工程案例二掘进工作面供电设计.docx
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工程案例二掘进工作面供电设计
掘进工作面供电设计
一.某采区主要原始资料
1.采区巷道布置及开采方法
高瓦斯矿井,采区为缓倾斜煤层,东西走向,向南倾斜,倾角8°~10°。
煤质中硬,高瓦斯,煤层平均厚度为2.5m,一次采全高。
采区采用中间上山开采,采区内分三个区段,区段长166m,其中工作面长150m,上顺槽宽3.5m,下顺槽宽4m,保安煤柱8.5m,采区一翼走向长860m。
采煤方法采用走向长壁区内后退式,东西两翼同时开采。
东西两翼各设一个综采工作面,采煤机用可调高的MLS3-340型双滚筒采煤机,支护用ZY35型支撑掩护式液压支架。
煤巷掘进采用S100型掘进机。
采煤和掘进工作面均采取三班生产一班检修的工作方式。
2.运输及通风情况
采区巷道布置如图所示。
工作面落煤由可弯曲刮板输送机,经顺槽刮板转载机,可伸缩胶带输送机运至运输上山,运输上山采用三部宽为1000mm的胶带输送机将煤运至采区煤仓。
掘进落煤由掘进转载机、可伸缩胶带输送机运至采区运输上山,最后进入采区煤仓。
工作面所需材料和设备的运输,用110kW单滚筒绞车从轨道上山运至轨道平巷,再由调度绞车运至工作面。
采区通风系统的新鲜风流由水平运输大巷,经采区运输上山、运输平巷进入工作面,污浊风流经轨道平巷、轨道上山、采区回风石门至斜风井。
3.电源情况
采区变电所的位置设在采区上山的中部,位于轨道上山与运输上山之间的横贯内。
4.掘进工作面设备
掘进工作面采用SJ100型掘进(包括转载机),SSJ-80/2×40型可伸缩带式输送机,设备布置见图1,设备额定参数见负荷统计表1
表1掘进工作面设备负荷统计表
序号
用电设备名称
电动机型号
设备台数
电动机功率
kW
额定电压
V
额定电流
A
①
S100型掘进机(包括转载机)
1
100(60)+45+10
660
135.6
②
煤电钻
MZ2-12
1
1.2
127
9
③
4BA-18A型小水泵
JQ241-2
1
5.5
660
6.3
④
SSJ-80/2×40型可伸缩带式输送机
JDSB-40
1
40×2
660
45×2
⑤
张紧绞车
1
4
660
4.6
⑥
局部通风机
JBT61-2
1
14
660
15.8
合计
二.掘进工作面供电设计
1.供电系统拟定
供电系统图的拟定应满足供电安全、可靠、经济、系统简单、操作方便等煤矿企业对供电的要求。
其具体拟定系统图2。
2.掘进工作面配电点及移动变电站位置的确定
根据位置确定原则和本采区的具体情况,掘进配电点设在距掘进头80m处,移动变电站设在掘进巷道入口处。
3.给掘进工作面供电的移动变电站及给局扇供电的干变选择
图1掘进工作面机电设备布置示意图
图2掘进供电系统图
由于该矿为高瓦斯矿,对高沼矿按照“三专两闭锁”要求,局部通风机使用专用变压器。
而掘进工作面其他设备选用一台移动变电站。
掘进工作面变压器的计算容量为
(1)
式中——用电设备额定功率之和,
155+40×2+4+1.2+5.5=245.7KW
(2)
——需用系数,查需用系数表得0.5;
——变压器负载的加权平均功率因数,查加权功率因数表得。
查表选择KBSGZY-315/6型隔爆移动变电站一台,其额定容量为315kVA,额定电压为6kV/0.69kV,阻抗电压百分数Uz%为4,短路损耗ΔPNT为2.2kW。
给局扇供电的变压器选择一台KBSG-50/6的隔爆干式变压器。
3.供电电缆的选择
1)确定电缆的型号和长度
根据电缆型号的确定原则,全部选择矿用阻燃型电缆,其型号选择如下:
由采区变电所至移动变电站的高压电缆,选用MYPTJ-3.6/6型矿用移动屏蔽监视型橡套软电缆;掘进机选用MCP-0.66/1.14型矿用移动屏蔽橡套软电缆;其它从启动器至电动机,以及向顺槽供电的干线电缆均选用MYP-0.38/0.66型矿用移动屏蔽橡套软电缆;电钻和照明选用电钻专用MZP-0.3/0.5型矿用屏蔽电钻电缆。
(1)高压电缆的长度确定
以采区变电所到移动变电站电缆为例说明高压电缆长度确定。
(3)
式中:
Kin——橡套电缆的弯曲系数;
249——采区变电所到移动变电站的距离;
10——变电所硐室内的长度。
(2)低压电缆的长度确定
①移动变电站至掘进工作面配电点的干线电缆长度。
(4)
式中:
860——移动变电站到掘进工作面配电点巷道长度。
②电磁启动器到掘进机的支线电缆长度
,取100m
式中:
90---电磁启动器到掘进机的距离,另外在增加5米机头活动距离。
其他工作面设备支线电缆的长度参照上述方法选择。
2)电缆主芯线截面的选择
(1)向移动变电站供电的高压电缆截面选择
首先按长时允许电流选择,采区变电所至移动变电站电缆的最大长时工作电流:
Ica=(5)
查表选择截面为25mm2的电缆,其长时允许电流为121A>18.18A。
选用MYPTJ-3.6/6-3×25+3×16/3+3×2.5型移动变电站专用高压电缆。
(由于此型号的电缆目前最小截面为25mm2,所以从采区变电所至移动变电站的电缆选用此种电缆)。
(设环境温度为25℃)
所选电缆截面还应按短路时的热稳定条件进行校验。
短路时的热稳定条件校验:
<25mm2校验合格
式中Iss——三相短路电流稳态值A,设采区6kV母线短路容量为50MVA,则
(6)
C----导体材料的热稳定系数,查导线热稳定系数表得:
112
ti----短路电流的假想作用时间:
(7)
0.2——高压配电箱固有分闸时间。
(2)低压电缆截面的选择
①选择支线电缆截面。
支线电缆的截面应按机械强度和长时允许电流选择和校验,下面以掘进机支线为例选择支线电缆的截面。
查表选择满足机械强度的最小截面为35mm2。
其长时允许电流为138A大于掘进机额定电流135.6A。
但考虑到线路较长,线路的电压损失较大所以选择50mm2的电缆。
再考虑到控制上的要求,最后确定选用MCP-0.66/1.14-3×50+1×16+3×6型采掘机用屏蔽橡套软电缆。
其长时允许电流为173A大于掘进机额定电流135.6A。
其它支线电缆截面的选择结果见表
②选择干线电缆截面
供电给掘进机配电点干线电缆的最大长时工作电流为(取干线负荷的cosΦwm=0.65,Kde=0.5)
(8)
查表选择50mm2的橡套电缆,其允许负荷电流为173A>165.4A,电缆截面符合要求。
按正常工作时允许的电压损失校验电缆截面
移动变电站变压器的电压损失为
(9)
式中
干线电缆的电压损失,按照到移动变压器到胶带机(10m)和胶带机到掘进机(936)两段电压损失之和计算:
(10)
显然干线电压损失太大,改用截面为70mm2的电缆,带入上式,得
(11)
掘进机支线电缆的电压损失(取掘进机负荷系数,效率)
(12)
低压电网的总电压损失为
(12)
660V电网允许电压损失为66V>63.8V,电缆截面满足电压损失的要求
最后确定选用MYP-0.38/0.66-3×70+1×25型矿用阻燃橡套软电缆。
电压损失最大的干线电缆均能满足要求,其他电缆必然满足,故只需按照长时允许电流选择既可,选择结果见表2
表2电缆选择一览表
序号
设备名称
所选电缆型号、截面
电缆长度
(m)
电缆允许电流(A)
电缆长时工作电流(A)
1
向移动变电站供电电缆
MYPTJ-3.6/6-3×25+3×16/3+3×2.5
285
121
18.18
2
掘进机配电点干线
M-0.38/0.66-3×70+1×25
946
215
165.4
3
局部通风机干线、支线
M-0.38/0.66-3×10+1×10
285,10
64
15.8
4
带式输送机
M-0.38/0.66-3×25+1×16
10
113
90
5
张紧绞车
M-0.38/0.66-3×4+1×4
10
36
4.6
6
掘进机
M-0.38/0.66-3×50+1×6
100
173
135.6
7
小水泵
M-0.38/0.66-3×4+1×4
90
36
6.3
8
煤电钻
MZ-0.5-3×4+1×4+1×4
100
36
9
4.短路电流计算
下面以图2中的S5点短路为例计算最小两相短路电流。
由于变压比较大,高压侧的阻抗折算到低压侧较小,因而高压侧阻抗忽略不计。
移动变电站变压器的阻抗:
(14)
(15)
低压干线电缆的阻抗
(16)
(17)
式中r0、x0---电缆每公里电阻、电抗,可查电缆技术数据得到。
掘进机支线电缆的阻抗
(18)
(19)
(2)S5点短路电流的计算
短路回路总阻抗
(20)
(21)
两相短路电流
(22)
同理其它短路点的计算结果见表3:
表3最小两相短路电流计算表
序号
计算范围
短路点
电缆截面及长度
两相短路电流(A)
截面(mm²)
长度(m)
1
移动变电站出口处短路电流
S1
95
20
5263
2
皮带机短路电流
S2
70
10
5065
3
张紧绞车短路电流
S3
4
10
3272
4
工作面配电点处短路电流
S4
95
946
1971
5
掘进机处短路电流
S5
50
100
1909
6
小水泵处短路电流
S6
4
90
1104
8
局扇干线短路电流
S8
10
285
367
9
局扇支线处短路电流
S9
10
10
360
5.选择各控制开关
1)高压配电箱的选择
(1)选型
根据采区电气设备的选择原则,变电所的高压配电箱选用BGP6-6型矿用隔爆型高压真空配电箱。
该配电箱具有短路、过载、漏电、失压和监视保护。
(2)电气参数的选择校验
根据(5)式计算结果高压配电箱所带负荷的额定电流为18.18A,选额定电流为50A的配电箱。
额定电压6KV,工作电压6KV;额定断流容量100MVA;极限允许通过电流25KA;配电箱2s钟的热稳定电流10KA。
①热稳定校验:
I2tst=102×2≥I2ssti=4.812×0.25(23)
式中Iss——由(6)式求得;ti——由(7)式求得。
经验算热稳定满足要求。
②动稳定校验:
高压配电箱出口处的短路电流冲击值为ich=2.25×Iss=2.25×4.81=10.8kA<25kA(极限允许值)
说明动稳定校验合格。
③断流能力校验
高压配电箱出口处短路容量为
说明断流能力合格。
2)低压电气设备的选择
(1)选型
①供电线路总开关和分路开关,选用低压自动馈电开关;
②电动机的控制设备,选用真空磁力起动器。
③煤电钻选用煤电钻综合保护装置。
(2)选参数
根据低压电气设备的选择原则,以控制掘进机的启动器为例说明电气参数的选择和校验。
掘进机的额定电流为135.6A,额定电压660V。
由型号确定原则,选QZBH-200/660型真空磁力启动器。
该磁力启动器的极限分断电流为4500A>S4点的最大三相短路电流=1.15×1971=2276A。
断流能力符合要求,其他开关的选择计算见表4。
6.保护装置的整定计算
1)1#高压配电箱的整定
由于移动变电站高压侧只装有
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