新庄煤矿水平变电所设备初步选型设计.docx
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新庄煤矿水平变电所设备初步选型设计
新庄煤矿二2煤四水平变电所
设
计
说
明
书
编制单位：
新庄煤矿
编制时间：
二〇一一年五月二十日
一、概述
为满足新庄煤矿矿井设计规划，需在二2煤四水平中心车场内安装水平变电所，结合生产规划现对变电所内设备进行初步选型设计。
二、用电负荷
根据新庄煤矿二2煤四水平生产布局及地质情况，二2煤四水平变电所将承担该水平全部生产、安全及排水用电负荷。
同时根据新庄煤矿长期发展规划，必须满足二2煤五水平用电负荷承载能力。
变电所总负荷
式中S—所计算的电力负荷总的视在功率
--参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之和，kW.
--参加计算的电力负荷的平均功率因数；
--需用系数
现将变电所需承担负荷逐项汇总。
根据《河南神火煤业公司新庄煤矿未来用电负荷变化分析及供电结构规划方案》附件3：
《新庄煤矿井上下主要负荷负荷计算书》，我矿二煤主要用电负荷视在功率计算如下：
1、二煤综采工作面
采面主要设备负荷情况如下表
设备名称
型号规格
刮板输送机
SGZ-764/400
运输机电机（头）
YBSD-200/100-4/85r
运输机电机（尾）
YBSD-200/100-4/85r
采煤机
MG200/501-QWD
煤机截割电机（左）
YBCS3-200
煤机截割电机（右）
YBCS3-200
煤机牵引电机（左）
YBS3-45A
煤机牵引电机（右）
YBS3-45A
转载机
SZZ764/110
转载机电机
YBS（KBY550）-132A
转载机减速机
JS160
破碎机
PLM1000
破碎机电机
YBS（KBY550）-110A
乳化液泵
BRW315/31.5
矿用隔爆型三相异步电动机
YBs-200B
乳化液泵
BRW315/31.5
矿用隔爆型三相异步电动机
YBS-200B
采面设备计算负荷为
由于是采面为自移式支架各用电设备按一定顺序起动的机械化工作面需用系数需用下公式计算
式中
----最大电动机的功率，kW;
---参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之和，kW;
由上表
=400+501+132+110=1143kW（未包括乳化泵）
则各主要设备需要系数如下表
序号
负荷名称
额定功率kW
需要系数
功率因数
1
运输机
400
0.61
0.7
2
采煤机
501
0.67
0.7
3
转载机
132
0.47
0.7
4
破碎机
110
0.46
0.7
由于乳化泵启动使用不与采面存在顺序关系，因此其需要系数单独计算。
采面泵额定功率为400kW，根据井下用电设备的需要系数机平均功率因数表取需用系数为0.4，功率因数为0.7
则一个二煤综采工作面视在功率
＝（400*0.61+501*0.67+132*0.47+110*0.46+400*0.4）/0.7
＝1217kVA
上述计算中未包含采面通讯、照明，绞车运输、皮带运输等其它任何负荷。
2、炮采工作面
由于炮采工作面受地质条件影响比较大，参照新庄煤矿历次炮采工作面安装经验，标准炮采工作面负荷如下表。
设备名称
型号规格
乳化液箱
X10RX
乳化液泵
MRB125/31.5
乳化液泵
MRB125/31.5
矿用隔爆型三相异步电动机
YBK2-280s-4
矿用隔爆型三相异步电动机
YBK2-280s-4
矿用隔爆型三相异步电动机
YBD-40-4B
矿用隔爆型三相异步电动机
YBD-40-4B
矿用隔爆型三相异步电动机
YBD-40-4B
矿用隔爆型三相异步电动机
DSB75-4
矿用隔爆型三相异步电动机
DSB75-4
矿用隔爆型三相异步电动机
DSB75-4
上述设备配置按照3套运输机（转载机）进行配置，电机数量取中间数值。
采面设备计算负荷为
炮采工作面（缓倾斜煤层）需用系数取0.4～0.5，平均功率因数为0.6，这里所有设备需用系数按照0.45选取。
则
＝（75+75+40+40+40+75+75+75）*0.45/0.6
＝371.25kVA
3、综掘工作面
这里计算的综掘工作面指包含直接服务该掘进工作面的皮带、绞车、综掘机、风机设备。
由于在实际生产过程中，不同掘进工作面皮带运输系统、绞车运输系统各不相同，这里计算为均值计算，因此结合矿井实际情况，做出如下规定。
服务综掘工作面，需一部正规800皮带机单机运行（40kW），二部简易皮带机单电动滚筒（单机30kW），一部JD-25绞车（25kW），一组2*30风机（60W）。
根据目前矿井设备状况，新庄煤矿现有的掘进机功率各不相同，分别在165kW、195kW,220kW,280kW,350kW.为方便计算所有掘进机负荷按照平均功率计算，即（195*2+220+280+350+4*165）/9=210kW
综掘工作面设备计算负荷为
其中设备需要系数为0.3～0.4，取0.35，平均功率因数为0.6。
则
＝（2*30+25+60+40+210）*0.35/0.6
＝230kVA
4、炮掘工作面
这里计算的炮掘工作面包含矿井开准工作面和回采工作面指的是直接服务该开拓掘进工作面的皮带、绞车、耙装机、风机设备。
由于在实际生产过程中，不同开拓掘进工作面皮带运输系统、绞车运输系统各不相同，这里计算为均值计算，因此结合矿井实际情况，做出如下规定。
服务炮掘工作面，需一部正规800皮带机单机运行（40kW），二部简易皮带机单电动滚筒（单机30kW），一部JD-25绞车（25kW），一组2*30风机（60W）。
根据目前矿井设备状况，新庄煤矿现有的耙装机功率各不相同，分别在15kW、30kW,45kW不等.但是主要以30kW耙装机为主，因此按照此负荷进行计算
炮掘工作面设备计算负荷为
其中设备需要系数为0.3～0.4，取0.35，平均功率因数为0.6。
则
＝（2*30+25+60+40+30）*0.35/0.6
＝90kVA
5、大功率主运皮带
目前矿井选型大功率主运皮带装机额定功率均为500kW,
每套输送机需用系数为0.5，平均功率因数为0.7
则，每套大功率主运皮带视在功率s=
=500*0.5/0.7
=357kVA
6、低压主运皮带
目前矿井低压主运皮带因带幅宽窄不同额定功率分为两种，一种为额定功率150kW，一种为额定功率80kW，每套输送机需用系数为0.5，平均功率因数为0.7。
则，两种皮带的视在功率分别为S1=
=150*0.5/0.7
=107VA
S2=
=80*0.5/0.7
=57.1kVA
7、主排水泵
二煤四水平泵房电动机工作电流I=207A，电压U=6000V（理论计算值）
则上述泵房单机运行视在功率分别为
S4=
UI
=1.732*207*6000=2151kVA
8、瓦斯抽放泵
根据新庄煤矿井下设备状况，井下瓦斯抽放泵功率为160kW,其功率因数为0.7，需用系数为0.7
则s=
＝160*0.7/0.7＝160kVA
9、主运输绞车
主运输绞车主要指井下JD-40以上主运输绞车，功率分别为40kW,55kW,160kW.根据电工手册，调度绞车需用系数为0.5，功率因数为0.7，则其视在功率分别为
S1=
＝40*0.5/0.7＝28.6kVA
S2=
＝55*0.5/0.7＝39.3kVA
S3=
＝160*0.5/0.7＝114.3kVA
根据上述计算结果，四水平变电所需承担的负荷视在功率计算如下：
1、排水负荷
结合矿井涌水预报，需要正常涌水时开启2台，最大涌水时开启泵为3台。
则，
正常涌水时，排水负荷
=2*2151kVA=4302kVA
最大涌水时排水负荷
=3*2151kVA=6453kVA
2、采煤负荷
根据生产规划，四水平主要承担下山水平采煤，预计该区域最大同时布设一个生产综采工作面，一个炮采工作面。
则，采煤负荷
=1217+371.25=1588.25kVA
3、主皮带运输负荷
该变电所需要承担的主皮带运输负荷主要是两翼采区主运输皮带，目前一般选用SDJ－150型带式输送机，东、西两翼长度均在1000m以上，且巷道布置高低起伏，至少需要每个采区安装3套主皮带，合计需安装6部SDJ－150型带式输送机。
此外，从长期考虑，该变电所还将承担-770以下主强力皮带的负荷供应，功率为500kW。
则，主运输负荷
=6*107+357=999kVA
4、开掘负荷
根据生产规划，该区域最大生产负荷期间区域内将同时布设2个掘进头，3个开拓头。
则，开掘负荷
=5*90=450kVA
5、综掘负荷
目前我矿，综掘机使用比较普遍，预计在该区域最大生产负荷期间将会同时投用2台以上掘进机，按照2台进行规划。
＝2×230＝460kVA。
6、绞车负荷
根据生产规划，该变电所需要承担的绞车运输负荷主要时两翼轨道巷绞车运输负荷及下山绞车运输负荷。
其中两翼采区最大负荷按照2部JD-55kW同时安装二台JD-25kW绞车核算，下山采区按照一部JD-55kW绞车，一部JD-1.4绞车核算，40kW以下设备不考虑。
合计绞车运输负荷。
则，辅助运输负荷
=5*38.3=191.5kVA
7、辅助排水负荷
由于目前该水平预计涌水量较大，在下山开拓和巷道掘进中肯定会进行辅助排水，预计每个头需要辅助排水需要至少一台功率22kW主泵，一台功率5.5kW辅泵。
合计需要辅助排水负荷为
＝7×（22+5.5）/0.6＝320kVA
8、瓦斯排放负荷
根据地质预测，该区域瓦斯含量比较高，需要进行瓦斯抽放，按照2个瓦斯泵房进行计算，每泵房需要一台工作泵，一台备用泵。
预计负荷
＝160kVA。
9、其它负荷
在实际生产中，现场还需要有诸如架空人车、照明、信号等负荷，根据其它采区惯例，按照总功率
＝300kva进行核算。
上述部分数值为计算值，这里不再表述具体计算过程
S=
＝
=6453+1588.25+999+320+450+460+160+191.5+300
=10921.75kVA
此外，我矿最远延伸至-850水平，参照-600水平负荷情况，需要提供用电负荷
不小于1800kvA，具体计算过程不再详列。
三、电缆选型
根据上述负荷情况，该变电所最大需承担负荷为两个水平总和，考虑到负荷叠加因素，
＝10921.75*0.8+1800*0.9
＝10357.4kvA
负荷电流I＝
＝10357.4/6*1.732＝997A
根据电缆选型规范，变电所进线电缆选型应满足下列几个条件。
1、单回路能够承担最大涌水时的全部负荷。
2、正常涌水时经济电流密度运行能够满足要求。
3、电力系统最大运行方式下，井下电缆首段发生三相短路，电缆热稳定性负荷要求。
4、按照正常负荷及当一回路发生事故时，分别校验电压损失。
根据规程规定，作为水平变电所主进线电缆应井底巷道内应选用聚氯乙烯铠装电缆，井筒内应使用交联聚氯乙烯粗钢丝铠装电缆。
可能负荷本变电所需要的电缆线径分别为185mm2和240mm2。
查表知道，截面185mm2电缆的载流量为423A，
截面240mm2电缆的载流量为500A，
根据《河南神火煤业公司新庄煤矿未来用电负荷变化分析及供电结构规划方案》，已经确定该变电所进线使用双回路4根线径为240mm2的进线电缆，现对电缆进行校验。
1、负荷承载校验
最大涌水时，负荷电流为997A，单回路承载能力为2*500A>997A,负荷要求。
正常涌水时，经济电流密度为2A/mm2,则4根进线，合计承载电流2*240*4=1920A>997A，即经济运行时，载流能力大于最大涌水时的负荷，也一定满足正常涌水的负荷。
2、热稳定性校验
电缆选型后，校验其热稳定性和电压损失情况。
校验热稳定性，按照下式进行计算。
式中
--电缆短路时热稳定要求的最小截面，
--三项最大稳态短路电流，A
--短路电流作用的假想时间，s
C—热稳定系数。
交联电缆长期允许工作温度不得超过90℃
当前系统，变压器容量为12.5MVA，按照最大50MVA核算。
查表得
=0.25s内三项短路稳态电流为4.67kA
=0.65s内三项短路稳态电流为2.89kA
对应最小截面积为25
240
＞25
所以，该电缆稳定性满足要求
3、电压降校验
该电缆每根输送有功为2.39兆瓦，功率因数按照系统0.9考虑
查表法得，每兆瓦公里压降损失为0.3%，则合计损失为2.39*0.3%*2.8=2%＜5%,符合压降损失要求。
因此选择此线径电缆满足需要。
由于四水平变电所的四路进线中分井底巷道和井筒巷道两个部分敷设，因此选择的电缆种类有所不同。
其中井底巷道部分即自北副井底至二煤四水平变电所因在平巷中，考虑经济实用，安全可靠等因素，选用MYJV223.6/6kV3×240型交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装交联聚氯乙烯护套电力电缆，需要敷设4路，每路电缆长度为1800m。
井筒部分由新风站出线至北副井井底段因在井筒中敷设需要选用MYJV426/6kV3×240型交联聚氯乙烯绝缘粗钢丝铠装交联聚氯乙烯护套电力电缆，需要敷设2路，每路长度1000m。
四、供电方案及设备选择
由于二2煤四水平为较深开采水平，具有高瓦斯危险。
因为根绝煤矿安全规程要求，该变电所电气设备必须选用矿用隔爆型电气设备。
根据目前国内技术发展状况，为了减少设备维护工作量，确保设备运行安全，高压电气开关应选用永磁机构隔爆型高压开关设备，因此选用PBG-6Y系列产品。
因变电所内距离变压器位置比较近，不许进行就地控制，因此变压器选用KBSG2系列干式变压器。
为满足矿井自动化改造需求，低压馈电开关选用智能型KBZ-400系列设备。
根据安全生产需求，设备具体型号和数量必须满足下列要求。
1、因变电所内需要4路高压进线，所以变电所内必须配置4台进线高爆开关，但是考虑到三水平与四水平将来负荷转移，为充分利用三水平将来的空余潜力，计划将来在三水平与四水平之间增加2路联络进线，因此计划配置6台进线高爆开关，且由于进线电缆截面为240
，为满足开断负荷及短路电流要求，选用断路能力为12.5kA,互感器变比为630A的PBG-630/6Y型矿用隔爆型永磁式高压真空配电装置。
2、因变电所需要分段进行供电因此需要选用一台联络型高爆开关，且为满足开断能力同样也选用PBG-630/6Y型矿用隔爆型永磁式高压真空配电装置，采用联络开关配置方案。
3、二煤四水平需要设置东、西翼采区变电所，因此必须每段为两个变电所各提供一路电源，因此需要4台馈电高爆开关。
考虑到采区变电所负荷量较小，因此选用PBG-400/6Y型矿用隔爆型永磁式高压真空配电装置。
4、变电所内需要配置干式变压器提供低压电源，安装高瓦斯区域双三专配置要求，需要4台生产、三专高爆开关，且变压器容量较小，因此选用PBG-100/6Y型矿用隔爆型永磁式高压真空配电装置。
5、变电所内需要承担四水平泵房设计的5台主排水泵的电源，因此需要配置5台启动器配合软启动开关控制主排水泵。
但是考虑到备用因素，因此选用7台PBG-315/6Y型矿用隔爆型永磁式高压真空配电装置（选用可频繁启动的结构配置）。
6、为满足主排水泵软启动需要，需要1台（一拖二） QBRG－300/6K矿用隔爆型高压软起动控制器，一台（一拖三） QBRG－300/6K矿用隔爆型高压软起动控制器并配置三台控制空馈电开关，考虑到备用因此，多考虑一台（一拖二） QBRG－300/6K矿用隔爆型高压软起动控制器，因此还需要选用3台PBG-315/6Y型矿用隔爆型永磁式高压真空配电装置。
7、为满足二煤五水平用电需求，必须配置2路馈电开关，按照2路配置，配置2台PBG-630/6Y型矿用隔爆型永磁式高压真空配电装置。
8、为满足综采、综掘生产需要，每段配置2台综采、综掘用高压馈电开关，选用4台PBG-200/6Y型矿用隔爆型永磁式高压真空配电装置。
综上需要，PBG-630/6Y型开关9台，PBG-100/6Y型开关4台，PBG-400/6Y型开关4台，PBG-315/6Y型开关10台，PBG-200/6Y型开关4台，合计需要高爆开关31台，高压软启动开关3台，由于上述中已经充分考虑到了设备的备用，因此不再单独考虑备用设备。
为满足短路开断需要，上述开关断路器均选用开断能力为12.5kA的断路器。
满足本系统三相最大5kA的短路电流开断能力。
因此不再进行逐一校核。
因为该区域内，在形成两翼采区变电所前，低压负荷将全部出自该变电所，且为满足双三专需要，必须将低压生产负荷单独出线，因此根据，区域内负荷情况，选用2台KBSG2-T-630型干式变压器作为生产变压器使用，选用2台KBSG2-T-500型干式变压器作为三专变压器使用。
根据以往经验，及二煤四水平生产实际，2路生产低压负荷拟定选用7路出线负荷，馈电开关选用KBZ-400型开关，总开关考虑到变压器容量，选用KBZ-630型开关。
2路三专线路低压负荷拟定5路出线负荷，馈电开关选用KBZ-400型开关，因三专负荷量相对比较小，因此，总开关选用KBZ-400开关。
综上，变电所低压回路需要KBZ-400型开关26台，KBZ-630型开关2台。
五、其它电缆选择
由于，采区变电所及二煤五变电所的负荷尚未最终确定，因此不在考虑高压出线馈电线路的选择问题，这里只考虑变电所内生产、三专高压线路、主排水泵电源线路及低压主线的选择。
由上四可知，变压器容量为630kVA,额定电流为60A左右。
因此负荷电缆选择截面35
即可，
截面35
高压电缆允许通过额定电流为137A，满足负荷长期运行要求。
大于上述系统热稳定性最小截面，且长度较短，满足需要。
从矿目前电缆使用惯例，选用
-3.6/6kV3×35型聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，长度根据现场实际，预计为每根70m。
因主排水泵电机选用功率为1800kW，额定电流在180A以上，因此选用截面95
电缆，该截面电缆允许电流为230A，满足需要，且满足热稳定性要求，根据惯例，选用
-3.6/6kV3×95型聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆.
低压主线电缆选型，考虑变压器最大容量，最大电流为500A左右因此选用MY0.38/0.66kV3×95+1×25型矿用移动橡套软电缆。
两路分开使用。
六、附属设备
作为一个新的开采水平，需要将新庄煤矿原有的系统向下延伸，包括综合自动化平台网络，电话系统等，在变电所安装期间配套传输设备一并配置。
七、设备布置
1、二煤四水平变电所设备布置，按照里高压、外低压的布设方式。
自泵房口起向变电所口布置高爆开关，首先时4台软启动器，独立硬链接。
一侧与通道门留1m空隙，后侧留有1.2m空隙作为电缆沟，并方便检修。
其它按照进线、馈电负荷等顺序，均匀将开关分配到两端母线上。
高压向外是四台干式变压器。
高爆与干式变压器之间预留1m以上空间间隙，变压器之间留有0.8m以上间隙，方便检修。
中间为生产变压器，两端为三专变压器。
再向外为低压开关，顺序要求与变压器顺序对应，一字展开。
2、高压进线自北副井下井，沿原井底大巷内托架向西，至原新一队甩车场拐向，然后顺着-700～-770主运输大巷，至-770甩车场下到-770车场，由泵房与变电所之间的通道进入变电所。
沿途电缆全部沿顶板敷设，使用拖架固定。
拖架采用井底大巷的拖架形式，但是不再加工外罩。
3、变电所内两个通道门每个门的右侧均留足不少于20个穿墙孔，穿墙孔孔径不小于75mm。
原则上高压负荷由泵房侧出口出线，低压由变电所口出线。
4、泵房通道口必须能够满足泵房及变电所内最大尺寸设备进出的需要（安装风门后）。
八、电缆敷设
二煤四水平变电所进线电缆由北副井井筒入井后，沿井底大巷巷帮至-770斜巷口，改用顶板吊挂，途径-770轨道暗斜井、-770甩车场，四水平车场至四水平泵房口进入。
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