第4章综采工作面供电计算

第4章综采工作面供电设计计算

编写本章的目的在于正确地拟定综采工作面供电系统；正确地选择井下供电单元的变压器容量、控制开关、动力电缆；正确地计算、整定、调试继电保护装置。使供电系统安全，供配电设备容量合理，高低压开关保护装置动作灵敏可靠，既不误动又不拒动。掌握或了解低压供电系统的计算方法，对煤矿井下电气设备检修大有帮助。

4.1 供电设计计算概述

1. 设计依据

（1）综采工作面巷道布置、巷道尺寸及支护方式；

（2）综采工作面地质、排水、通风、沼气情况；

（3）综采工作面机电设备布置、作业过程、运输情况；

（4）综采工作面机电设备容量、技术参数及性能；

（5）作业制度。

（6）技术和经济指标

2. 设计要求

（1）应符合《煤矿安全规程》、《井下供电设计技术规定》和《煤炭工业设计规范》中的要求；

（2）尽量选用定型的国产新产品

（3）应保证安全、可靠、经济、合理、技术先进。

3. 设计步骤

（1）根据地质条件、巷道布置、通风、机电设备容量、设备的分布情况确定移动变电站及工作面配电点的位置；

（2）综采工作面用电设备负荷统计，确定移动变电站容量、型号、台数；

（3）根据综采工作面设备的布置情况，拟定供电系统图；

（4）选择高压配电装置和高压电缆；

（5）选择低压电缆；

（6）选择低压开关；

（7）继电保护装置的整定计算；

（8）绘制综采工作面供电系统图。

4.2 综采工作面供电系统负荷计算

1. 供电电压

综采工作面的供电电压可根据日生产能力、单机或双机最大容量、总装机容量来确定电压等级。参考范围见表4-1。

表4-1 综采工作面电压等级使用范围

应符合下列要求：高压，不超过10kV；低压，不超过1140V；照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127V；远距离控制线路的额定电压，不超过36V；采区

电气设备使用3300V 供电时，必须制定专门的安全措施。”

由于日产万吨矿井综采工作面装机总容量不断增大，传统的井下6kV 配电电压已不能满足供电合理的要求。目前，部分矿井井下已使用10kV 高压作为配电电压，配套的10kV 煤矿井下配电设备，国内已有正式生产厂家。

2. 负荷统计

把综采工作面用电负荷逐项填入表4-2中，进行统计。

表4-2 综采工作面负荷统计表

3. 移动变电站变压器容量计算

综采工作面变压器容量计算方法，通常采用需用系数法。需用系数法是借助一些统计数据，通过计算手段，由各用电设备的额定功率求取一组用电设备的计算负荷的方法。一组用电设备的计算负荷为

cos de N ca w m

k P S ϕ∑=

（4-1）

式中 S ca --一组用电设备的计算负荷，kVA ；

∑P N --具有相同需用系数K de 的一组用电设备额定功率之和，kW 。 综采工作面用电设备的需用系数K de 可按下式计算

N

de P P k ∑+=max 6

.04.0 （4-2）

式中 P max --最大一台电动机额定功率，kW ；

wm ϕcos --一组用电设备的加权平均功率因数，即各用电设备的额定功率N i P 与功率因

数cos Ni ϕ的乘积之和与它们总功率之比，即为

Nn

N N Nn

Nn N N N N wm P P P P P P +⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅++=

212211cos cos cos cos ϕϕϕϕ （4-3）

采区其它作业电力负荷的需用系数K de 和加权平均功率因数wm ϕcos 也可查《煤矿电工手册》、《煤矿井下供电设计技术规定》等资料求取。表4-3给出了参考。

表4-3 矿井电力负荷计算需用系数de K 及加权平均功率因数wm ϕcos

4. 移动变电站台数的确定

移动变电站总的额定容量S N应大等于计算容量S ca，即

S N≥S ca （4-4）

综采工作面采用一台移动变电站是不能满足要求的。移动变电站容量应根据设备的布置、电压等级和容量，确定几个分组方案，分别求出各方案下的各组计算容量，初选移动变电站的额定容量及台数，确定最优分组方案。

国产矿用隔爆型移动变电站（联合设计）主要技术数据见表4-4a，太原万鵬变器压公司生产的隔爆型移动变电站技术数据见表4-4b，国外移动变电站主要技术数据见表4-4c。

表4-4a 国产矿用隔爆型移动变电站技术数据

太原万鵬变压器公司生产的隔爆型移动变电站技术数据

注：以上参数为太原万鵬变压器公司（原太原变压器厂）的产品

表4-4c 国外矿用隔爆型移动变电站主要技术数据

4.3 综采工作面供电系统的拟定

1. 拟定综采供电系统的原则

1）在保证供电可靠的前提下，力求减少电缆的根数和长度，尽量避免回头供电。橡套电缆长度按敷设路径长度增加10%，铠装电缆长度按敷设路径增加5%；

2）采煤机功率相对较大，宜采用单独电缆供电；工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式线路供电；带式输送机可以采用干线式供电，对多台大容量带式输送机，也可以用辐射

式线路供电；

3）配电点的设置。综采工作面设置为集中配电点，一般距离工作面50~70m，随工作面的移动而移动；对输送机及其他附属机械，因位置的分散，可分别设置配电点；

4）原则上1台起动器控制1台电动机。对采煤机等重要生产机械应设备用起动器，即一用一备；对控制刮板输送机的起动器，采用二用一备。各备用起动器与工作起动器的主接线，可参考图4-1连接；

图4-1 工作起动器与备用起动器的连接

a-起动器一用一备主接线；b-起动器二用一备主接线

1#、3#-工作起动器；2#-备用起动器

5）配电点在3台及以下起动器时，可以不设进线总馈电开关；

6）移动变电站低压侧已有低压馈电开关，而且保护齐全，可以不在移动变电站之外再设置低压总馈电开关；

7）综采工作面一般选用2~3台移动变电站。例如，1#移动变电站向带式输送机及其他转运设备供电；2#移动变电站向采煤机、乳化液泵和喷雾泵供电；3#移动变电站向刮板输送机、转载机等供电。2#、3#移动变电站的负荷可以根据需要适当调换。

2. 综采工作面供电系统的拟定

根据供电系统拟定原则，初步拟定综采工作面供电系统。

3. 综采工作面供电设备的布置

综采工作面供电设备布置，是根据运输巷道断面、顶底板地质情况、瓦斯含量等，基本上分为4种方案。这是矿上地质、技术部门等在设计综采工作面，布置巷道时已考虑和论证过的。

1）方案Ⅰ-大断面单巷道布置法

工作面配电点和乳化液泵站等设备布置在可伸缩带式输送机的一侧，随着工作面的推进，移动供电设备及泵站，因为起动器通常放置在平板矿车上。这一方案缺点是巷道断面大，开拓量大，支护成本高。其优点是，供电、供液距离短，低压电缆电压损失小，液压管路压力损失小，而且设备移动很方便，便于供电、供液设备的维护。是现代综采供电的典型方案，地质条件许可时，应优先选用。工作面设备的布置如图4-2所示。