作面保護(hù)接地系統(tǒng)
保護(hù)接地系統(tǒng)由主接地極、局部接地極、接地母線、輔助接地母線、接地導(dǎo)線等組成。
工作面接地裝置和井下水倉主接地裝置相連，構(gòu)成井下總接地網(wǎng)。
對接地裝置的要求：
局部接地極：鋼板0.6㎡，厚度大于3㎜。也可用直徑不小于35㎜、長度為1.5M的鋼管，管上鉆有20個直徑不小于5㎜的孔。
接地導(dǎo)線:面積25㎜2的銅線或50㎜2的扁鐵、鋼板。
從任一局部接地裝置處所測得的總接地網(wǎng)的接地電阻值，不得超過2歐姆。每一移動設(shè)備與總接地網(wǎng)的局部接地極之間的接地芯線電阻值，不得超過1歐姆。
局部接地極必須與輔助接地極之間距離大于5米。
十、工作面設(shè)備布置
1、移動變電站和設(shè)備列車上的機(jī)電設(shè)備突出部分同巷道支護(hù)間的距離不應(yīng)小于0.25米，同運(yùn)輸機(jī)的距離為0.7米(檢修方便)。
2、工作面容量較大的電動機(jī)應(yīng)靠近電源進(jìn)線。
3、移動變電站的位置，一般距工作面100米至300米。由于工作面條件限制，只能放在進(jìn)風(fēng)口。
十一、工作面供電系統(tǒng)圖、設(shè)備布置圖、接地系統(tǒng)圖附后