4202综采工作面供电设计解析.docx
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4202综采工作面供电设计解析
铜川永红煤矿4202采煤工作面
供电设计
机电科
2017年7月14日
4202采煤工作面供电设计
一、供电电压
4202采煤工作面电源来自采区变运输大巷高压配电装置,根据工作面主要设备的容量与布置情况,采用1140V、660V和127V三种电压供电,其中采煤机、刮板运输机、转载机、破碎机、乳化泵、牵引绞车电压等级为1140V;顺槽胶带输送机、水泵电压为660V;信号、照明灯的电压等级为127V。
二、供电系统的拟定原则
1、力求减少电缆的条数与长度,尽量减少回头供电,橡套电缆长度按所经路径长度的1.08~1.1倍计取。
2、工作面采用设备列车供电,随着回采进度定期移动。
对胶带输送机及其它附属机械设备,因位置分散分别设置配电点。
3、工作面设备采用两台八组合起动器控制,预留备用回路,两部牵引绞车采用QBZ-80N可逆磁力启动器控制。
4、根据供电设备容量,选用2台移动变电站,1#800KVA移动变电站向采煤机、工作面刮板运输机;2#630KVA移动变电站向1#乳化液泵、2#乳化液泵、喷雾泵、牵引绞车供电。
5、两部部胶带输送机和上下顺槽潜水泵由采区变电所移变供电,皮带机采用QBZ-200/660型磁力启动器和QJZ-400/660电磁软起动器控制。
潜水泵采用QBZ-80/660型磁力启动器控制。
三、供电设备选型原则
1、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。
2、当三相异步电动机有远距离控制和保护要求时,应选用隔爆型磁力起动器。
3、如果工作机械要求带负荷改变旋转方向时,应选用可以逆转控制的磁力起动器。
四、负荷计算
综采工作面电力负荷计算是选择移动变电站台数和容量的依据。
也是配电网络计算的依据之一。
1、负荷统计
4202采面主要负荷统计表
设备名称
电压
功率
功率因数cosφ
数量
采煤机
1140V
2×170+2×30+11=411kW
0.7
1台
前刮板机
1140V
2×132kW
0.7
1台
后刮板机
1140V
2×132kW
0.7
1台
转载机
1140V
110kW
0.7
1台
破碎机
1140V
110kW
0.7
1台
乳化泵
1140V
250kW
0.7
2台
喷雾泵
1140V
75kW
0.7
1台
牵引绞车
1140V
22kW
0.7
2台
一部皮带
660V
2×45kW
0.7
1台
二部皮带
660V
2×75kW
0.7
1台
2、4202采区变压器选型
根据4202采煤工作面负荷统计情况,拟选择2台变压器,其中1台为采面设备供电,1台为泵站、转载机、破碎机,其容量选择按如下公式进行计算:
1#移变向工作面采煤机、两台刮板机供电输出电压等级为1140V,其需用容量计算值为:
Sb=Kx•∑Pe/cosφpj(kVA)
式中Sb——所计算的电力负荷总的视在功率,kVA;
∑Pe——参加计算的所有用电设备(不包括备用)额定功率之和,kW;
Kx——需用系数,Kx=0.4+0.6Pmax/ΣPe;
Pmax——最大电动机的功率,kW;
cosφpj——参加计算的电力负荷的平均功率因数。
由变压器供电的所有用电设备的额定功率之和:
ΣPN=411+264+264=939KW
对综合机械化采煤工作面:
Kdc=0.4+0.6×PNm/∑pN
=0.4+0.6×(264/939)
=0.56
为安全期间取需用系数为0.6
综采工作面取加权平均功率因数:
cos
=0.75
其计算容量为
=
=751KVA
800KVA≥751KVA
所以选用KBSG-800/10移变一台满足要求。
2#移变向工作面1#乳化液泵、2#乳化液泵、皮带机、刮板运输机供电,输出电压等级为1140V,其需用容量计算值为:
Sb=Kx•∑Pe/cosφpj(kVA)
式中Sb——所计算的电力负荷总的视在功率,kVA;
∑Pe——参加计算的所有用电设备(不包括备用)额定功率之和,kW;
Kx——需用系数,Kx=0.4+0.6Pmax/ΣPe;
Pmax——最大电动机的功率,kW;
cosφpj——参加计算的电力负荷的平均功率因数。
由变压器供电的所有用电设备的额定功率之和:
ΣPN=250+110+110+75+22+22=589KW
对综合机械化采煤工作面:
Kdc=0.4+0.6×PNm/∑pN
=0.4+0.6×(250/589)
=0.65
为安全期间取需用系数为0.7
综采工作面取加权平均功率因数:
cos
=0.75
其计算容量为
=
=549KVA
630KVA≥549KVA
所以选用KBSG-630/10移变一台满足要求。
五、高压配电箱选择及整定
1、高压电缆选择及校验
(1)电缆型号选择
根据《煤矿安全规程》规定,工作面选择MYPTJ-10kV-3×70+3×35/3+3×2.5型煤矿用移动金属屏蔽监视型橡套软电缆,其技术参数为:
主芯线截面积:
70mm²,长时间允许载流量215A,承载电压等级为10kV。
(2)电缆长度确定
4202工作面两台800KVA630KVA移变高压电缆从采区变电所高压配电装置引出,全长1200m。
4202两部皮带机,660V供电从采区变电所630KVA移变引出,经轨道下山,全长400m。
2、按照实际长时间允许负荷电流校验电缆截面
查手册得MYPTJ-10kV-3×70+3×25/3+3×2.5型煤矿用移动金属屏蔽监视型橡套软电缆在25ºC的环境中,长时间允许负荷电流Iy=215A
该电缆长时间工作电流依照下列公式计算:
Ig=Kx∑Pe/(
•Ue•cosφpj)
式中:
Ig—长时间工作电流;
∑Pe—本条电缆所带设备额定功率总和,1528kW;
Kx—需用系数;Kx=0.4+0.6*264/1528≈0.5;
Ue—供电系统的额定电压,10kV;
cosφpj—平均加权功率因数,取0.7;
计算结果:
Ig=Kx•∑Pe/(
•Ue•ηpj•cosφpj)
=0.5*1528/(1.732*10*0.7)
≈63(A)
因为该电缆长时间允许载流量Iy=215A大于该电缆长时间工作电流Ig=63A;所以所选择高压电缆满足长时间工作需要。
3、热稳定校验
10kV母线上的最大短路容量为50MVA,其最大三相稳态短路电流为:
按下式求得到综采工作面移动变电站间高压电缆的截面,即:
式中
——短路电流的假想时间,即热等效时间,考虑井下的高压过电流保护为连续动作,取假想时间为0.25s;
C——电缆的热稳定系数,铜芯橡套电缆C=93.4。
所需最大截面Amin=15mm2<50mm2,所以MYPTJ-10kV-3×70+3×35/3+3×2.5电缆能满足综采工作面高压供电热稳定要求。
4、按电压损失校验电缆截面
4202工作面移动变压器电压降按下式进行校验,查表得70mm2铜芯电缆的每兆瓦公里负荷矩的电压降为1.298%。
△U1=KPLca1
=1.298%*1.144*1.1
=1.63%<7%,合格
根据整个采面全部设备长时工作电流为63A,故应选择额定电流为100A的高压配电装置。
5、高压电缆的选择
(1)当供电系统在最大运行方式时电缆发生三相短路电流I=2.68KA,短路容量为40MVA,效验电缆截面
根据效验应选取截面不小于11.5mm2电缆,现根据效验及负荷选取电缆为MYPTJ-8.7/10Kv-3×70+3×35铜芯橡套双屏蔽电缆,满足要求。
(2)线路电压损耗值为
(3)线路电压损耗百分值为
电压损耗小于
,因此所选电缆满足允许电压损耗要求。
4、低压电缆的选择
(1)支线电缆的选择
两部皮带机总负荷为240KW,电压660V额定电流为260A,总线选用MYP-1.14KV3×95+1×35mm2电缆,允许载流量为265A,大于皮带机的负荷电流,可满足供电要求。
一部皮带机负荷为2×45KW,电压660V单机额定电流为50A,选用MYP-1.14KV3×35+1×16mm2电缆,允许载流量为130A,大于皮带机的负荷电流,可满足供电要求。
二部皮带机负荷为2×75KW,电压660V单机额定电流为82A,选用MYP-1.14KV3×50+1×16mm2电缆,允许载流量为160A,大于皮带机的负荷电流,可满足供电要求。
刮板机单机负荷为132KW,电压1140V,额定电流为80A,选用MYP-1.14KV3×70+1×25mm2电缆,允许载流量为210A,大于刮板机的负荷电流,可满足供电要求。
转载机负荷为110KW,电压1140V,额定电流为70A,选用MYP-1.14KV3×70+1×25mm2电缆,允许载流量为210A,大于转载机的负荷电流,可满足供电要求。
破碎机负荷为110KW,电压1140V,额定电流为70A,选用MYP-1.14KV3×70+1×25mm2电缆,允许载流量为210A,大于破碎机的负荷电流,可满足供电要求。
乳化液泵站负荷为250KW,电压1140V,额定电流为160A,选用MYP-1.14KV3×70+1×25mm2电缆,允许载流量为210A,大于乳化液泵站负荷电流,可满足供电要求。
喷雾泵站负荷为75KW,电压1140V,额定电流为50A,选用MYP-1.14KV3×35+1×10mm2电缆,允许载流量为130A,大于喷雾泵站负荷电流,可满足供电要求。
牵引绞车负荷为22KW,电压1140V,额定电流为15A,选用MYP-1.14KV3×16+1×6mm2电缆,允许载流量为75A,大于牵引绞车负荷电流,可满足供电要求。
采煤机负荷为411KW,额定电流为240A,选用MCP-1.14KV3×95+1×25+4×10mm2采煤机专用电缆,允许载流量为265A,大于采煤机负荷电流,可满足供电要求。
从移变到馈电开关再到组合开关引线,选用两根MCP-1.14KV3×95+1×25电缆,允许载流量为2×265=530A,可满足供电要求
经查表以上橡套电缆均满足机械强度要求
(2)按长时允许负荷电流校验电缆截面
①电缆实际工作电流的计算
电缆实际工作电流按以下公式计算(以采煤机电缆为例):
Ig=
=258A
式中:
——通过电缆的电动机工作电流;
——电动机的总功率,kW;
——电动机的额定电压,V;
——加权平均效率,取为0.8~0.9;
——加权平均功率因数,可取为0.85。
MYCP-1.14kV-3×95+1×25+10×4型电缆长时间允许负荷电流为265A,合格。
②电缆截面的选择
265A≥258A
式中
—电缆的工作电流计算值,A;
—环境温度为25℃时电缆长时允许负荷电流,A;
—环境温度校正系数,环境温度为25℃时取1。
故选择MYCP-1.14kV-3×95+1×25+10×4型电缆截面满足要求。
(3)按照允许电压损失校验电缆截面:
4202采煤工作面供电系统中,800KVA移动变电站低压配电系统负荷较大,所以仅对移动变电站低压配电系统进行电压损失校验。
正常运行状态下的电压损失校验:
煤矿1140V供电系统,为保证电机的正常起动,规定电缆末端最大允许电压损失不大于7%:
ΔUL≤1200-(1140×93%)=139.8V
①正常运行时,移动变电站内部的电压损失:
ΔUb%=(Sb1/Sbe)·(Urcosφb+Uxsinφb)
=(568.8/630)×(0.73×0.8+5.45×0.6)=3.47%
ΔUb=ΔUb%×E2e/100=3.47×1200/100=31.64V
式中:
ΔUb—变电站内部的额定电压损失;
E2e—变电站二次侧额定电动势,取1200V;
Sb1—变电站的计算容量,568.8kVA;
Sbe—选择变电站的额定容量,630kVA;
Ur—变压器通过额定电流时,内部电阻上压降的百分数
Ur=ΔPNT/(Sbe×10)=4600/(630×10)=0.73;
其中:
ΔP为该变电站的短路损耗,查表得4600;
cosφb、sinφb—变压器负荷的功率因数和相应的正弦值;取cosφb=0.8、sinφb=0.6;
Ux—变压器通过额定电流时内部电抗上压降的百分数
其中:
Ud为额定电流时,变压器阻抗上压降的百分数;
②采煤机电缆的电压损失(95mm2、0.32km、65℃时计算):
电缆电阻:
∑RL1=RLL1=0.247×0.5=0.1235Ω
电缆电抗:
∑XL1=XLL1=0.075×0.5=0.0375Ω
电压损失:
ΔUL1=
Ie(∑RL1cosφj+∑XL1sinφj)
≈
×251.6×(0.1235×0.7+0.0375×0.714)
≈43.7V
ΔUL采煤机+ΔUb=41.64V+43.7V=85.34V﹤139.8V
故选用的电缆合格。
5、低压电器设备的选择及整定值计算
(1)真空电磁起动器的选择
根据额定电流选择,所选电气设备的额定电流必须大于或等于最大长时工作电流
,带煤机的真空电磁起动器选择
由于其余各设备额定电流均小于煤机额定电流:
QJZ1-1800/1140-8的磁力起动的每回路额定电流为400A,
1#组合开关所带负荷为采煤机、工作面前后刮板机,总电流为512A
1800A>521A
2#组合开关所带负荷为转载机、破碎机、乳化泵、喷雾泵,牵引绞车总电流为426A
1800A>394A
故选用型号为QJZ1-1800/1140-8的磁力起动器符合要求。
牵引绞车采用QBZ-60N可逆磁力启动器
60A>15A
故选用型号QBZ-60N的磁力起动器符合要求。
一部皮带机采用QBZ-200可逆磁力启动器
200A>112A
故选用型号QZ-200的磁力起动器符合要求。
二部皮带机采用QJZ-400软启动器
400A>190A
故选用型号QJZ-400的软启动器符合要求。
两部皮带机的张紧绞车采用QBZ-60N可逆磁力启动器
60A>10A
故选用型号QBZ-60N可逆磁力启动器符合要求
由于现在的智能保护器自带启动过流延时功能,故各开过流整定值按计算电流整定
(2)隔爆型自动馈电开关选择
根据额定电流选择,所选电气设备的额定电流必须大于或等于最大长时工作电流
,
带采煤机、刮板输送机的自动馈电开关选择
经计算得工作面设备,总电流为512A
经计算额定电流小于630A,选用型号为BKZ16-400/1140(660)的自动馈电开关为KBSG-800/10移变低压侧保护。
带转载机、破碎机、乳化泵。
牵引绞车的自动馈电开关选择
经计算得,总电流为426A
经计算额定电流小于630A,选用型号为BKZ16-630/1140(660)的自动馈电开关为KBSG-630/10移变低压侧保护
6、过电流保护装置的整定
1、高压配电装置的整定计算
采区变电所高压配电装置电流互感器为100/5,开关额定运行电流100A,整定值设为70A。
配电开关短路保护动作值:
Idz=8Ie=8×70=560A
整定校验:
K=Is0
(2)/8Ie>1.5
=4822÷560
≈8.6>1.5,合格
式中:
K―保护灵敏度校验值;
Is0
(2)―此开关所保护电缆线路的最远两相短路电流;
8Ie―电子保护器短路保护动作值;
1.5―保护装置的可靠动作系数
2、移动变压器低压侧630馈电开关整定
Isbr1≥(1.2~1.4)(IstM+Kx∑IN)/KT
式中Isbr1―速断电流,A;
1.2~1.4―可靠系数;
KT―变压器的变压比;
Kx―需用系数0.5~1;
IstM―起动电流最大的一台电动机的额定起动电流,A;
∑IN―其余电气设备的额定电流之和,A。
(1)800KVA移动变压器低压侧整定,
Isbr1≥(1.2~1.4)∑IN
Isbr1≥1.2×512A=610A
800KVA移变的馈电开关Isbr1整定为610A。
灵敏度校验:
IS1
(2)/(KTIsbr1)=8287/(5.2×610)
=2.6>1.5合格
(2)630KVA移动变压器低压侧整定
Isbr1≥(1.2~1.4)∑IN
Isbr1≥1.2×426=511A
630KVA移变的馈电开关Isbr1整定为520A。
灵敏度校验:
IS2
(2)/(KTIsbr2)=8287/(5.2×520)
=3.1>1.5合格
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