21综采工作面供电设计.docx
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21综采工作面供电设计
目录
1.21122工作面概况………………………………………………………………3
2.供电系统拟定……………………………………………………………………3
3.工作面移动变电站位置的确定…………………………………………………3
4.供电系统负荷统计与变压器的选择……………………………………………3
5.电缆截面及型号的选择…………………………………………………………3
6.电气设备的选择…………………………………………………………………5
7.短路电流的计算…………………………………………………………………7
8.保护装置的整定计算……………………………………………………………11
9.井下保护接地系统………………………………………………………………14
10.小结………………………………………………………………………………15
21122综采工作面供电设计
已知：
21122综采工作面长133.5米，坡度26度。
1、设计条件如下：
采煤机MXG-300/700DA一部，额定功率700KW
转载机SZZ-764/160一部，额定功率160KW
工作面刮板运输机SGZ-764/500一部，额定功率130KW
运输皮带SPJ-1000二部，额定功率2×75KW
刮板机SGW-40T一部，额定功率2×55KW
刮板机SGZ-630/264一台，额定功率2×132KW
乳化泵DRB200/31.5A二台，额定功率125KW
水泵IS-100-65-200三台，额定功率22KW
绞车JHC-140三台，额定功率2×55KW
绞车JM-28一台，额定功率45KW
2、设计要求
（1）、供电系统的拟定
（2）、负荷统计与变压器选择
（3）、电缆的选择
（4）、电气设备的选择
（5）、保护装置的整定计算
（6）、井下保护接地系统
（7）、供电系统图（1#图纸一张）；巷道设备布置图（1#图纸一张）
一、21122工作面概况：
21122综采工作面是21采区12#煤层开采的第一个工作面，工作面走向长度650米，倾斜长度138米，煤层平均厚度6.0米，采用综合机械化分层开采，第一层开采厚度3米，采面于2005年7月底构成系统。
二、供电系统的拟定
根据采区供电系统的拟定原则应符合安全、可靠、经济、操作方便、系统简单等的要求，具体见附图1。
三、工作面移动变电站位置的确定
移动变电站的开关均装在21122运巷内的移动列车上，可以随工作面的推进，每隔50～300m，在轨道上移动一次。
四、供电系统负荷统计与变压器的选择
1、负荷统计如下：
乳化泵二台：
功率P＝2×125KW；采煤机一部：
功率P＝700KW；转载机一部：
功率P＝160KW；采面溜子一部：
功率P＝130KW；
2、1#移动变电站（以下简称移变）向转载机、工作面刮板运输机、乳化泵供电，其需用容量计算值为：
Sb1＝
＝
＝373.5kVA
式中Kx——需用系数，即：
Kx＝0.4+0.6×
＝0.4+0.6×
＝0.63
COSΦpj——加权平均功率因数，取COSΦpj＝0.70
选用1台KBSGZY-500/1140型移变，其额定容量为500kVA＞Sb1＝373.5kVA，满足供电要求。
3、2#移变向采煤机、乳化泵供电，其需用容量计算值为：
Sb1＝
＝
＝748.8kVA
式中Kx——需用系数，即：
Kx＝0.4+0.6×
＝0.4+0.6×
＝0.68
COSΦpj——加权平均功率因数，取COSΦpj＝0.75
选用1台KBSGZY-1000/1140型移变，其额定容量为1000kVA＞Sb1＝748.8kVA，满足供电要求。
4、考虑到互换性，选择1#、2#移变均采用KBSGZY-1000/1140型移动变电站。
五、电缆截面及型号的选择
1.1#、2#移变的高压电缆选择：
移变的电源从212变电所取自，由212变电所至21122综采面运巷移变点的高压电缆，选用MYPTJ-3.6/6型矿用移动屏蔽监视型橡套软电缆，敷设长度820米。
1）按经济电流密度选择电缆截面：
根据21122综采工作面作业规程，电缆年利用小时数为5000小时以上，采用铜芯电缆，查表取Ied＝2.00A/mm2。
高压电缆正常工作时的最大长时工作电流为：
Imn＝（ST1+ST2）/
UN＝（730+661）/（1.732×6）
＝133.85A
高压电缆的经济截面为
Ae＝Imn/Ied＝133.85/2.0＝66.9mm2。
初步选取MYPTJ-3.6/6-3×50mm2的矿用移动屏蔽监视型橡套软电缆为两台移动变电站供电。
2）按长时允许电流校验
查表可知50mm2的矿用移动屏蔽监视型橡套铜芯软电缆的长时允许电缆为170A。
由于井下的环境温度基本为25℃，导线最高允许温度为65℃，温度校正系数为1.0，所以选用的电缆的长时允许工作电流170A＞电缆正常工作时的最大长时工作电流133.85A，满足要求。
2.低压电缆选择
MXG-300/700DA型采煤机供电分为两部分，上截割电机加变频调速牵引电机，额定功率为300KW+2×40KW＝380KW，下截割电机加调高泵电机，额定功率为300KW+7.5KW＝307.5KW，供电电压1140V，选用两条型号为MCP-0.66/1.14型矿用移动屏蔽橡套软电缆分别供电，敷设长度250米。
SGZ-764/500型采面刮板输送机的供电分为机头电机和机尾电机，均采用慢速125KW电机起动，快速250KW电机运转。
供电电压1140V，选用四条型号为MCP-0.66/1.14型矿用移动屏蔽橡套软电缆分别供电，机头电机电缆敷设长度100米，机尾电机的敷设长度为250米；为了在运行过程中电缆受伤时方便互换，电缆的截面选用同一截面。
SZZ-764/160型转载机的额定功率为160KW，供电电压1140V，选用MYP-0.66/1.14型矿用移动屏蔽橡套软电缆供电，敷设长度为100米。
DRB-200/31.5型乳化液泵的额定功率为125KW，供电电压1140V，选用MYP-0.66/1.14型矿用移动屏蔽橡套软电缆供电，敷设长度为30米。
运巷和风巷其它电气设备选用MY-0.38/0.66型矿用橡套阻燃电缆供电，供电电压660V，敷设长度见供电系统图。
煤电钻电缆选用MZP-0.3/0.5型矿用屏蔽专用电钻电缆供电，供电电压127V，敷设长度100米。
照明电缆选用MYQ型矿用阻燃电缆，供电电压127V，敷设长度150米。
1）采煤机电缆截面选择
a）按长时允许电流选择电缆截面
采煤机最大供电回路的工作电流
Ica＝Kde·ΣPN/
UNcosφwm＝0.62×380/1.732×1.14×0.7＝170A
选用70mm2的电缆，其长时允许工作电流Ip＝215A＞Ica＝170A。
b）按机械强度校验
查表可知，满足采煤机等移动设备机械强度的电缆最小截面为35mm2小于选用的70mm2，所以所选电缆的机械强度满足要求。
c）按允许电压损失校验
线路的电压损失为
ΔUW＝
Icar0Lcosφwm
＝1.732×170×0.315×0.25×0.7＝16.23V
移动变电站的电压损失为
ΔUT%＝ST（Ur%cosφT+Ux%sinφT）/SN
＝825（0.7×0.7+6.46×0.71）/1000＝4.18
ΔUT＝
＝（4.18/100）×1200＝50.16V
Ur%＝
＝0.7
Ux%＝
＝
＝6.46
低压电网的总电压损失为
ΔU＝ΔUW+ΔUT＝16.23+50.16＝66.39V
1140V电网允许电压损失为117V，其值大于66.39V，电缆截面满足电压损失的要求。
2）其它电缆的截面和长度选择见供电系统图。
六、电气设备的选择
1.电气设备的选型原则：
1）其额定电压与所在线路上额定电压一致；
2）设备的额定电流或者长时允许负荷电流应等于或略大于工作中通过的长时负荷电流。
3）开关电器的分断能力应等于或大于所通过的最大三相短路电流。
4）断路控制必须选用隔爆型自动馈电开关。
5）在有远距离控制和保护要求时，应选用隔爆型磁力起动器，并可根据负荷的额定电压、额定电流以及过电流保护需要继电器整定的电流值进行选型。
21122综采工作面所采的12#煤层为高瓦斯突出煤层，根据《煤矿安全规程》第444条的规定，所选的电气设备均为矿用防爆型电气设备。
2.移动移变站低压总馈电开关的选择
根据变压器的容量计算选择，21122综采工作面移动变电站的1#、2#移动变电站均为KBSGZY-1000/6型矿用隔爆型移动变电站，二次侧额定电压为1200V时额定电流为481.1A，选用KBZ-630/1140矿用隔爆型真空馈电开关为移动变电站的低压总开关，技术数据如下：
额定工作电压：
1140V、660V
额定工作电流：
630A
最大分断能力：
1140V，12.5KA
660V、15KA
根据上述技术数据，KBZ-630/1140矿用隔爆型真空馈电开关的额定电压UN＝UN.W＝1140V，额定电流IN＝630A大于该线路上的最大长时工作电流Ica＝481.1A，所选开关满足额定值要求。
1）KBZ-630矿用隔爆型真空馈电开关断流能力的校验
KBZ-630/1140矿用隔爆型真空馈电开关的最大分断电流Ibr＝12500A大于移动变电站的二次侧短路电流Id＝6210A，所以所选的开关能可靠地切除短路故障。
2）KBZ-630馈电开关的短路稳定性校验
Its2t＝12.52×2＝312.5＞Iss2ti＝7.142×0.2＝10.2
满足要求。
式中：
Its—设备的热稳定电流，12.5kA；
t—与Its相对应的热稳定时间，取2s；
Iss—三相短路电流稳态值，Iss＝1.15Id＝7.14kA；
ti—短路电流的假想作用时间，取0.2s。
3.控制采煤机、采面溜子开关的选择
MXG-300/700DA型采煤机的供电包括两部分，一路为左截割电机加调高油泵电机，额定功率307.5KW，额定电压1140V，电流215A；另一路为右截割电机加牵引电机，额定功率380KW，额定电压1140V，电流266A。
选用QJZ-4×315矿用隔爆兼本质安全型真空组合开关为采煤机的控制开关，一、二回路工作，三、四回路备用。
SGZ-764/500型刮板运输机为双速电机，机头、机尾电机为125KW起动，250KW运转，额定电压1140V，额定电流87.5A/175A，选用QJZ-4×315矿用隔爆兼本质安全型真空组合开关为采面溜子的控制开关，一、三回路起动后自动切换到二、四回路运转。
技术数据如下：
额定电压：
1140V、660V
额定电流：
4×315A
频率：
50Hz
控制电动机的功率范围：
60KW-472KW（1140V）
35KW-272KW（660V）
极限分断能力：
4500A3次
隔离换向开关分断能力：
1200A
4.其它设备的控制开关选型如下表：
序
号
设备名称
型号
额定功率（KW）
电流（A）
控制开关号
开关容量（A）
台数
1
乳化液泵
DRB-200/31.5
125
87.5
BQD7-315/1140
315
2
2
转载机
SZZ-764/160
160
112
BQD7-315/1140
315
1
3
回柱绞车
JHC-140
15
17
BQD5-80N
80
3
4
无极绳绞车
SQ-1200
75
86
BQD5-125N
120
1
5
水泵
IS100-65-200
22
25
QBZ-60
60
3
6
皮带运输机
SPJ-1000/75
75
86
QBZ-200
200
2
七、短路电流计算
因计算各开关整定保护需要，21122综采工作面只计算低压回路的两相短路电流，高压电缆短路电流不作计算。
低压回路的短路电流计算方法按《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》进行。
公式如下：
Id
（2）＝
ΣR＝R1/Kb2+Rb+R2
ΣX＝Xx+X1/Kb2+Xb+X2
式中：
Id1
（2）—两相短路电流，A；
ΣR、ΣX—短路回路内一相电阻、电抗值的总和，Ω；
R1、X1—高压电缆的电阻、电抗值，电缆截面为50mm2时电阻为0.412Ω/km，电抗为0.075Ω/km；
Kb—变压器的变压比一次电压为6000V，二次电压为1200V时，变比为5；
Rb、Xb—变压器的电阻、电抗值，当变压器为KBSGZY-1000/6型时，Rb＝0.0101Ω，Xb＝0.0931Ω；
R2、X2—低压电缆的电阻、电抗值，电缆截面为70mm2时的电阻为0.315Ω/km，电抗为0.078Ω/km；
UN—变压器二次侧的额定电压，对于1140V网络时按1200V计算。
两相短路电流还可以利用计算图（表）查出，此时可根据变压器的容量、短路点至变压器的电缆换算长度及系统电抗、高压电缆的折算长度，从表中查出短路电流值。
电缆的换算长度可根据电缆的截面、实际长度用如下公式计算得出。
LH＝K1L1+K2L2+…+KnLn+Lx+KgLg
式中：
LH—电缆总的换算长度，m；
K1、K2…Kn—换算系数，各种电缆的换算系数如下表；
电缆截面（mm2）
4
6
10
16
25
35
50
70
95
换算系数
11.97
8.11
4.75
3.01
1.91
1.37
1
0.73
0.53
L1、L2…Ln—各段电缆的实际长度，m；
Lx—系统电抗的换算长度，如下表，m；
SK（MVA）
额定电压（V）
10
15
20
25
30
40
50
100
400
35.1
23.4
17.6
14.1
11.7
8.8
7.0
3.51
690
104.6
69.7
52.3
41.8
34.9
26.1
20.9
10.46
1200
316.3
210.9
158.2
126.5
105.4
79.1
63.3
31.63
Kg—6kV电缆折算至低压侧换算系数，如下表；
电缆截面（mm2）
铜芯
铝芯
400V
690V
1200V
400V
690V
1200V
10
0.019
0.058
0.171
0.032
0.097
0.286
16
0.012
0.036
0.108
0.020
0.061
0.183
25
0.008
0.023
0.072
0.013
0.039
0.115
35
0.006
0.017
0.054
0.009
0.028
0.084
50
0.004
0.012
0.036
0.006
0.020
0.051
70
0.003
0.008
0.027
0.005
0.014
0.045
95
0.002
0.006
0.018
0.004
0.011
0.036
Lg—6kV电缆的实际长度，m。
21122综采工作面短路电流计算图如供电系统图所示。
本设计中1140V供电系统的两相短路电流用公式计算，660V供电系统的两相短路电流根据电缆换算长度利用查表得出（21采区1#中石门移变的系统短路容量按40MVA计算，212变电所的短路容量按50MVA计算）。
1、21122采面设备列车1#乳化液泵d6点的两相短路电流计算
1#变压器的二次电压为1200V，容量为1000KVA，系统电抗Xx＝0.0288Ω，6KV电缆的长度为Lg＝0.82Km，电阻R0＝0.412Ω/Km，电抗X0＝0.075Ω/Km，6KV高压电缆的电阻、电抗为：
R1＝0.82×0.412＝0.33784Ω
X1＝0.82×0.075＝0.0615Ω
1#变压器的电阻、电抗为
Rb1＝0.0101ΩXb1＝0.0931Ω
1#乳化液泵的低压电缆为MYP-3×50+1×16型矿用移动屏蔽橡套软电缆，电阻为0.448Ω/Km，电抗为0.081Ω/Km，长度为30m。
ΣR6＝R1/Kb2+Rb1+R6
＝0.33784/52+0.0101+0.03×0.448＝0.0370536Ω
ΣX6＝Xx+X1/Kb2+Xb1+X6
＝0.0288+0.0615/52+0.0931+0.03×0.081＝0.12679Ω
Id6
（2）＝
＝1200/（2
）
＝4542.24A
2、21122采面采煤机d7点的短路电流计算
采煤机的电缆型号为MCP-3×70+1×16+4×4型矿用移动屏蔽橡套软电缆，长度为0.25Km，电阻为0.315Ω/Km，电抗为0.078Ω/Km。
ΣR7＝R1/Kb2+Rb1+R7
＝0.33784/52+0.0101+0.25×0.315＝0.1023636Ω
ΣX7＝Xx+X1/Kb2+Xb1+X7
＝0.0288+0.0615/52+0.0931+0.25×0.078＝0.14386Ω
Id7
（2）＝
＝1200/（2
）
＝3398.25A
3、21122采面溜子机尾电机d8点的短路电流计算
2#变压器的二次电压为1200V，容量为1000KVA，系统电抗Xx＝0.0288Ω，6KV电缆的长度为Lg＝0.82Km，电阻R0＝0.412Ω/Km，电抗X0＝0.075Ω/Km，6KV高压电缆的电阻、电抗为
R2＝0.82×0.412＝0.33784Ω
X2＝0.82×0.075＝0.0615Ω
1#变压器的电阻、电抗为
Rb2＝0.0101ΩXb2＝0.0931Ω
21122采面机尾电机的低压电缆为MCP-3×70+1×16+4×4型矿用移动屏蔽橡套软电缆，长度为0.25Km，电阻为0.315Ω/Km，电抗为0.078Ω/Km。
ΣR8＝R2/Kb2+Rb2+R8
＝0.33784/52+0.0101+0.25×0.315＝0.1023636Ω
ΣX8＝Xx+X2/Kb2+Xb2+X8
＝0.0288+0.0615/52+0.0931+0.25×0.078＝0.14386Ω
Id8
（2）＝
＝1200/（2
）
＝3398.25A
4、21122采面溜子机头电机d9点的短路电流计算
21122采面机头电机的低压电缆为MCP-3×70+1×16+4×4型矿用移动屏蔽橡套软电缆，长度为0.1Km，电阻为0.315Ω/Km，电抗为0.078Ω/Km。
ΣR9＝R2/Kb2+Rb2+R9
＝0.33784/52+0.0101+0.1×0.315＝0.0551136Ω
ΣX9＝Xx+X2/Kb2+Xb2+X9
＝0.0288+0.0615/52+0.0931+0.1×0.078＝0.13216Ω
Id9
（2）＝
＝1200/（2
）
＝4190.19A
5、21122采面转载机d10点的短路电流计算
21122采面转载机的低压电缆为MYP-3×50+1×16型矿用移动屏蔽橡套软电缆，长度为0.1Km，电阻为0.448Ω/Km，电抗为0.081Ω/Km。
ΣR10＝R2/Kb2+Rb2+R10
＝0.33784/52+0.0101+0.1×0.448＝0.0684136Ω
ΣX10＝Xx+X2/Kb2+Xb2+X10
＝0.0288+0.0615/52+0.0931+0.1×0.081＝0.13246Ω
Id10
（2）＝
＝1200/（2
）
＝4024.57A
6、21122采面设备列车2#乳化液泵d11点的两相短路电流计算
2#乳化液泵的低压电缆为MYP-3×50+1×16型矿用移动屏蔽橡套软电缆，电阻为0.448Ω/Km，电抗为0.081Ω/Km，长度为30m。
ΣR11＝R2/Kb2+Rb2+R11
＝0.33784/52+0.0101+0.03×0.448＝0.0370536Ω
ΣX11＝Xx+X2/Kb2+Xb2+X11
＝0.0288+0.0615/52+0.0931+0.03×0.081＝0.12679Ω
Id11
（2）＝
＝1200/（2
）
＝4542.24A
7、21122下运移变点KBSGZY-1000/6型移动变电站二次侧发生短路时的短路电流计算
ΣR12＝ΣR13＝R1/Kb2+Rb1
＝0.33784/52+0.0101＝0.0236136Ω
ΣX12＝ΣX13＝Xx+X1/Kb2+Xb1
＝0.0288+0.0615/52+0.0931＝0.12436Ω
Id12
（2）＝Id13
（2）＝
＝1200/（2
）
＝4740A
660V供电系统各点的短路电流根据电缆的换算长度查表得出，如下表所示。
短路点名称
d1
d2
d3
d4
d5
电缆换算长度（m）
340
634
832
975
500
短路电流（A）
2015
1127
869
749
1420
八、保护装置的整定计算
1、移动变电站高压侧开关箱的整定
过载保护装置按保护变压器过载来整定，其动作电流为
Iop.o＝IIN.T＝
＝
＝96.2A
移动变电站高压开关箱采用BGP41-6型矿用隔爆型高压真空配电箱，额定电流为200A，其过载保护的整定范围为0.4～2.0倍额定电流，因此将过载保护调整在0.6倍额定电流的位置，此时过载保护的实际整定值为
Iop.o＝200×0.6＝120A
短路保护动作电流应躲过变压器的尖峰负荷电流，其动作电流应为
Iop＝
＝
＝357.48A
式中：
1.2—可靠系数，取1.2～1.4
KT—变压器变比，6/1.2＝5
Ist.N.m—变压器所带回路中最大电动机的额定启动电流，因无准确资料，取额定电流的6倍。
ΣIN.re—其它电动机的额定电流之和。
高压侧开关箱短路保护的整定范围为1～10倍额定电流，将短路保护调整在2倍额定电流的位置，此时短路保护的实际整定值为
Iop＝200×2＝400A
灵敏度为
Kr＝
＝
＝2.37＞1.5
满足要求。
2、移动变电站低压侧保护箱的整定
移动变电站低压侧保护箱采用BXB1-800/1140型隔爆低压保护箱，过载保护的动作电流调整范围为0.6～1倍额定的额定电流，过载保护的动作电流为
Iop.o＝1.1Ica＝1.1×
＝1.1×
＝352A
将过载保护的动作电流调整在最低档0.6倍额定电流，则过载保护的实际整定值为
Iop.o＝800×0.6＝480A
BXB-800/1140型隔爆低压保护箱的短路保护动作电流为
Iop≥Ist.N.m+
＝215×6+（87.5+112）＝1489.5A
保护箱的短路保护整定范围为500A、750A、1000A、1250A、1500A、1750A、2000A、2250A、2500A，因此取短路保护的实际整定电流为1500A。
灵敏度校验
Kr＝
＝
＝3.16＞1.5
满足要求。
3、低压总馈电开关的整定
1#、2#移动变电站
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