综采工作面供电设计[2]

综采工作面供电设计

第一章 绪论

综采工作面供电系统由高压防爆开关、高压电缆、移动变电站、低压馈电开关、低压防爆磁力起动器、低压橡套电缆组成。来自采区6000V高压电，经过移动变电站将压，变为1140V、660V等的低电压，经低压馈电开关、防爆磁力起动器，以及低压橡套电缆，供给采煤机、输送机等用电设备。综采工作面，机电设备多，用电容量大，推进速度快。所以综采工作面对供电的要求也比较高，概括起来主要有以下几点：

⑴供电电源采用移动变电站以缩短低压供电距离，减小电压损失，提高供电质量。变电站在平巷的轨道上可以随时移动，配电点也应采用便于移动的配电车。

⑵为了保证大容量电动机起动和正常工作，要求提高对采区的供电压。

⑶电气设备应设有良好的保护装置和指示装置。一但发生电气事故，能立即切断电源，并正确指示故障类型。

⑷配电点应设有一定数量的备用起动器和馈电开关，以便开关损坏后随时更换。

⑸起动器的控制回路应采用本质安全电路。

⑹电器设备在安装与拆卸时应迅速方便，设备与电缆的连接应使用插销连接器。

为了保证综采工作面供电系统的安全可靠、经济合理的运行，必

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须对供电系统进行必要的计算，正确地选择电气设备，并对所用电气设备进行合理的验算。

第二章 综采工作面的参数及设备选用 2．1 主要地质参数及采煤工艺

工作面煤层为5#煤层，工作面斜长150m，走向长度为900m，工作面倾角21，煤质硬度f=2~2.5，煤层平均厚度为2.6m，采煤方法为走向长壁后退式一次采全高。

综采工作面巷道及设备布置图如图1——1所示。

2．2 设备选用

2．2．1 工作面设备选用

采煤机选用西安煤矿机械厂生产的MXA——300/3.5型采煤机，其额定功率为300kw，额定电流188A，额定电压1140V。

工作面刮板运输机采用西北煤矿机械一厂制造的SGZ——730/320型输送机，机头及机尾都采用额定功率为160kw的电机，其额定电流100.5A，额定电压为1140V。

工作面选用QY3200——13/32型掩护式液压支架100架，用来支护工作面顶板。

2．2．2 工作面运输巷设备选用

工作面运输巷转载机采用西北煤矿机械一厂制造的ZGZ——730/110型输送机，机头采用额定功率为110kw的电机，其额定电流68.5A，额定电压为1140V。

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工作面运输巷皮带运输机采用西北煤矿机械二厂制造的 DSP1080——/1000型输送机，采用额定功率为160kw的电机，其额定电流174.1A，额定电压为660V。

工作面运输巷破碎机采用西北煤矿机械一厂制造的LSP1000型破碎机，采用额定功率为110kw的电机，其额定电流68.5A，额定电压为1140V。

工作面运输巷乳化液泵采用无锡煤矿机械厂制造的XRB2B——125/350型乳化泵2台，采用额定功率为75kw的电机，其额定电流47.1A，额定电压为1140V。

工作面运输巷喷雾泵采用无锡煤矿机械厂制造的XPB——250/55型乳化泵2台，采用额定功率为30kw的电机，其额定电流19.6A，额定电压为1140V。

第三章 供电系统负荷计算

3．1 电压等级

工作面的电源电压6kv，来自1000m以外的采区变电所。根据用电设备的容量与布置，采用660v和1140v两种电压等级供电，照明灯电压采用127v。

3．2 工作面移动变电站与配电点位置的确定

移动变电站与配电点开关均装在进风巷内的移动列车上，可以随工作面的推进，煤隔50~300m，在轨道上移动一次。

3．3 负荷统计及移动变电站选择

3

负荷统计见表1

3．3．1 供电系统的拟订原则

⑴符合《煤矿安全规程》供电设计规定。

⑵各种供电设备的额定电压与所在线路上的额定电压一致；电缆的额定电压应等于或略大于所在线路的额定电压。

⑶设备的额定电流或者长时允许负荷电流应等于或略大于工作中所通过的长时负荷电流。

⑷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。

⑸电缆主芯线截面应等于或大于三相短路电流的热稳定截面。 ⑹综采工作面供电应采用移动变电站。 ⑺井下照明及电钻用电电压为127V。

根据供电系统拟订原则，选择3台移动变电站，其容量分别决定。 1#移动变电站向带式输送机和回柱绞车供电，其容量计算值为： Sb1PeKx1810.96247kVA cospj0.70式中 KX——需用系数，KX=0.4＋0.6

Pd168=0.4＋0.6×=0.96 Pe181 cospj——加权平均功率因数，取cospj=0.7。

选用1台KSGZY——315/660型移动变电站，其额定容量为315KVA＞Sb1=247KVA，满足供电要求。

2# 移动变电站向采煤机、乳化液泵站、喷雾泵站供电，其需用容量计算值为：

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Sb2PeKx5100.752512kVA cospj0.75式中 Kx=0.4＋0.6

3000.752； 512cospj=0.75。

选用1台KSGZY——630/1140型移动变电站，其额定容量为630KVA＞Sb2=512KVA，满足供电要求。

3# 移动变电站向工作面刮板运输机、转载机、破碎机等供电，其需用容量计算值为：

Sb3PeKx5440.75579kVA cospj0.70式中 KX——需用系数，KX=0.4＋0.6

Pd1602=0.4＋0.6×=0.75 Pe544 cospj——加权平均功率因数，取cospj=0.7。

选用1台KSGZY——630/1140型移动变电站，其额定容量为630KVA＞Sb2=579KVA，满足供电要求。

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表1 综采工作面负荷统计

设备名称 电动机台 数 MXA—300/3.5采煤机 XRB2B—125/350型乳化泵 XPB—250/5.5型喷雾泵 小结功率（ΣPe） 加权平均功率因数cosφpj SGZ—730/320刮板输送机 LSP—1000型破碎机 ZGZ—730/110型转载机 小结功率（ΣPe） 加权平均功率因数cosφpj DSP1080/1000型带式输送机 JH2—14型回柱绞车 小结功率（ΣPe） 加权平均功率因数cosφpj 总计功率（KW） 1 1 YSB-160 BJO2—61—4 160+4×2 17 660 660 2 1 1 YSB-160 YSB-110 YSB-110 160×2 110 110 1 2 2 DMB-300 DYB-75 DYB-30 300 72×2 30×2 1140 1140 1140 510 0.75 1140 1140 1140 2×100.5 68.5 68.5 544 0.70 174.1 14.4 181 0.70 1235 0.85 0.88 6 5.4 0.85 0.85 0.85 6 5.5 5.5 188 47.1 19.6 电动机型号 额定功率 额定电压 额定电流 额定功率因数cosφe 无功功率起动电流倍数 视在功率( kvA) (kvar) 5.6 6.5 7 0.86 0.88 0.82 512 45.21 579 198.25 247 168.07 1338 411.53 6

第四章 供电网络计算

4．1供电设备的选型与供电系统的拟订

根据供电设备选型的原则及所选设备的电动机型号规格，初步设计出如图3——1所示的综采工作面的供电系统。

考虑电源采区变电所高压配出线选用BGP6——6型高压配电装

4、2高压电缆截面校验

按设计规定，初选UYPJ—3.6/6—3×35＋3×16/3＋3×2.5——1200m型号的矿用6KV铜芯、橡套、双屏蔽电缆，其主芯线截面为Ae=35mm2。

4．2．1 按长时容许负荷电流校验

查表得这类电缆的长时容许负荷电流Iy=138A。 长时负荷电流计算值为； IthPeKx1033Uecospjpj12350.546103360000.70.9102.9A

式中，ΣPe=1235KW——本综采工作面各用电设备额定容量的总和； Kx —需用系数KX=0.4＋0.6

Pd300=0.4＋0.6×0.546； Pe1235 Ue——额定电压，Ue=6000V；

cospj——功率因数，取cospj=0.7。 ηpj——平均效率，估计ηpj=0.9。

因为，Ith=102.9A＜Iy=138A，所以所选高压电缆满足长时工作发热要求。

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4．2．2 按经济电流密度校验高压电缆截面

Aj=

IfhIj102.92

45.7mm2＞Ae=35mm 2.25式中，Ij——经济电流密度，A/mm2，查表，取Ij=2.25 A/mm2。

所选电缆截面偏小，但基本满足使用要求。 4．2．3 按热稳定校验电缆截面

井下中央变电所6KV母线上的最大短路容量正好被限制在50MVA，其最大三相稳态短路电流为：

I3Sd3U50106360004811A

当综采工作面离井下中央变电所较近时，可以忽略这段电缆的阻抗，按下式求得中央变电所到综采工作面移动变电站间高压电缆的截面，即 Amin=

3ItjC48110.252

25.7mm

93.4Tj—短路电流的假象时间tj=0.25s； C—电缆的热稳定系数，铜芯橡套电缆C=93.4 Amin=25.7mm2＜Ae=35mm2，满足热稳定要求。

4．3 按长时负荷电流与机械强度要求初选低压电缆截面

井下低压电缆截面应按下列原则选择与校验： ⑴按井下对移动电缆机械强度要求初选电缆截面； ⑵按长时允许负荷电流复选电缆截面；

⑶按允许电压损失校验电缆截面，以保证电动机正常运转； ⑷按最远最大电动机起动时校验电压损失，以保证电动机能正常起动的并联电动机能继续正常工作；

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⑸用熔断器保护的，应按熔件额定电流与两相短路电流和电缆最小截面的配合要求进行校验；

⑹热稳定校验，按运行中可能通过的最大稳态短路电流校验热稳定性，以保证电缆能承受工作中可能遇到的短路电流，一般可以选择变压器配出最细的电缆做热稳定校验，它若符合要求，其他粗截面的电缆就没问题，不必一一校验；

⑺按过电流保护灵敏系数要求来校验电缆截面。 具体选择方法与结果见表2

表2按长时负荷电流与机械强度要求初选低压电缆截面 机械强度要求最小电缆编号 L4 L5 L3 L7 L8 L9 L10 L6 L11 L12 L14 L15 L3 负荷名称 回柱绞车 回柱绞车 带式输送机 乳化液泵 乳化液泵 喷雾泵 喷雾泵 采煤机 刮板输送机 刮板输送机 转载机 破碎机 照明 30~50 16~35 16~35 4 截面（mm） 2长时负荷电流（A） 14.4 14.4 174.1 47.1 47.1 19.6 19.6 188 100.5 100.5 68.5 68.5 长时负荷电流 要求最小截面（mm） 4 4 50 6 6 4 4 70 25 25 16 16 2初选标准截面（mm） 16 16 50 25 25 10 10 70 35 35 25 25 2备注 4．4 按容许电压损失校验电缆截面

4．4．1 1# 移动变电站低压配电系统 1）正常运行时的电压损失校验

（1）正常负荷变压器内部电压损失百分数为：

ΔUb%=

SbUcospjUxsinpj Sbe 9

=

式中，Uτ=

2470.670.703.940.7142.57 315Pd21000.67——变压器内部电阻上压降的百分数 Sbe1031510Ux=Ud2U2420.6723.94——变压器内部电抗上压降的百分数

Ud——变压器通过额定电流时内部阻抗上电压降的百分数，从表查得Ud=4

变压器内部电压损失为： ΔUb=ΔUb%

E2e6902.5717.75 100100⑵L4电缆上的容许电压损失为：

ΔUL4=ΔUy-ΔUb=96-17.75=78.24V 式中660V电网：ΔUy=690-0.9×660=96V

前面初选L4电缆截面Ae=16mm2＜50 mm2，所以忽略电抗上的电压损失。

要求L4的最小截面为：

PeL410313120010007.89mm2 AL4=

DUeUL442.566078.240.9 AL4=7.89mm2＜Ae=16mm2

所以初选L4电缆的截面Ae=16mm2满足正常供电要求。 2）按最远最大电动机起动条件校验起动电压 ⑴阻抗等值电路如图所示。

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RbZbXbRyZyXyRL4ZL4XL4RqZqXqUze=690V图1 变电站供电系统起动阻抗等值电路Zb-变压器内部阻抗；ZL4-Z4电缆阻抗；Zy-带式输送机等值阻抗；Zq-回柱绞车电动机起动阻抗

⑵绞车电动机启动阻抗：

额定起动电流 Ieq=KqIe=5.4×14.4=77.6A 起动功率因数 cosq=0.5 起动阻抗Zq=

Ue660=4.91 3Ieq377.6起动电阻Rq=Zqcosq=4.91×0.5=2.46 起动电抗xq=Zqsinq=4.91×0.886=4.25 ⑶ L4电缆阻抗：

电阻 RL4=1.18R0L4=1.18×1.16×1.21=1.656 电抗 XL4=X0L4=0.090×1.21=0.1089 ⑷ 起动时的绞车电动机和L4电缆的串联阻抗： 电阻 R1=Rq＋RL4=2.46＋1.656=4.116 电抗 X1=xq＋xL4=4.25＋0.1089=4.3589 阻抗 Z1=电导 g1=

R1X1224.11624.358925.995

R14.1160.1145 25.995Z111

电纳 b1=

X14.35890.1212 225.995Z1⑸带式输送机正常运行等值阻抗：

0.966020.851.98 阻抗 Zy=

Pe10001681000U2ecose电阻 Ry=Zycose1.98×0.85=1.69 电抗 Xy=Zysine1.98×0.527=1.043 电导 gy=电纳 by=

RyZy21.690.43 21.981.0430.265 1.982XyZy2⑹绞车电动机起动时，变压器的负载阻抗： 电导 ∑g=gy＋g1=0.43＋0.1145=0.5445 电纳 ∑b=by＋b1=0.265＋0.1212=0.3862 导纳 Y2=g2b20.544520.386220.6675 阻抗 Z2 =

111.498 Y0.6675电阻 R2=g×Z2=0.5445×1.4982=1.2218 电抗 X2=b×Z2=0.3862×1.4982=0.8666 ⑺变压器内部阻抗： 变压器二次侧额定电流 Ibe=电阻 Rb=电抗 Xb=

P3Ibe2Sbe10003Ube3150003660275.5A

21000.009 23275.53.9446601003275.50.055

UxUbe1003Ibe式中，Ux——变压器通过额定电流时，内部电抗上压降的百分数

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Ux=U2dU2420.66623.944

UR——变压器通过额定电流时，内部电阻上压降的百分数， UR=

P21000.666% 10Sbe10315⑻绞车电动机起动时，变压器输出电流回路阻抗和输出电流： 电阻 R=R2+Rb=1.2218+0.009=1.2308 电抗 X=X2＋Xb=0.8666＋0.055=0.9216 阻抗 Z=R2X21.230820.921621.5376 输出电流 I=

E2e3Z69031.5376259.08A

输出电流复数值I=259（

Rx1.23080.9216） j）=259（jZz1.53761.5376 =25936.82.

⑼ 绞车电动机起动时变压器输出端相电压： U=IZ=25936.82（1.2218＋j0.8666） =387.951.474 ⑽ 绞车电动机实际起动电流：

U387.951.474387.951.47464.7148.11 Isq=Z14.116j4.35895.99546.64⑾ 绞车电动机实际起动电压： Usq=3IsqIq364.714.91 =550.3V＞Uyq=495V

所以1#移动变电站供电系统满足起动要求。 4．4．2 2#移动变电站低压配电系统 1）正常运行时的电压损失校验

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⑴正常运行时变压器内部电压损失：

ΔUSb%=bSUcosbUsinb be=

5126300.610.83.950.62.32 ΔUb=ΔUE1190b%2e1002.3210027.6V

式中 Sb——变压器计算负荷，KVA；

cosb、sinb——变压器负荷功率因数及相应的正弦值，估计cosb=0.8

Uτ—— 变压器通过额定电流时，电阻上压降的百分数，

UPτ=

S103850630100.61； beUx——变压器通过额定电流时内部电抗上压降的百分数。

Ux=U2dU2420.6123.95

Ud=4——变压器通过额定电流时，内部阻抗上压降的百分数。 ⑵L6电缆上的电压损失：

电缆电阻 Rl6=1.18R0L6=1.18×0.293×0.25=0.0864 电缆电抗 Xl6=X0L6=0.078×0.25=0.0195Ω 电压损失 ΔUL6=3IeRL6coseXL6sine =31880.08640.860.01590.51 =27.43V＜ΔUyl6=ΔUy-ΔUb

=164-27.6=136.3V

所以L6电缆满足正常运行要求。 2）起动电压校验

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⑴阻抗等值电路如图所示

Rb(Zb)RpUze=1190VRrXbRL6XL6Rq(Zq)Xq(ZL6)Zb-变压器内部阻抗；ZL6-L6电缆阻抗；Zq-采煤机组电动机起动阻抗；Zr-乳化液泵站电动机等值阻抗；Zp-喷雾泵站电动机等值阻抗(Zp)Xp(Zr)Xr图2 阻抗等值电路

⑵采煤机电动机起动阻抗： 额定电流 Ie=188A

额定起动电流 Ieq=KqIe=5.6×188=1052.8A 起动电流倍数 Kq=5.6 起动功率因数 cosq=0.45 起动阻抗 Zq=

Ue3Ieq11400.6252

31052.8起动电阻 Rq=Zqcosq=0.6252×0.45=0.2813 起动电抗 Xq=Zq×sinq=0.6252×0.893=0.5583Ω ⑶采煤机电动机串联L6电缆阻抗：

电阻 R2q=Rq＋RL6=0.2813＋0.0864=0.3677Ω 电抗 X2q=Xq＋XL6=0.5583＋0.0195=0.5778Ω 阻抗 Z2q=R22qX22q0.367720.577820.6848Ω 电导 g2q=

R2qZ22q0.36770.784 20.684815

电纳 b2q=

X2qZ22q0.57781.2321

0.68482⑷乳化液泵电动机正常运行等值阻抗：

0.9114020.8813.7237 阻抗 Zy=

Pe1000751000U2ecose电阻 Ry=Zycose13.7237×0.88=12.077 电抗 Xy=Zysine13.7237×0.4749=6.5173 电导 gy=电纳 by=

RyZy212.0770.0640 213.72376.51730.0346

13.72372XyZy2⑸喷雾泵电动机正常运行等值阻抗：

0.9114020.8231.9701 阻抗 Zy=

Pe1000301000U2ecose电阻 Ry=Zycose31.9701×0.82=26.2155 电抗 Xy=Zysine31.9701×0.5723=18.298 电导 gy=电纳 by=

RyZy226.21550.0256

31.9701218.2980.0179 231.9701XyZy2⑹采煤机电动机起动时，变压器的负载阻抗：

电导 ∑g=g2q＋2gτ＋2gp=0.7840＋2×0.0640＋2×0.0256 =0.9632

电纳 ∑b=by＋2bτ＋2bτ=1.2321＋2×0.0346＋2×0.0179 =1.3371

导纳 Y2=g2b20.963221.337121.6479

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阻抗 Z2 =

110.6068 Y1.6479电阻 R2=g×Z2=0.9632×0.60682=0.3546 电抗 X2=b×Z2=1.3371×0.60682=0.4923 ⑺变压器内部阻抗： 变压器二次侧额定电流 Ibe=电阻 Rb=电抗 Xb=

P3Ibe2Sbe10003Ube63000031140319.05A

38500.0126 23319.053.95311401003319.050.0814

UxUbe1003Ibe式中，Ux——变压器通过额定电流时，内部电抗上压降的百分数 Ux=U2dU2420.611123.953

Ur——变压器通过额定电流时，内部电阻上压降的百分数， Ur=

P38500.6111

10Sbe10630⑻采煤机电动机起动时，变压器输出电流回路阻抗和输出电流： 电阻 R=R2+Rb=0.3546+0.0126=0.3672 电抗 X=X2＋Xb=0.4923＋0.014=0.5737 阻抗 Z=R2X20.367220.573720.6811 输出电流 I=

E2e3Z119030.68111008.7A

输出电流复数值I=1008.7（

Rx0.36720.5737） j）=1008.7（jZz0.68110.6811 =1008.756.73.

⑼ 采煤机电动机起动时变压器输出端相电压： U=IZ=1008.756.730.606854.24

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=6122.49

⑽ 采煤机电动机实际起动电流：

IU6122.49sq=Z893.6960 2q0.684857.52⑾ 采煤机电动机实际起动电压： Usq=3IsqZq3893.690.6252 =967.78V＞Uyq=855V

所以2# 移动变电站供电系统满足起要求。 4．4．3 3#移动变电站低压配电系统 1）正常运行时的电压损失校验 ⑴正常运行时变压器内部电压损失：

ΔUb%=SbSUcosbUxsinb be=

5446300.610.83.950.62.467 ΔUb=ΔUEb%

2e1002.467119010029.36V 式中 Sb——变压器计算负荷，KVA；

cosb、sinb——变压器负荷功率因数及相应的正弦值，估计cosb=0.8

⑵L11电缆上的容许电压损失为：

ΔU11=ΔUy-ΔUb=164-29.3=134.64V ⑶L11、L12 电缆上的电压损失：

电缆电阻 Rl1=1.18R0L11=1.18×0.522×0.25=0.154 电缆电抗 Xl1=X0L11=0.084×0.25=0.021Ω

18

电缆电阻 Rl2=1.18R0L12=1.18×0.522×0.06=0.0369 电缆电抗 Xl2=X0L12=0.084×0.06=0.00504Ω⑷L11电缆的电压损失：

电压损失 ΔUL6=3IeRL11coseXL11sine

=3100.50.1540.850.0210.526 =24.71V＜ΔUyl1=ΔUy-ΔUb

=134.64V

所以L11电缆截面Ae=35mm2满足正常运行要求。 2）起动电压校验

⑴阻抗等值电路如图所示。

电动机起动时的电压水平或者起动时电网中的电压损失是电动机能否顺利起动的关键，是采区电网计算首先要考虑的问题。有时正常运行时的电压损失不超过允许值，而起动电压损失超过允许值，所以应采用计算实际起动电流在回路阻抗上产生的电压损失进行校验。

Rb(Zb)Uze=1190V(Zg)XbRL2RgXg(Zp)RpRzqXpXzqRLqXLqRL11(Z'zq)XL2(Z'Lq)XL11图3 等值阻抗电路Zb-变压器内部阻抗；Z1q、Z2q-刮板输送机电动机起动阻抗；Zp-破碎电动机等值阻抗；Zg-转载机电动机等值阻抗

⑵刮板输送机电动机起动阻抗：

19

起动阻抗 Z1q=Z2q=

Ue3IeqUe3IeKq11401.0914

3100.56起动电阻 R1q=R2q= Z1qcosq=1.0914×0.5=0.5457Ω 起动电抗 X1q=X2q= Z1qsinq=1.0914×0.866=0.9451Ω ⑶1、2号刮板输送机电动机支路阻抗： 电阻 R/1q=R1q＋RL11=0.5457＋0.1540=0.6997Ω 电抗 X/1q=X1q＋XL11=0.9451＋0.021=0.9661Ω 阻抗 Z/1q=R21qX21q0.699720.966121.1928Ω 电导 g/1q=电纳 b1q=

电阻 R/2q=R2q＋RL12=0.5457＋0.0369=0.5826Ω 电抗 X/2q=X2q＋XL12=0.9451＋0.00504=0.950Ω 阻抗 Z/2q=R22qX221q0.582620.95021.114Ω 电导 g/2q=电纳 b2q=

//

R1qZ21qX1qZ21q0.69970.4917 21.19280.96610.6790

1.19282R2qZ22qX2qZ22q0.58260.46912 21.11440.9500.7649

1.11442⑷破碎机和转载机电动机正常运行等值阻抗：

0.9114020.869.1444 阻抗 Zp=Zg=

Pe10001101000U2ecose电阻 Rp=Rg=Zpcose9.1444×0.86=7.864 电抗 Xp=Xg=Zpsine9.1444×0.51=4.6636

20

电导 gp=gg=电纳 bp=bg=

RpZp27.8640.0940 29.14444.66360.0346

9.14442XpZp2⑸刮板输送机起动时变压器的负载阻抗：

Σg=g/1q＋g/2q＋gp＋gg=0.4917＋0.46912＋2×0.0940=1.1488

Σb=b/1q＋b/2q＋bp＋bg=0.6790＋0.7649＋2×0.0577=1.5593 YΣ=g2b21.148821.559321.9367 ZΣ=

110.5163 y1.9367RΣ=ΣgZΣ2=1.1488×0.5632=0.3062Ω XΣ=ΣbZΣ2=1.5593×0.5632=0.4156Ω

⑹刮板输送机电动机起动时，变压器输出电流回路阻抗和输出电流：

电阻 ΣR=RΣ+Rb=0.3062+0.0126=0.3188 电抗 ΣX=XΣ＋Xb=0.4156＋0.0814=0.497 阻抗 Z=R2X20.318820.49720.5904

⑺刮板输送机电动机起动时，变压器输出电流和输出端电压： 输出电流 I=

E2e3Z119030.59041163.66A

输出端电压 U=IZΣ=1163.66×0.5163=600.8V ⑻刮板输送机电动机实际起动电流： Isq=

U600.8503.7 Z11.1928⑼刮板输送机电动机实际起动电压：

21

Usq=3IsqZ1q3503.71.0914 =949.7V＞Uyq=855V

所以3# 移动变电站供电系统满足起动要求。

第五章 低压电网短路电流计算

5．1 短路点的选定

短路点应选在母线上与线路的首末端，如果线路很短，可以只选在线路的首端，即母线上。根据这一原则，如图1——1所示的综采工作面供电系统。可以只选定d1~~d7七个点计算短路电流，就能满足开关选择校验与继电保护整定要求。

5．2 短路回路元件阻抗计算

⑴电源系统 a. 电源

660V

2E20.692e0.0095 Xy=Sdy50式中，E2e——低压电势，KV；Sdy——采区变电所6KV母线短路容量，MVA

高压电缆UGSP——3×35＋3×16/3阻抗计算：

R=X=

式中，Kb=

r0L0.5221.20.0076 22Kb8.7x0L0.081.20.0012 Kb28.7260008.7 690移动变电站KSGZY——315/6/0.69阻抗计算：

22

2PdE221000.692e0.010 Rb=22Sbe315210Ux%E2103.940.692e0.06 Xb=

Sbe315式中，查得：Pd——短路损耗，W。Ud%——短路百分电压， Uτ%=

b. 电源

1140V

Pd ； Ux=

Sbe10Ud%2U%2

2E21.192e0.0283 Xy=Sdy50式中，E2e——低压电势，KV；Sdy——采区变电所6KV母线短路容量，MVA

高压电缆UGSP——3×35＋3×16/3阻抗计算：

R=X=

式中，Kb=

r0L0.5222.20.0076 Kb252x0L0.082.20.0012 22Kb540005 1190移动变电站KSGZY——630/6/1.2阻抗计算：

2PdE238501.192e0.0137 Rb=22Sbe630210Ux%E2103.951.192e0.0888 Xb=

Sbe630式中，查得：Pd——短路损耗，W。Ud%——短路百分电压， Uτ； Ux=Ud%2U%2

23

c.电缆阻抗计算%=

Pd： Sbe10L4：R=r0L=1.18×1.16×1.2＋1.18×1.83×0.01=1.664 X=x0L=0.09×1.2＋0.09×0.01=0.1089 L6：R=r0L=1.18×0.293×0.25=0.0864 X=x0L=0.078×0.25＋=0.0195 L12：R=r0L=1.18×0.522×0.06=0.037 X=x0L=0.084×0.06＋=0.005 L11：R=r0L=1.18×0.522×0.25=0.1540

X=x0L=0.084×0.25＋=0.021

5．3 短路电流计算

两相短路电流计算公式：Id2=三相短路电流计算公式：Id3=代入数据计算：d7 d1点：I2d1= I3d1=d2点：I2d2= I3d2=d3点：I2d3=

69020.00760.010.010.00950.00120.0622E2e2RX22A

232A Id4546

2345465249

11904295

20.01370.04080.010.02830.00630.088822242954959 3119020.04080.01370.010.02830.00630.0888224295

24

I3d3=d4：I2d4=

242954959 3690203

20.00760.011.6640.010.00950.00120.060.108922 I3d4=d5点： I2d5=

23203234

119020.04080.01370.08640.010.02830.00630.08880.0195222867 I3d5=d6点： I2d6=

119020.04080.01370.1370.010.02830.00630.08880.005222328673310

3635 I3d6=d7点： I2d7=

119020.04080.01370.15400.010.02830.00630.08880.02122236354197 32272

25

I3d7=

2322722623

第六章 热稳定和开关分断能力校验

6．1 低压电缆热稳定校验

⑴ 1#移动变电站低压配出电缆热稳定需要的最小截面为：

Amin=I3d1t152490.2521.8Vmm2Ae16mm2

C120式中，I3d1——1#移动变电站二次母线最大三相短路电流； t1——井下过电流速动保护的假象时间，t1=0.25s； C——井下橡套电缆的热稳定系数，C=120。

不能满足热稳定要求，需要将L4电缆芯线截面加粗到Ae=35mm2，重算d4点的短路电流为： d4 I2d4=

69020.00760.010.7450.010.00950.00120.060.10222435

I3d4=

2435503 3式中 L4电缆阻抗为：

R=r0L=1.18×0.522×1.21=0.745Ω X=x0L=0.084×1.21=0.102Ω

⑵ 2#移动变电站和3#移动变电站低压配出电缆热稳定需要的最

26

小截面为：

Amin=I3d1t149590.2520.7Vmm2Ae16mm2

C120所以，初选电缆截面不足25mm2的都应加粗到25mm2。

6．2 低压开关分断能力校验

低压开关分断能力校验见表1—3

表1—3低压开关分断能力校验

开关编号 1# 2# 3# 开关型号 分断能力 （A） 分断最大电流 校验结果 （A） DZKD—660—300 DZKD—1140—400 DZKD—1140—400 7500＞Id13=5249 7500＞Id23=4959 7500＞Id33=4959 通过 4# 6# 9#~~12# 7#~~8# 14#~~18# DQZBH—660—200 QCKB30—660/30 QCKB30—1140/60 DQZBH—1140/300 4500＞Id13=5249 10000＞Id13=5249 10000＞Id43=503 4500＞Id23= Id33=5249 通不过 通过 通过 停用4#开关中的短路速断保护装置，依靠1#开关中的速断保护来保护1#移动变电站配出线上的最大短路电流。

第七章 过电流保护装置整定

7．1 高压配电装置中过电流保护的整定

工作面的高压最大负荷电流为：

27

Sbe1575103151.6A Ibe1=3Ue36000所选矿用高压隔爆型配电装置的额定电流为：

Ie=200＞Ibe1=151.6A

⑴过载保护的整定电流倍数取0.8，其整定动作电流为：

Izd=0.8Ie=0.8×200=160＞Ibe1=151.6A

⑵过电流短路保护的整定，按躲开最大电动机即采煤机电动机起动时，其它该先起动的机器已经起动来考虑，其一次动作电流计算值为：

Idzj=

1.2~1.4IqIeKx K61.3174.114.40.78.71.35.61882100.5268.547.119.620.7367.5A5动作 ndzj=

IdzjIe367.51.84 200取动作电流整定倍数ndz=2＞ndzj=1.84。

灵敏系数校验：按移动变电站二次出线端的最小两相短路电流来校验，按d2、d1点短路校验，其灵敏系数为：

2Id24295KK2=b52.151.5，满足要求。

Izd2200按d1点短路校验灵敏系数为：

28

2Id14546KK1=b8.71.31.5，不满足要求。

Izd2200再精确计算一下过电流短路保护装置的一次动作电流Idzj，精确考虑采煤机电动机实际获得0.8Ue=0.8×1140=912V电压起动，实际起动电流Iq=0.8×5.6×188=842.24A，精确计算一次动作电流为：

Idzj=313A

精确计算动作电流倍数为：

ndzj=

IdzjIe3131.57 200取动作电流整定倍数nzd=1.7＞ndzj=1.57。 按d1点短路校验灵敏系数为：

2Id14546KK1=b8.71.54＞1.5，满足要求。

Izd1.72007．2 低压隔爆型电开关中过电流保护装置的整定

⑴ 1#DZKD—660—300开关 最大负荷电流：

Ifh=Iq+ΣIe=6×174.1＋14.4=1059A 开关额定电流Ie=300A ；最小短路电流I2d4=435A 过电流保护整定电流Izd=4Ie=4×300=1200＞1059

2Id4350.361.5 灵敏系数校验K1=4Izd1200长时负荷电流Ic=174.1＋14.4=188.5A 过载整定电流Ig=0.7Ie=0.7×300=210A

29

⑵ 2#DZKD—1140—400开关 最大负荷电流：

Ifh=Iq+ΣIe=5.6×188＋66.7=1119.5A 开关额定电流Ie=400A ；最小短路电流I2d5=2867A 过电流保护整定电流Izd=3Ie=3×400=1200＞1119.5

2Id28672.391.5 灵敏系数校验K1=5Izd1200长时负荷电流Ic=188＋66.7=255A 过载整定电流Ig=0.7Ie=0.7×400=280A ⑶ 3#DZKD—1140—400开关 最大负荷电流：

Ifh=Iq+ΣIe=6×201＋2×68.5=1343A 开关额定电流Ie=400A ；最小短路电流I2d7=2272A 过电流保护整定电流Izd=3.5Ie=3.5×400=1400＞1119.5

2Id22721.621.5 灵敏系数校验K1=7Izd1400长时负荷电流Ic=201＋137=255A 过载整定电流Ig=0.7Ie=0.7×400=280 ⑷ 4#DQZBH—660—200开关 最大负荷电流：

Ifh=Iq=6×174.1=1045A

开关额定电流Ie=200A ；最小短路电流I2d1=4546A 过电流保护整定电流Izd=8×192=1536＞1045

30

2Id45462.961.5 灵敏系数校验K1=1Izd1536长时负荷电流Ic=174.1 过载整定电流Ig=192 ⑸ 6#QCKB30——1140/60开关 最大负荷电流：

Ifh=Iq=5.4×14.4=78A

开关额定电流Ie=30A ；最小短路电流I2d4=435A 熔件额定电流计算值IR=

Iq27839A 2Iq27839A 2过电流保护整定电流Izd=60＞

2Id4377.254 灵敏系数校验K1=4Izd60长时负荷电流Ic=14.4

⑹ 7#—8#DQZBH—1140/300开关 最大负荷电流：

Ifh=Iq=5.6×188=1053A

开关额定电流Ie=300A ；最小短路电流I2d5=2867A 过电流保护整定电流Izd=8×192=1536＞1053

2Id28671.871.5 灵敏系数校验K1=5Izd1536长时负荷电流Ic=188 过载整定电流Ig=192

⑺ 9#—10#QCKB30——1140/60开关

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最大负荷电流：

Ifh=Iq=6.5×47.1=306A

开关额定电流Ie=60A ；最小短路电流I2d2=4295A 熔件额定电流计算值IR=

Iq2306103A 2Iq2306103A 2过电流保护整定电流Izd=120＞

2Id429535.84 灵敏系数校验K1=2Izd120长时负荷电流Ic=19.6

⑻ 11#—12#QCKB30——1140/60开关 最大负荷电流：

Ifh=Iq=7×19.6=137A

开关额定电流Ie=60A ；最小短路电流I2d2=4295A 熔件额定电流计算值IR=

Iq213769A 2Iq213769A 2过电流保护整定电流Izd=80＞

2Id429553.74 灵敏系数校验K1=2Izd80长时负荷电流Ic=19.6

⑼ 14#—16#DQZBH—1140/300开关 最大负荷电流：

Ifh=Iq=6×100.5=603A

开关额定电流Ie=300A ；最小短路电流I2d7=2867A

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过电流保护整定电流Izd=8×112=896＞603

2Id22722.51.5 灵敏系数校验K1=7Izd896长时负荷电流Ic=100.5A 过载整定电流Ig=122A

⑽ 17#—18#DQZBH—1140/300开关 最大负荷电流：

Ifh=Iq=5.5×68.5=376A

开关额定电流Ie=300A ；最小短路电流I2d3=4295A 过电流保护整定电流Izd=8×80=640＞376

2Id42956.71.5 灵敏系数校验K1=3Izd640长时负荷电流Ic=68.5 过载整定电流Ig=80A

第八章 综采工作面过电流、漏电与接地保护 8．1 过电流保护

《煤矿安全规程》规定：井下高压电动机、动力变压器的高压侧，应有短路、过负荷和欠电压释放保护。井下由采区变电所、移动变电站或配点点引出的馈电线上，应装设短路和过负荷保护装置，或至少应装短路保护装置。低压电动机应具备短路、过负荷、单相短线的及远方控制装置。井下低压电网中过电流继电器的整定和熔断器熔体的选择，应按煤炭工业设计规范的有关矿井低压电网短路保护装置的整

33

定细则执行。同时还规定：直接向井下供电的高压馈电线上，严禁装设自动重合闸。这也是为了防止重合闸时电动机自动起动的缘故。供电系统对继电保护的基本要求是选择性好，灵敏性足够，动作快，动作可靠。

8．2 漏电保护

8．2．1 漏电保护的要求

《煤矿安全规程》规定：矿井地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，应装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单项接地保护装置。

井下低压馈电线上，应装设带有漏电闭锁的检漏保护装置或有选择性的检漏保护装置。如果无此种装置，必须装设自动切断漏电馈电线上的检漏装置。

煤电钻必须设有检漏、短路、过负荷、远距离起动和停止煤电钻的综合保护装置。

8．2．2 漏电继电器整定原则 ⑴保护660V电网

单项接地漏电电阻整定值为Rzd=11KΩ 两项接地漏电电阻整定值为Rzd=22KΩ 三项接地漏电电阻整定值为Rzd=33KΩ ⑵保护1140V电网

单项接地漏电电阻整定值为Rzd=30KΩ

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两项接地漏电电阻整定值为Rzd=60KΩ 三项接地漏电电阻整定值为Rzd=90KΩ

8．3 综采工作面的保护接地

《煤矿安全规程》规定：36V以上的由于绝缘损坏而可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、构架等，都必须有保护接地。

接地网上任一保护接地点测得的接地电阻值不得超过2Ω。每一移动式和手持式电气设备同接地网之间的保护接地用的电缆芯线的电阻值都不得超过1Ω。

所有电气设备的保护接地装置和局部接地装置，都应同主接地极连成一个总接地网。

主接地极应用钢板或耐腐蚀的钢板制成，其面积不小于0.75m2，厚度不小于5mm。在钻孔中敷设的电缆，如果不能同主接地极相连接时，应单独形成一分区接地网，其分区接地网应设在地面。每个装有电气设备的硐室，每个单独装设的高压电气设备和连接动力铠装电缆的每个接线盒，应装设局部接地极。每个低压配电点，如果采煤工作面的机巷、回风巷内无低压配电点时，上述巷道内至少应分别设置一个局部接地极。

局部接地极可设置于巷道水沟内或其它就近的潮湿处。设在水沟中的局部接地极应用面积不小于0.6m2、厚度不小于3mm的钢板或具有相同有效面积的钢管制成，并应平放于水沟深处；设置在其它地点的局部接地极，可用直径不小于35mm、长度不小于1.5m的钢管制成，管上至少钻20个直径不小于5mm的透眼，并垂直埋入地下。

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连接主接地极的接地母线，应用截面不小于50mm2的铜线，截面不小于100mm2的镀锌线或厚度不小于4mm、截面不小于100mm2的扁钢。电气设备的外壳同接地母线或局部接地极的连接，电缆接线盒两头的铠装，应用截面不小于25mm2的铜线、截面不小于50mm2的镀锌铁线或厚度不小于4mm、截面不小于50mm2的扁钢。

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设计体会与总结

毕业设计是检查学生对所学知识的掌握程度和综合运用能力，在本次设计中既有以往所学知识的运用，如：电工技术，同时又遇到许多的新问题，例如综采工作面的机电设备布置、综采工作面的供电系统、综采工作面的电缆选用原则、综采工作面供电系统电气设备的选择、井下低压电网短路电流的计算等。

总之，这次设计，使我对以往所学知识进行了一次系统全面的实际综合运用，在此基础上，加深了对其的理解。对于设计中遇到的新问题，在指导老师的指导下及时的解决并掌握，在这个过程中我受益非浅，在这我向辛勤为我指导毕业设计的老师表深深的谢意。

同时，在设计中，我也发现了自身在许多方面存在的不足。对此，我将在以后的工作中更加努力学习，不断提高自己，为煤矿机械化的发展做出应有的贡献。

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参考文献

1、电工技术………………………………中央广播电视大学出版社 2、综采电气设备操作与维修工……………………煤炭工业出版社 3、采煤机械化设备使用与维护……………黑龙江科学技术出版社 4、煤矿供电…………………………………………煤炭工业出版社 5、综采生产管理手册………………………………煤炭工业出版社 6煤矿电工手册………………………………………煤炭工业出版社 7、煤矿安全规程……………………………………煤炭工业出版社 8、煤矿井下供电设计技术规定……………………煤炭工业出版社

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