现代化矿井综采工作面供电设计计算探讨

李强

摘 要：随着煤矿综采工作面机械化程度不断提高，单机负荷容量也越来越大，压降损失不断增加， 设备启动越发困难，所以编制综采供电设计是有必要的，因10KV设备、电缆及1140V设备电缆选型计算属常规计算，这里不一一计算，本文仅对3300V设备进行了选型计算。

关键词：综采设备；电流；电压损失

一、工作面基本情况

某矿工作面倾斜长162米，机巷走向长1930m，风巷长2071米，煤层厚度约为2.24米，采用综合机械化采煤，综采工作面供电设备采用大断面单巷布置法。

二、供电方案

综采工作面10KV电源来自采区变电所，工作面机组采用移动变电站供电，考虑负荷较大且变电所两段负荷分布均匀，采用二路电源供电，一路供采煤机、转载机、乳化泵、破碎机，另一路供运输机。

三、负荷统计：

MG500/1130-WD采煤机1130KW；SGZ1000/1000×2运输机功率2000KW；SZZ1000/400转载机功率400KW；PLM-3000破碎机功率200KW，电压均为3300V。

四、移动变电站的选择

1、第一台供采煤机、转载机、破碎机 ΣΡe=1730KW

ΣΡe=1130+400+200=1730KW

KX=0.4+0.6*Pmax/ΣΡe=0.4+0.6*1130/1730=0.79

加权平均功率因数取cosφ=0.75

Sb=KX*ΣΡe/COSΦ=0.79*1730/0.75=1822KVA

根据上述计算，考虑本矿前期所用设备，本设计选用KBSGZY-3150/10/3.45负荷中心，其容量3150KVA大于1822KVA，满足需要。

2、第二台供刮板运输机 ΣΡe=2000KW

KX取1，加权平均功率因数取cosφwm=0.75

Sb=KX*ΣΡe/COSΦ=1*2000/0.75=2666KVA

根据上述计算，考虑本矿前期所用设备，本设计选用KBSGZY-3150/10/3.45负荷中心，其容量3150KVA大于2666KVA，满足需要。

五、3300V系统电缆选型

本系统选用两台KBSGZY-3150/10/3.45负荷中心，其中一台控制采煤机、转载机、破碎机，Σpe=1730KW；另一台控制工作面运输机、破碎机，Σpe=2000KW。

（一）、1#负荷中心馈出线选择（供煤机、转载机、破碎机）

1、馈出煤机支线选择

根据厂家说明书，开关至采煤机支线选用MCPTJB-1.9/3.3 -3*95+1*50+4*6型电缆，长度450M，且机械强度满足最小截面50mm2 ，满足供电要求。

2、馈出转载机支线选择（双速电机）

查转载机电机铭牌，得额定电流为93A，选用MCPTJB-1.9/3.3 3*35+3*16/3+3*2.5型电缆，允许工作电流138A>93A，长度为290M的二根。

3、馈出破碎机支线选择

查破碎机电机铭牌，得额定电流为47A，选用MCPTJB-1.9/3.3 3*35+3*16/3+3*2.5型电缆，允许工作电流138A>47A，长度为290M。

（二）、2#负荷中心馈出线的选择（供运输机）

1、工作面运输机支线电缆选择（单电机1000KW）

查运输机电机铭牌，得额定电流为233A，选用MCPTJB-1.9/3.3 -3*95+1*35型电缆供电，允许工作电流248A>233A，长度450M、290M各一根，机械强度满足最小截面35mm2，满足供电要求。

（三）、按允许电压损失校驗电缆截面

根据有关技术资料规定变压器低压侧到电机端子的电压损失，不能大于其允许值为合格∑△U≤△Uy=330V

1、1#负荷中心及线路系统电压损失计算

采区低压电网的最大电压损失一般由三部分组成，即电源变压器至最远电动机端子之间总的电压损失为：

∑△U=△Ub+△Ug+△Uz

①1#负荷中心的电压损失

ΔUb=ΔUb%×Ue ；ΔUb%=β（URcosφ+UXsinφ）

β—变压器的负荷系数，β=Sb/Se=1822×0.79/（0.75×3150）=0.61

UR—变压器在额定负荷时变压器中的电阻压降百分数

Ux—变压器在额定负荷时变压器中的电抗百分数

通过KBSGZY-3150/10移变技术参数表计算得知UR=0.4O6%，UX=5.485%；ΔUb%=2.4%

ΔUb=ΔUb%×Ue=2.4%×3450=82.8V

②煤机支线电压损失

△Ug=Pe*L/A*UN*D=1130*450/95*3.3*53=31V

∑△U=△Ub+△Ug=82.8+31=113.8<330V，满足要求。

③转载机支线电压损失

△Ug=Pe*L/A*UN*D=400*290/35*3.3*53=19V

∑△U=△Ub+△Ug=82.8+19=101.8<330V，满足要求。

④破碎机电压损失

△Uz=Pe*L/A*UN*D=200*290/35*3.3*53=9.5V

∑△U=△Ub+△Uz=82.8+9.5=92.3<330V，满足要求。

2、2#负荷中心及线路系统电压损失计算

①2#负荷中心的电压损失

ΔUb=ΔUb%×Ue ，ΔUb%=β（URcosφ+UXsinφ）

β—变压器的负荷系数，β=Sb/Se=2000×1/（0.75×3150）=0.85

UR、、Ux取值同上，ΔUb%通过计算取3.52%。

ΔUb=ΔUb%×Ue=3.52%×3450=121V

②运输机机头支线电压损失

△Uz=Pe*L/A*UN*D =1000*290/95*3.3*53 =17.5V

③运输机机尾支线电压损失

△Uz=Pe*L/A*UN*D=1000*450/95*3.3*53=27V

运输机机头总的电压损失：∑△U=△Ub+△Uz=121+17.5=138.5<330V，满足要求。

运输机机尾总的电压损失：∑△U=△Ub+△Uz=121+27=148<330V，满足要求。

六、按启动电压损失校验电缆截面

电机启动时电机入口处电压不能低于额定电压的75%，即3300V系统允许最大启动压降为3300×25%=825V，满足此条件电机就能正常启动。

这里只校验系统供电距离最远、运行负荷最大的电气设备是否能满足启动条件。

1、工作面运输机启动压降校验

已知：KBSGZY-3150/10/3.45移动变压站

Se=3150KVAU2e=3.45KVUd%=5.5%

△P=10800W I1e=182A I2e=527A

移变电阻压降百分数 Ur= 0.406%；移变电抗压降百分数 Ux=5.485%

则： Rb=△P U22e / Se2=10800×3.452/31502=0.013Ω

Xb=10 Ux U22e/ Se=10×5.485×3.452/3150=0.21Ω

校验所选运输机电缆截面MCPTJB-1.9/3.3 3*95+3*35/3+3*2.5

运输机启动时变压器内部电压损失：

△Ub= （Iq+I∑）（ Rb Cos￠+ XbSin￠）

= （6Ie+233）（0.013×0.75+0.21×0.66）=433V

運输机启动时支线供电电缆电压损失：

△UG= ×Iq×Cos￠L / （D.S）

= ×6Ie×0.75×450×0.0189/95=162V

式中：Iq —运输机启动电流

Cos￠—功率因数，取0.75 ，则Sin￠为0.66

I∑— 其它电机额定电流；D— 电导率 D=1 /ρ

L— 电缆长度；S— 电缆截面

则：运输机启动时供电电压损失为：

△U=△Ub+△Uz=433+162= 595V<825V 满足电机启动要求。

综上所述，所选负荷中心、电缆满足使用要求。

参考文献：

【1】《煤矿电工手册》第二分册，煤炭工业出版社，1995

【2】《综采技术手册》，煤炭工业出版社，2001