2204工作面安装供电系统设计.doc

新桥煤矿北二采区2204综采工作面 供电设计说明书 设 计 审 核 机电科长 机电矿长 总工程师 二〇一〇年二月十八日 2204工作面供电系统设计书 一、概况 2204综采工作面位于北二采区属二2煤层，煤层平均厚度3m， 1切眼长55m，2切眼长160m，走向长940m，煤层平均厚度3m, 煤岩类型以光亮型为主，采煤方法为走向长壁后退式一次采全高。 二、设备选型 （一）工作面设备选型 1、电牵引双滚筒采煤机 MG200/500-QWD 1部 2、刮板输送机 SGZ730/2200 1部 3、液压支架 ZY4000/17.5/38 106架 （二）运输巷设备选型 1、转载机 SZZ630/90 1部 2、破碎机 PLM500/90 1部 3、乳化液泵变频器 BZRK200/31.5 1套 4、乳化液泵站 BRW200/31.5 2套 5、喷雾泵站 BPW315/12.5 1套 6、可伸缩胶带输送机 DSJ1000/630/2160 1部 7、刮板机输送机 SGWB-620/40 3部 8、双速绞车 SDJ-28 4部 9、双速绞车 SDJ-14 7部 10、调度绞车 JD-1 3部 11、无极绳绞车 SQ-80/75WY 1部 （三）轨道顺槽及胶带顺槽排水系统选型 1、轨顺潜水泵 BQS75-20-7.5 2台 2、皮顺1泵坑 BQS60-50-22 2台 3、皮顺1泵坑 BQS100-35-18.5 2台 4、皮顺2泵坑 BQS100-30-22 2台 5、皮顺2泵坑 BQS65-15-18.5 1台 三、电压等级及供电系统设置 （一）2204工作面电源来自北二采区变电所，电压分别为6kV、660V。根据工作面主要设备的容量与布置情况，采用660V和1140V两种工作电压，其中切眼内设备的电压等级为1140V；顺槽胶带输送机、刮板输送机、绞车及水泵电压等级为660V；照明灯及信号、红灯的电压等级为127V。 （二）2204工作面设计两趟趟高压回路供电由北二采区变电所61103＃高压配电装置引一趟6kV高压，负担切眼设备；供电电源引自2204轨顺车场移变KBSGZY-500/6电源来自北二采区变电所61103＃高压配电装置，从移变总馈引出两趟MY-370125电缆，负担轨道顺槽绞车及排水负荷；由2203皮顺车场干变KBSG-630/6来自北二采区变电所61204＃高压配电装置，从KJZ-500总馈引出两趟MY-370125电缆，负担胶带顺槽胶带机、刮板机、绞车及排水负荷，上下两顺槽各引一趟电源作为水泵的相互备用电源。详见供电系统图。 （三）正常的瓦斯断电范围是2204工作面切眼及胶带顺槽所有非本安型电气设备，通过北二采区变电所内的61103＃和61204＃高压配电装置执行断电，实现瓦斯电闭锁。 四、移动变电站与配电点位置的确定 担负2204工作面切眼设备供电的1＃、2＃、3＃移动变电站及其开关装在轨道顺槽内移动设备列车上，可随工作面的推进，每隔50～100m在轨道上移动一次。详见设备布置示意图。 五、负荷统计及移动变电站的选择 1、2204工作面供电负荷统计明细表如下 移动变电站编号 设备名称 规格型号 电机台数 额定功率（kW） 额定电压（V） 额定电流/启动电流 合计 安装地点 1＃ 采煤机 MG200/500-QWD 1 500 1140 275/1485 504kW 工作面 工作面照明 ZXB-4/1140/127 1 4 1140 2＃ 刮板输送机 SGZ730/2200 2 2200 1140 130/780 400kW 3＃ 乳化液变频器 BZRK200/31.5 1 2125 1140 80/480 485kW 转载机 SZZ630/90 1 90 1140 58/348 破碎机 PLM500/90 1 90 1140 58/348 喷雾泵 BPW315/12.5 1 55 1140 40/240 放置在2203皮顺车场干变电源来自北二采区变电所61107柜 胶带机 DSJ1000/2160 2 2160 660 220/1320 485.5kW 胶带顺槽 刮板机 SGB-620/40 2 240 660 95/570 张紧绞车 JH-8 1 7.5 660 8.6/51.6 卷带装置 JH-8 1 7.5 660 8.6/51.6 制动闸 2 20.29 660 0.6/3.6 照明综保 ZBZ-4/127 2 8 660 潜水泵 BQS60-50-22 1 22 660 24/144 潜水泵 BQS100-32-22 1 22 660 24/144 潜水泵 BQS100-35-18.5 1 18.5 660 21/126 2204轨顺车场移变电源来自北二采区变电所61103柜 双速绞车 SDJ-28 4 437 660 42/252 375.5kW 轨道顺槽 双速绞车 SDJ-14 7 718.5 660 21/126 无极绳绞车 SQ-80/75WY 1 75 660 84/504 照明综保 ZXB-4/127 2 8 660 潜水泵 BQS75-20-7.5 2 27.5 660 9/54 2202皮顺车场移变电源来自中央变电所60206柜 潜水泵 BQS60-50-22 1 22 660 24/144 205kW 备用回路 潜水泵 BQS100-35-18.5 1 18.5 660 21/126 潜水泵 BQS100-30-22 1 22 660 24/144 潜水泵 BQS65-15-7.5 1 7.5 660 9/54 刮板机 SGB-620/55 1 55 660 60/360 刮板机 SGB-620/40 2 240 660 95/570 合计功率 3840 其中有3635kW由变压器负担 2、移变的选择 根据综采设备手册中对工作面供电系统拟定的原则，选择3台移动变电站，其容量选择如下 SbKx∑Pe/cosφpj（kVA） 式中移动变电站所带全部负荷； Kx需用系数，Kx＝0.4＋0.6Pmax/ΣPe； Pmax最大一台电机功率 平均功率因数； 1）1＃移动变电站向采煤机、工作面照明综保供电，输出电压等级1140V，其需用容量计算值为 Kx10.40.6Pmax/ΣPe 0.40.6400/50040.88 Sb1Kx1 ∑Pe/cosφpj（kVA） 0.88504/0.85 522 kVA ＜630 kVA 平均功率因数，0.85 。 选择1台KBSGZY-630/6/1.2型移动变电站，其额定容量为630kVA＞573kVA能够满足要求。 2）2＃移动变电站向工作面刮板输送机供电，输出电压等级1140V，其需用容量计算值为 Kx20.40.6Pmax/ΣPe0.65 Sb2Kx2∑Pe/cosφpj（kVA） 0.65400/0.85306 kVA ＜500 kVA 平均功率因数，0.85 。 选择1台KBSGZY-500/6/1.2型移动变电站，其额定容量为500kVA＞306kVA能够满足要求。 3）3＃移动变电站向转载机、破碎机、乳化液泵变频器供电，输出电压等级1140V，其需用容量计算值为 Kx30.40.6Pmax/ΣPe0.61 Sb3Kx3∑Pe/cosφpj（kVA） 0.61485/0.7423 kVA ＜500 kVA 平均功率因数，0.7 。 选择1台KBSGZY-500/6/1.2型移动变电站，其额定容量为500kVA＞423kVA能够满足要求。 4）4＃干式变压器向皮顺胶带、刮板、水泵供电，输出电压等级660V，其需用容量计算值为 Kx40.40.6Pmax/ΣPe0.80 Sb4Kx4∑Pe/cosφpj（kVA） 0.80485.5/0.7555 kVA ＜630 kVA 平均功率因数，0.7 。 选择1台KBSG-630/6/0.69型干式变压器，其额定容量为630kVA＞555kVA能够满足要求。 5）5＃移动变电站向轨顺绞车、水泵供电，输出电压等级660V，其需用容量计算值为 Kx50.40.6Pmax/ΣPe0.58 Sb5Kx5∑Pe/cosφpj（kVA） 0.58375.5/0.7311 kVA ＜500 kVA 平均功率因数，0.7 。 选择1台KBSGZY-500/6/0.69型移动变电站，其额定容量为500kVA＞311kVA能够满足要求。 6）6＃移动变电站向皮顺水泵、刮板及2202皮顺分矸刮板供电，输出电压等级660V，其需用容量计算值为 Kx60.40.6Pmax/ΣPe0.76 Sb6Kx6∑Pe/cosφpj（kVA） 0.76315/0.7342 kVA ＜500 kVA 平均功率因数，0.7 。 选择1台KBSGZY-500/6/0.69型移动变电站，其额定容量为500kVA＞342kVA能够满足要求。 六、供电设备的选型及供电系统的拟定 根据供电设备的选型原则及所选设备的电动机型号规格，初步设计见附图所示的供电系统。 七、高压电缆截面校验 按设计规定，初选MYPTJ-3.6/6-350＋325/3＋32.5型号的高压电缆，其主芯线截面Ae＝50mm2。电缆长度为实际敷设距离1118m的1.1倍，为1230m。 （一）按照长时允许电流校验 查表得这类电缆在25C的环境中的长时允许负荷电流为Iy＝173A。 长时负荷电流计算值为 式中 Ifn 长时间工作电流； ∑Pe 本条电缆所带设备额定功率总和，1764.5kW； Kx 需用系数；Kx＝0.40.6Pd/Pe≈0.54； Ue 供电系统的额定电压，6kV； ηpj 平均效率，取0.85； cosφpj 平均加权功率因数，取0.75； Ifh＝142.8A＜Iy＝173A,故所选电缆能够满足长时工作发热要求。 （二）按照经济电流密度校验高压电缆截面 Aj＝＝＝63.45mm2＞50mm2 式中Ij经济电流密度A/mm2，选Ij＝2.25 A/mm2。 所选电缆截面略小，不够经济，但能满足使用要求。 （三）按照热稳定校验电缆截面 Amin＝38mm2 式中为高压电缆线路首端（北二采区变电所Ⅰ段母线）发生短路时的三相短路电流。 tj短路电流的假想时间，开关动作时间tj＝0.25s。 C电缆的热稳系数，铜芯橡套电缆C＝93.4。 满足热稳条件所需最小截面Amin＝38mm2＜选择截面50mm2，所以选用MYPTJ-3.6/6-350＋325/3＋32.5型电缆能够满足热稳定需要。 八、工作面低压电缆选择及校验 电缆用途 电缆规格 长时间允许电流 额定功率/电流 额定电压 电缆长度 采煤机 MYCP-395125410 285A 500kW/308.75A此为整机电流，实际工作电流满足长时间允许电流 1140V 540m 运输机 高速电机 MYP-350116 173A 200kW/125.2A 1140V 540、430m 低速电机 MYP-335116 138A 100 kW /90.8A 1140V 540、430m 转载机 MYP-335116 138A 90 kW /58.5A 1140V 520m 破碎机 MYP-335116 138A 90 kW /68A 1140V 510m 乳化液泵 变频器 MYP-335116 138A 125 kW /80A 1140V 10m 喷雾泵 MYP-335116 138A 55kW/38.5A 1140V 30m 选择启动负荷最大、距离最远的1移动变电站的电缆为例进行校验，其余省略计算过程。 （一）按照正常运行时电压损失校验电缆 1、正常负荷时变压器电压损失百分数为 2.40 式中Sb 变压器需用容量 Sbe变压器额定容量 0.63，变压器内部电阻上压降百分数。 变压器的短路损耗 4.96，变压器内部电抗压降百分数。 Ud变压器通过额定电流时内部阻抗上压降百分数； Ud ＝5％。 变压器内部电压损失为 28.8V E2e 移动变电站二次侧额定低压； 2、电缆上的允许电压损失 174－28.8＝145.2V 式中为允许电压降至额定电压10％时的电压降。 ＝1200－1140（1-10）＝174V 忽略电抗上的电压损失求其最小截面为 42.6mm2＜95mm2 Pe 采煤机额定功率； Lx四组合开关至采煤机电缆长度； D铜电缆芯线的导电系数D＝42.5m/Ωmm2。 所以选择95mm2电缆能够满足正常供电需求。 （二）按照最远最大电机启动条件校验启动压降 1、采煤机电机启动阻抗（两台截割电机400kW同时启动） 额定启动电流Ieq＝KpIe＝5.4275＝1485A 启动功率因数 启动阻抗 0.443 启动电阻 启动电抗 2、Lz电缆阻抗 电阻Rl＝R0Lz＝0.230.54＝0.1242 电抗Xl＝X0Lz＝0.0750.54＝0.0405 3、采煤机启动时变压器输出负载阻抗 电阻 ＝RqR10.2210.1242＝0.3452 电抗 ＝XqX10.3840.0405＝0.4245 阻抗 ＝0.5913 电导 0.9874 电纳 1.2142 4、变压器内部阻抗（此项可从矿用变压器技术特征表中查出） 变压器二次侧额定电流303 A 电阻 0.0167 电抗 0.1246 式中Ux 变压器通过额定电流时内部电抗上压降百分数 4.95％ 0.73％ 变压器的短路损耗； Ibe变压器的二次额定电流； Ube变压器的二次额定电压； 5、采煤机启动时，变压器输出电流回路阻抗及输出电流 电阻 R＝＋Rb＝0.3452＋0.0167＝0.3619 电抗 X＝＋Xb＝0.4245＋0.1246＝0.5491 阻抗 Z＝0.6576 输出电流 1054A 6、采煤机启动时变压器输出端相电压 V 7、采煤机启动时的实际启动电流 A 8、采煤机启动时实际启动电压 V 9、采煤机启动时采煤机处电压降 Uj＝Ue－Usq＝1140－809＝331V 电压损失百分比为100＝29％，能够满足要求。 九、短路电流的计算 （一）高压系统短路电流的计算 按照煤矿电工手册中对短路参数的选择方式，北二采区变电所6kV系统Ⅰ段母线短路容量为75MVA， 2204综采工作面6kV高压来自北二采区变电所61103＃高压真空配电装置，此处短路容量为75MVA，那么2203轨顺设备列车移动变压器高压进线d0处的短路电流的计算如下 1、高压电源系统电抗 Upj 平均电压； Sdy 此处短路容量； 2、6kV高压电缆阻抗计算 L 自变电所至移动变电站的高压电缆长度，km。 3、短路回路总阻抗 0.9683Ω 4、d0处的三相短路电流 3637 A 5、d0处的两相短路电流 3149 A 6、d0处的短路容量 38.4MVA （二）低压系统短路电流计算 1、短路点的选择原则 短路点一般选在母线、线路的首末端，如果线路很短可选择在线路的首端，以满足开关选择校验、继电保护整定校验的要求。此处以采煤机线路为例进行计算，其余计算过程省略。 2、短路回路各环节阻抗计算 折算到低压侧的系统电抗 0.0375Ω 变压器阻抗查表得 电阻0.0167 电抗0.1246 采煤机电缆阻抗计算 电阻Rz＝R0Lz＝0.230.54＝0.1242 电抗Xz＝X0Lz＝0.0750.54＝0.0405 四组合开关至移变连线（两根并联） 电阻Rl＝R0Lz＝0.3150.015＝0.0047 电抗Xl＝X0Lz＝0.0780.015＝0.0012 3、采煤机电机接线腔d4处短路电流计算 三相短路电流计算 2311A 两相短路电流计算 ＝2002A 4、移变低馈头d1处短路电流计算 三相短路电流计算 5512A 两相短路电流计算 ＝4773A 十、热稳定与开关分断能力校验 同上以1＃变压器为例进行计算，其余计算过程略。 （一）移变低馈头根据热稳定需要配出的最小电缆截面； Amin＝29.5mm2 式中为低压电缆线路首端发生短路时的三相短路电流。 因此从1＃变压器引出的电缆最小为70mm2能够满足要求。 （二）KBSGZY-630移变BKD1-630低馈头处短路分断电流12.5kA，大于此处三相短路电流5.512kA,能够满足要求。 QBZ-4315开关极限分断能力4500A，大于此处三相短路电流2311A,能够满足要求。 十一、过流保护整定 （一）高压保护装置中过流保护整定 A 所选隔爆型高压配电装置的额定电流为300A＞142.8A，能够满足要求。 1、过载保护的整定电流倍数取0.6档，其动作电流为 Iz＝0.6Ie＝180A＜Ifh142.8A 能够满足要求。 过载整定的延时是在综合考虑重载启动及变电所系统配合后，选择过载延时为5档23.3s。 2、短路速断保护，按照最大负荷启动时，其余应该运行的负荷已经运行情况下动作电流应为（均折算到6kV侧） 250＋130＝380A 短路整定在考虑重载启动及就近整定原则，选择2档400A能够满足要求。 3、灵敏系数校验 ＞1.5 满足要求。 Kb移动变电站变压比 n 速断整定倍数 （二）低压过流保护整定及校验（1移动变电站为例进行校验） 1移动变电站低馈头整定 335A 所选移动变电站低压配电装置的额定电流为630A＞335A，能够满足要求。 1、过载保护的整定电流倍数取0.6倍，其动作电流为 Igzd＝0.6Ie＝378A 能够满足要求。 2、短路速断保护，按照最大负荷启动时，其余应该运行的负荷已经运行情况下动作电流应为 1485＋309＝1794A 采煤机启动电流 短路整定在考虑重载启动及就近整定原则，选择3档1890A能够满足要求。 3、灵敏系数校验 ＞1.5 满足要求。 n 速断整定倍数 移动变电站低馈头过流保护整定见下表 四组合开关过流保护整定见下表 注由于设备参数及供电线路原因，个别开关主保护或后备保护灵敏度不能满足要求，但在主保护与后备保护配合后，基本能够实现灵敏、迅速、可靠的保护。 十二、两顺槽低压供电系统校验 具体选型计算及整定校验见附表。 附2204工作面设备布置图 2204工作面供电系统图 2204胶带顺槽供电系统图 2204轨道顺槽供电系统图 4 （一）电缆选型及校验 使用 地点 拟选电缆型号及截面 并联电缆根数 负荷 名称 电缆 长度 Lm 计算 电流 I（A） 电缆允许载流量 Ie（A） 热稳校验（mm2） 校验结果 电缆首端三相短路电流（kA） 其他参数 胶带 顺槽 MY-0.38/0.66 370＋125 2 总电源 6 215 48.9 合格 9.129 开关动作时间 tj＝0.25s； 橡套电缆热稳系数C＝93.4 MY-0.38/0.66 370＋125 1 1电机 130 215 27.43 合格 5.124 MY-0.38/0.66 370＋125 1 2电机 220 215 20.14 合格 3.762 轨道 顺槽 MY-0.38/0.66 370＋125 1 绞车一回路 80 215 44.11 合格 8.239 MY-0.38/0.66 370＋125 1 绞车二回路 80 215 44.11 合格 8.239 注1、电缆首端三相短路电流栏内的参数及计算过程详见短路参数计算表。 2、电缆允许载流量栏内的数据来自煤矿电工手册。 3、其余电缆校验过程同上，略。 （二）低压短路参数计算 序号 项目名称 电缆截面（mm2） 并联根数 计算公式 阻抗计算结果（Ω） 短路参数计算公式及结果（kA） 相关参数 参数 数值 单位 1 系统电抗计算 1.40625 UN1 6 kV UN2＝ 0.69 kV Sby＝ 28 MVA 2 高压电缆参数计算 L＝ km r0＝ Ω x0＝ Ω 3 变压器参数计算 KBSG-630 Rb 0.0047 7.282 6.306 UK＝ 4 ％ ΔP＝ 4000 W Xb 0.0375 Ue＝ 0.66 kV SNTr＝ 630 kVA 4 胶带顺槽总 电源 MY-0.38/0.66 370＋125 2 Rl＝r1L1 0.126 2.549 2.207 L1 0.4 km R1 0.315 Ω Xl＝x1L1 0.0312 X1 0.078 Ω 5 胶带顺槽迎头电源 MY-0.38/0.66 370＋125 1 R2＝r2L2 0.1008 1.553 1.345 L2 0.32 km R2 0.315 Ω X2＝x2L2 0.02496 X2 0.078 Ω 6 轨顺1电源 MY-0.38/0.66 370＋125 1 R3＝r3L3 0.05355 4.458 3.861 L3 0.17 km R3 0.315 Ω X3＝x3L3 0.01326 X3 0.078 Ω 7 轨顺2电源 MY-0.38/0.66 350＋116 1 R4＝r4L4 0.08064 1.337 1.158 L4 0.18 km R4 0.448 Ω X4＝x4L4 0.01458 X4 0.081 Ω 注其余参数计算过程同上，略。 （三）馈电开关保护整定及校验 开关编号 开关 型号 负荷名称 整定计算（A） 整定值A 末端两相短路电流（A） 开关分断能力（A） 主保护（后备保护） 灵敏系数 备注（主保护） 1 KJZ-500 胶带顺槽总馈电 212 Iz选210 1345 8000 1.68 ≥1.5 合格 Kr0.40.6 Kr0.2860.714 769 Id选800 2 KBZ-400 胶带顺槽馈电 26 Iz选60 1412 4000 7.06 ≥1.5 合格 81 Id选200 3 KBZ-400 轨顺1电源馈电 178.6 Iz选170 1578 8000 2.63 ≥1.5 合格 517 Id选600 4 KBZ-400 轨顺2电源馈电 101.4 Iz选120 1158 8000 2.9 ≥1.5 合格 335 Id选400 注1、需用系数K，根据负荷回路内设备的启动情况选择不同的计算公式，详见备注栏，其中Ps是回路中最大的启动设备（或需要同时启动的多台设备）功率，是负荷回路内正常使用设备功率之和。 2、整定计算栏中的是此馈电开关负担的正常使用设备额定功率之和。 3、开关分断能力栏中数据来自开关说明书。 （四）启动器保护整定及校验 开关编号 开关 型号 负荷名称 整定计算（A） 整定值 末端两相短路电流（A） 主保护（后备保护） 灵敏系数 备注 1 ZJT-280 胶带机开关 102.9 Iz选100A 1874 2.34 ≥1.5 合格 2 QJZ-30 胶带顺槽水泵开关 8.6 Iz选8.25A 1345 20.4 ≥1.5 合格 3 BQD10-80N 轨顺9绞车 42.3 Iz选40A 1158 3.62 ≥1.5 合格 4 QJZ-30 2潜水泵 8.6 Iz选8.25A 1199 18.2 ≥1.5 合格 注1、个别开关灵敏系数不符合规定的，进一步校验配电点处馈电开关作为后备短路保护的灵敏度（后备保护灵敏度≥1.2合格）。 2、其余参数计算过程同上，略，详见供电系统图。