掘进工作面供电设计新2.docx
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掘进工作面供电设计新2
掘进工作面供电设计
编制：
审核：
科长：
机电副总：
总工程师：
机电矿长：
掘进工作面供电设计
一、掘进工作面设备配置
1.1工作面基本情况
工作面位于二采区西部，南北向布置，地面大部分被第三、四系黄土覆盖,地貌为典型的黄土丘陵地貌，大部分为草地、散树覆盖，工作面北部、南部“V”或“U”型冲构发育，地层褶曲起伏，地层倾向以南西、东西、东北倾向为主，倾角一般为2～12°。
采用EBZ-200型掘进机进行截割装载，配套胶带运输机、刮板运输机运煤至xxxxx主运巷、4煤回风大巷、4#煤集中煤仓、9煤东翼主运大巷、南翼主运大巷、西翼主运大巷、主井皮带运到地面。
采用FBDNO6.3（2×30KW）局部通风机，双风机双电源，风机自动切换。
1.2XXXXXX掘进工作面供配电情况
XXXXXX掘进工作面掘进机和动力电源由巷内移变硐室供配，移变硐室电源由四煤变电所供给。
局部通风机主、备回路由四煤变电所风机专用线路供电。
排水备用电源由四煤变电所另一回路供电。
根据两移变硐室现有设备情况，为XXXXXX掘进工作面配备如下供配电设备：
XXXXXX移变硐室：
一台KBSGY-400/10/1.2变压器，一台KBSGY-630/10/0.69变压器，一台KBSGY-400/10/0.69变压器，三台KBZ系列馈电开关。
四煤二联巷主运末端配电点:
一台KBSGY-400/10/0.69变压器，一台KBSGY-400/10/0.69变压器,两台KBZ系列馈电开关。
1.3XXXXXX掘进工作面主要设备配置
前期电气设备配备表
序号
设备名称
型号
单位
数量
单机功率
1
风机
FBD-№6.3/2×30kw
台
2
2×30KW
2
掘进机
EBZ－200
台
1
306KW
刮板输送机
SGS-620/40T
台
1
40KW
3
皮带运输机
SSJ-1000
台
1
2×75KW
4
皮带张紧电机
台
2
7.5KW
5
水泵
BQS60-150-55/N
台
2
55KW
6
水泵
BQS60-100-37/N
台
2
37KW
7
水泵
BQS30-30-5.5
台
2
5.5KW
8
磁力启动器
QBZ-80N
台
2
9
磁力启动器
QBZ-80
台
3
10
磁力启动器
QBZ-120
台
4
11
馈电开关
KBZ-400
台
5
12
照明综保
ZBZ-10
台
1
10KW
13
风机四回路磁力启动器
QBZ-4×80F
台
1
14
移动变电站
KBSGY-400/10/1.2
台
1
15
移动变电站
KBSGY-630/10/0.69
台
1
18
移动变电站
KBSGY-500/10/0.69
台
1
19
移动变电站
KBSGY-500/10/0.69
台
1
20
移动变电站
KBSGY-400/10/0.69
台
1
二、供电设备选型
2.1移变压器现有负荷计算
根据«煤矿电工手册中»第二分册«井下供电»下册查得煤矿井下变电站的负荷可按式：
进行计算，
其中：
ΣPN—为所有用电设备（不含备用）的额定功率之和;
Kr—需用系数；（采用掘进机掘进工作面为0.5）;
cosφ—参加计算的电力负荷的加权平均功率因素;（采用掘进机掘进工作面为0.6-0.7）
2.1.1掘进巷用动力移变总负荷计算：
该移变负责供34203辅运掘进巷660V用电设备，包括：
1部40KW刮板输送机、1部2×75kW皮带机、1台7.5kW皮带涨紧电机、1台10kW照明综保、1台5.5kW潜水泵、1台37kW潜水泵、1台55kW潜水泵，所以负荷计算如下:
∑PN=305（kW）
由于动力移变的容量为630KVA,因此，动力移变满足工作面动力供电需求。
2.1.2掘进机（EBZ－200）用移变负荷计算：
P=306KW
由于机组移变的容量为400KVA,因此，机组移变满足工作面动力供电需求。
2.1.3风机专用变压器负荷计算：
《煤矿安全规程》明确要求，局部通风机供电必须实现“三专”，因此需要专用风机变压器为局扇风机供电（专用开关、专用电缆、专用变压器）
P=2×30=60KW
根据以上负荷计算所得数值，变压器选择时考虑到掘进工作并留有一定裕度并结合矿内设备情况，动力630kVA变压器和掘进机400kVA变压器、风机专用两台500kVA变压器均符合要求，可以使用。
2.2馈电开关的选择
2.2.1掘进机用馈电开关选择：
其长时工作电流
的计算（
正常负荷情况下，总的持续工作电流）：
Ig=P/（
）=306/（1.732×1.14×0.7）≈221（A）
根据该系统负荷正常运行时的长时工作电流和我矿现有的馈电开关情况，选择KBZ-400型馈电开关一台，电压等级为1140V，额定电流为400A满足要求。
（假如以后换大一点机组，可预留空间）
2.2.2XXXXXX掘进动力馈电开关选择：
XXXXXX动力有：
刮板机电机、皮带机电机、潜水泵电机、照明等负荷其长时工作电流
的计算（
正常负荷情况下，总的持续工作电流）：
Ig=
/（
）=305×0.5/（1.732×0.66×0.7）≈191（A）
根据该系统负荷正常运行时的长时工作电流和我矿现有的馈电开关情况，选择KBZ-400型馈电开关一台，电压等级为660V，额定电流为400A，满足要求。
2.2.3风机的馈电开关选择
该系统负荷长时工作电流
的计算：
Ig=P/（
×Ue×cosφ）=30/
×0.66×0.85
31（A）
根据风机机正常运行时的长时工作电流和我矿现有的馈电开关情况，选择KBZ-400型馈电开关两台，作为风机的馈电开关（一用一备），电压等级为660V，额定电流为400A。
满足要求。
2.3磁力起动器的选择
2.3.1动力设备磁力启动器的选择
1、75kw皮带机电机磁力起动器的选择：
皮带机长时工作电流Ig的计算
Ig=Pe/（
）=150/（1.732×0.66×0.85）≈154（A）
根据其长时工作电流并留有一定裕量，选择一台QBZ-200/0.69型磁力起动器，作为皮带电机的起动开关，其电压等级为660V，额定电流为200A。
满足要求。
2、水泵电机磁力起动器的选择
水泵电机的长时工作电流Ig（正常负荷情况下，总的持续工作电流，以55KW水泵为例，其余水泵肯定满足要求）的计算
Ig=Pe/（
）=55/（1.732×0.66×0.85）≈57（A）
根据其长时工作电流，选择一台QBZ-80/0.69型磁力起动器，作为水泵电机的起动开关，其电压等级为660V，额定电流为80A。
满足要求。
3、涨紧绞车电机磁力起动器的选择
涨紧绞车电机的长时工作电流Ig（正常负荷情况下，总的持续工作电流）的计算
Ig=Pe/（
）=7.5/（1.732×0.66×0.85）≈8（A）
根据其长时工作电流，选择一台QBZ-80N/0.69型可逆磁力起动器，作为涨紧绞车电机的起动开关，其电压等级为660V，额定电流为80A。
满足要求。
4、40kw刮板机电机磁力起动器的选择：
皮带机长时工作电流Ig的计算
Ig=Pe/（
）=40/（1.732×0.66×0.85）≈41（A）
根据其长时工作电流并留有一定裕量，选择一台QBZ-120/0.69型磁力起动器，作为皮带电机的起动开关，其电压等级为660V，额定电流为120A。
满足要求。
2.3.2其他装置的选择
照明信号综合保护装置选择一台ZXZ2-10.0/660M型照明信号综合保护装置，放置于该掘进巷道配电点，提供照明电源。
三、供电电缆的选择
根据我矿的实际情况及《煤矿安全规程》的要求，该掘进工作面的高压进线用的干线电缆选择具有煤安标志的，满足煤矿井下使用的MYPTJ-10型橡套电缆，对其截面积进行选择，截面选择完毕后，还需进行相关校验以确定其是否满足要求；同样，低压各支线电缆选择具有煤安标志的、满足煤矿井下使用的MYPTJ-10型橡套电缆，只需对其截面积进行选择，然后进行相关校验以确定其是否满足要求。
3.1高压电缆的校验计算
从四煤变电所至XXXXXX配电点高压电缆选择计算：
（电缆型号MYPTJ-10）
按现在XXXXXX所带最大负荷计算电缆截面，总负荷包括：
包括：
1部40kW刮板机、2部75kW皮带机、2部7.5kW皮带涨紧电机、1台10kW照明综保、1台5.5kW潜水泵、1台37kW潜水泵、1台55kW潜水泵、一台306kW掘进机（不含局部通风机）。
3.1.1长时工作电流
的计算
∑PN=611（kW）
S=∑PN×Kr/cosα=611×0.5/0.6≈509（kVA）
Ig=S/（
）=509/（1.732×10×0.7）≈42（A）
3.1.2按持续工作电流以及电缆允许的载流量选择电缆截面积
查《煤矿电工实用手册》第二分册《矿井供电》（下）中表12-2-26，选用MYPTJ-103×35mm2型电缆，该电缆的允许载流量为
=171A，远大于Ig=42（A），满足使用要求。
3.1.3按电压损失校验电缆截面积
MYPTJ-103×35mm2型电缆高压电缆长度预计为80米。
校验计算时以80米长度进行校验。
电压损失百分数
额定电压 （kV）
、
电缆线路单位长度的电阻及电抗，Ω/km
L 电缆线路长度 km
=1.732×42×0.08×（0.522×0.6+0.084×0.8）/（10×10）%
=0.022%
根据《全国供用电规则》的规定，高压系统中的电压损失在正常情况下不得超过7%，故障状态下不得超过10%。
所以，所选电缆的截面积符合要求。
3.1.4按短路电流校验电缆的热稳定性
式中：
电缆短路时热稳定要求的最小截面积 mm²
短路电流作用的假想时间，由于线路较长，取开关跳闸时间为0.1s
C热稳定系数， 查表得C＝120
线路最末端端短路时三相最大稳态短路电流 A
线路最末端端短路时两相最大稳态短路电流 A
根据井工三矿高压整定计算说明可得：
IK（3）=1.15×IK
（2）=1.15×1598=1838（A）
Amin≥
×
/C=0.316×1838/120=4.8mm2
所选电缆截面积为35mm2，大于4.8mm2 ，故合格。
3.2EBZ-200掘进机组电缆的选择及校验
3.2.1按长时允许载流量进行该电缆的选择及校验
Ig=P/（
）=306/（1.732×1.14×0.7）≈221（A）
选用MYP0.66/1.143×95+1×35mm2电缆,长度1000m,查表得其长期允许载流量为248A,大于221A,满足要求。
3.2.2按正常运行时的电压损失进行校验
网络允许的电压损失为ΔU=1200-（1140×95%）=117V。
对于MYP0.66/1.143×95+1×35mm2电缆,R0=0.230、X0=0.075（Ω/kM）。
cosφ、sinφ、tgφ电动机的额定功率因数及相应的正弦正切值
该支线电缆中的电压损失为（长度为1000米）：
=1.732×221×1×（0.230+0.075×1.02）/1.2=98V
式中：
L支线电缆的实际长度km
Pn电动机总的额定功率kW
Un电网的额定电压kV
电压损失小于117V,满足要求。
3.2.3根据掘进机起动时进行校验
根据掘进机的工作情况，不宜同时起动各台电机。
由于截割部电机起动时电压损失最大，因此只计算此种工作情况即可。
按照规定，起动时电压损失不得大于额定电压的25%。
截割部电机的起动电流按额定电流的6倍计算。
起动电流I=6×200/（1.732×1.14×0.7）≈868A
电压损失:
=1.732×868×0.5×（0.230×0.7+0.075×0.714）/12
≈13.4%＜25%满足要求。
3.3XXXXXX掘进巷动力电缆的选择及校验
3.3.1按长时允许载流量进行该电缆的选择及校验
Ig=PKr/（
）=305×0.5/（1.732×0.66×0.7）≈191（A）
选用MYP0.66/1.14/3×70+1×35mm2电缆,长度1000m,查表得其长期允许载流量为215A,大于191A,满足要求。
3.3.2按正常运行时的电压损失进行校验
网络允许的电压损失为ΔU=690-（660×95%）=63V。
对于MYP0.66/1.143×70+1×35mm2电缆,R0=0.314、X0=0.078（Ω/kM）。
cosφ、sinφ、tgφ电动机的额定功率因数及相应的正弦正切值
该支线电缆中的电压损失为（长度为50米）：
=1.732×195×0.05×（0.314+0.078×1.02）/0.69=10V
式中：
L支线电缆的实际长度km
Pn电动机总的额定功率kW
Un电网的额定电压kV
电压损失小于63V,满足要求。
经上述计算满足要求，故所选动力干线电缆MYP0.66/1.143×70+1×35mm2亦满足要求。
3.4照明电缆的选择及校验
照明电缆选用MYP0.66/1.143×2.5+1×1.5mm2型电缆若干，满足要求。
四、短路电流估算
根据《井工三矿高压整定计算说明书》中高压线路短路电流计算可知：
XXXXXX移变高压进线侧的两相短路电流
高压部分阻抗：
Ω
Ω
10KV级KBSGZY矿用隔爆型移动变电站参数:
KBSGZY-315（400/500/630/800）/10等容量的移动变电站短路电压百分数（阻抗电压）UK=4.0%;由于容量较大的变压器其电阻远小于电抗，故变压器电抗XT就近似等于其阻抗ZT;
故有KBSGY-400/10-1140V掘进机移变的阻抗：
故有KBSGY-630/10-660V动力移变的阻抗：
根据低压电缆的换算系数：
MYP0.66/1.143×95k=0.52
MYP0.66/1.143×70k=0.71
MYP0.66/1.143×50k=1
MYP0.66/1.143×35k=1.36
MYP0.66/1.143×25k=1.91
MYP0.66/1.143×16k=3.1
MYP0.66/1.143×50R=0.448Ω/kmX=0.081Ω/km
4.1移变低压出口处两相短路电流值
KBSGY-400/10-1140V掘进机移变低压出口短路电流
Id机=1140/（2
）
=1140/（2
）
≈3416A
KBSGY-630/10-660V动力移变低压出口短路电流
Id动=660/（2
）
=660/（2
）
≈8265A
4.2变压器到馈电开关的电缆末端发生两相短路时的短路电流Id1Id3
因变压器到馈电开关的电缆比较短为10m，所以其两相短路电流约等于移变出口处的两相短路电流,故有:
Id1=Id机=3416A
Id3=Id动=8265A
4.3馈电开关至掘进机的电缆在其末端发生两相短路时的短路电流Id2
已知：
MYP0.66/1.14-3×95+1×35mm2电缆长1km
R2=1×0.52×0.448=0.23296Ω
x2=1×0.52×0.081=0.04212Ω
R、X高压侧电缆和移变的电阻及电抗；
R2、X2低压电缆的电阻及电抗；
Id2=1140/（2
）
=1140/（2
）
≈1737A
4.4馈电开关至水泵开关的电缆干线在其末端发生两相短路时的短路电流Id4
已知：
MYP0.66/1.14-3×50+1×25mm2电缆长0.5km
R4=0.5×0.448=0.224Ω
X4=0.5×0.081=0.0405Ω
R、X高压侧电缆和移变的电阻及电抗；
R2、X2低压电缆的电阻及电抗；
Id4=660/（2
）
=660/（2
）
≈1350A
4.5馈电开关至水泵电机在其末端发生两相短路时的短路电流Id5
已知：
MYP0.66/1.143×50电缆长0.4km
MYP0.66/1.143×16电缆长0.1km
R5=（0.4+0.1×3.01）×0.448=0.3140Ω
X5=（0.4+0.1×3.01）×0.081=0.0567Ω
R、X高压侧电缆和移变的电阻及电抗；
R2、X2低压电缆的电阻及电抗；
Id4=660/（2
）
=660/（2
）
≈985A
4.6馈电开关至皮带电机在其末端发生两相短路时的短路电流Id6
由于馈电开关至皮带电机之间的电缆不足50米，阻值可以忽略不计，因此该短路点的两相短路电流值取馈电开关的两相短路电流值；
Id6=Id3=8265A
4.7各短路点两相短路电流值
表五
短路点
电缆截面积长度
换算长度
两相短路电流实际计算值（A）
截面（mm2）
长度（m）
KH
LH（m）
d1
95
10
0.52
5
3416
d2
95
1000
0.52
530
1737
d3
70
10
0.73
7
8265
d4
50
500
1
500
1350
d5
d5
50
400
1
400
985
16
100
3.01
301
d6
50
30
1
30
8265
五、开关柜、组合开关整定及灵敏度校验
磁力启动器电子保护器的过流整定方法：
整定值按公式
（1）选择：
IZ≥1.05Ie
（1）
式中：
IZ——电子保护器的过流整定值，应取电动机额定电流的近似值，A；
Ie——电动机的额定电流，A。
当运行中电流超过IZ值时，即视为过载，电子保护器延时动作，当运行电流达到IZ-值的6-8倍及以上时，即视为短路，电子保护器瞬时动作。
所以IZ值整定不应超过Ie，也不得过小应整定在等于或最接近于电动机额定电流的档位上。
按公式
（1）选择出来的整定值，应以电动机接线端两相短路电流进行校验保护装置的可靠动作系数。
应符合公式
（2）的要求：
K=
（2）
式中Id
（2）——最小两相短路电流，A；
K——可靠动作系数。
（2）、配电点馈电开关保护装置的整定计算方法
配电点馈电开关是用来停送被控支路电源的，对供电干线起过载保护、短路保护作用，对电动机端短路起后备级保护作用，不承担电动机的过载保护。
1）、过载保护
过载整定值按公式（3）计算：
Kx∑Ie＜Iz≤Iy（3）
式中Iy——电缆的长期允许工作电流，A；
∑Ie——被控制电动机额定电流之和，A；
Kx——需用系数。
2）、短路保护
整定值按公式（4）计算：
Idz≥IQe+Kx∑Ie（4）
式中Idz——短路保护电流整定值，A；
IQe——容量最大的电动机的额定启动电流，A；（估算时不能小于实际启动电流）
∑Ie——其余电动机机的额定电流之和，A。
3）、灵敏度系数
按公式（5）校验：
K=
（5）
在灵敏度系数足够大时，Idz值应选择稍大一些，防止正常启动运转时开关跳闸
5.1真空磁力起动器的整定
5.1.1QBZ-200真空电磁起动器整定计算：
皮带机：
P=150kW
1、过载整定：
IZ≥1.05Ie
QBZ-200磁力启动器的保护为JDB-200,过载电流值取162A。
2、短路整定：
IZ2=8Ie=8×154=1232（A）
短路保护整定值取1235A
3、校验灵敏度系数：
由于本线路d6点最小两相短路电流值最小8265A,如果将其带入式中满足,本点灵敏系数肯定也满足;故有
>1.5满足灵敏度要求。
5.1.3QBZ-80真空电磁起动器整定计算：
水泵：
P=55kW;
1、过载整定：
IZ≥1.05Ie
QBZ-80磁力启动器的保护为JDB-80,过载电流值取60A。
2、短路整定：
IZ2=8Ie=8
57=456（A）
短路保护整定值取460A
3、校验灵敏度系数：
由于本短路电流d5点最小两相短路电流值985A,故有
>1.5满足灵敏度要求。
5.2馈电开关的整定
5.2.1掘进机用KBZ-400/1140型智能真空馈电开关过流、短路保护整定；
1、过流保护整定：
Ig=P/（
）=306/（1.732×1.14×0.7）≈221（A）
则：
1.1Ig
过载电流值取250A。
2、短路保护动作值整定：
短路整定倍数=
=3.5
短路保护输入为4倍数值。
3、校验灵敏度系数：
>1.5满足灵敏度要求。
5.2.2KBSGZY-630/10-660变压器二次侧总开关整定：
动力用KBZ-400/660型智能真空馈电开关过流、短路保护整定；
1、过负荷反时限保护整定：
Ig=S/（
）=220/（1.732×0.66×0.7）≈275（A）
IZ≥1.1Ie
过载整定值取310.
2、短路智能汉显保护动作值整定：
短路整定倍数=
=3.4
短路保护输入为3.5倍数值。
3、校验灵敏度系数：
>1.5满足灵敏度要求。
5.2.3KBSGZY-500/660变压器二次侧总开关整定（风机专用）：
两台KBZ-400/660型智能真空馈电开关过流短路保护整定；
1、过负荷反时限保护整定：
则：
过载电流输入值取41A。
2、短路智能汉显保护动作值整定：
短路整定倍数=
=5.6
短路保护输入为6倍数值。
3、校验灵敏度系数：
>1.5满足灵敏度要求。
六、XXXXXX工作面所有电器设备保护整定值结果
6.1各类防爆开关整定值
表七
序号
设备名称
设备型号
过流整定值（A）
短路保护倍数
动作
灵敏度
控制
设备
编号
备注
1
移动变电站
KBSGY-400/10-1140V
合格
掘进机
2
移动变电站
KBSGY-630/10-660V
合格
XXXXXX660V用电设备
移动变电站
KBSGY-500/10-660V
合格
风机专用
移动变电站
KBSGY-500/10-660V
合格
风机备用
移动变电站
KBSGY-400/10-660V
合格
排水备用
4
智能真空馈电开关
KBZ-400
-1140
250
4倍
合格
掘进机
因为现场实际情况达不到设计计算长度时工作电流值，因此整定情况应根据现场适当缩小。
5
智能真空馈电开关
KBZ-400
-660
310
3.5
升级会员 