現代化礦井綜采工作面供電設計計算探討

李強

摘 要：隨著煤礦綜采工作面機械化程度不斷提高，單機負荷容量也越來越大，壓降損失不斷增加， 設備啟動越發困難，所以編制綜采供電設計是有必要的，因10KV設備、電纜及1140V設備電纜選型計算屬常規計算，這里不一一計算，本文僅對3300V設備進行了選型計算。

關鍵詞：綜采設備；電流；電壓損失

一、工作面基本情況

某礦工作面傾斜長162米，機巷走向長1930m，風巷長2071米，煤層厚度約為2.24米，采用綜合機械化采煤，綜采工作面供電設備采用大斷面單巷布置法。

二、供電方案

綜采工作面10KV電源來自采區變電所，工作面機組采用移動變電站供電，考慮負荷較大且變電所兩段負荷分布均勻，采用二路電源供電，一路供采煤機、轉載機、乳化泵、破碎機，另一路供運輸機。

三、負荷統計：

MG500/1130-WD采煤機1130KW；SGZ1000/1000×2運輸機功率2000KW；SZZ1000/400轉載機功率400KW；PLM-3000破碎機功率200KW，電壓均為3300V。

四、移動變電站的選擇

1、第一臺供采煤機、轉載機、破碎機 ΣΡe=1730KW

ΣΡe=1130+400+200=1730KW

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

加權平均功率因數取cosφ=0.75

Sb=KX*ΣΡe/COSΦ=0.79*1730/0.75=1822KVA

根據上述計算，考慮本礦前期所用設備，本設計選用KBSGZY-3150/10/3.45負荷中心，其容量3150KVA大于1822KVA，滿足需要。

2、第二臺供刮板運輸機 ΣΡe=2000KW

KX取1，加權平均功率因數取cosφwm=0.75

Sb=KX*ΣΡe/COSΦ=1*2000/0.75=2666KVA

根據上述計算，考慮本礦前期所用設備，本設計選用KBSGZY-3150/10/3.45負荷中心，其容量3150KVA大于2666KVA，滿足需要。

五、3300V系統電纜選型

本系統選用兩臺KBSGZY-3150/10/3.45負荷中心，其中一臺控制采煤機、轉載機、破碎機，Σpe=1730KW；另一臺控制工作面運輸機、破碎機，Σpe=2000KW。

（一）、1#負荷中心饋出線選擇（供煤機、轉載機、破碎機）

1、饋出煤機支線選擇

根據廠家說明書，開關至采煤機支線選用MCPTJB-1.9/3.3 -3*95+1*50+4*6型電纜，長度450M，且機械強度滿足最小截面50mm2 ，滿足供電要求。

2、饋出轉載機支線選擇（雙速電機）

查轉載機電機銘牌，得額定電流為93A，選用MCPTJB-1.9/3.3 3*35+3*16/3+3*2.5型電纜，允許工作電流138A>93A，長度為290M的二根。

3、饋出破碎機支線選擇

查破碎機電機銘牌，得額定電流為47A，選用MCPTJB-1.9/3.3 3*35+3*16/3+3*2.5型電纜，允許工作電流138A>47A，長度為290M。

（二）、2#負荷中心饋出線的選擇（供運輸機）

1、工作面運輸機支線電纜選擇（單電機1000KW）

查運輸機電機銘牌，得額定電流為233A，選用MCPTJB-1.9/3.3 -3*95+1*35型電纜供電，允許工作電流248A>233A，長度450M、290M各一根，機械強度滿足最小截面35mm2，滿足供電要求。

（三）、按允許電壓損失校驗電纜截面

根據有關技術資料規定變壓器低壓側到電機端子的電壓損失，不能大于其允許值為合格∑△U≤△Uy=330V

1、1#負荷中心及線路系統電壓損失計算

采區低壓電網的最大電壓損失一般由三部分組成，即電源變壓器至最遠電動機端子之間總的電壓損失為：

∑△U=△Ub+△Ug+△Uz

①1#負荷中心的電壓損失

ΔUb=ΔUb%×Ue ；ΔUb%=β（URcosφ+UXsinφ）

β—變壓器的負荷系數，β=Sb/Se=1822×0.79/（0.75×3150）=0.61

UR—變壓器在額定負荷時變壓器中的電阻壓降百分數

Ux—變壓器在額定負荷時變壓器中的電抗百分數

通過KBSGZY-3150/10移變技術參數表計算得知UR=0.4O6%，UX=5.485%；ΔUb%=2.4%

ΔUb=ΔUb%×Ue=2.4%×3450=82.8V

②煤機支線電壓損失

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

∑△U=△Ub+△Ug=82.8+31=113.8<330V，滿足要求。

③轉載機支線電壓損失

△Ug=Pe*L/A*UN*D=400*290/35*3.3*53=19V

∑△U=△Ub+△Ug=82.8+19=101.8<330V，滿足要求。

④破碎機電壓損失

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

∑△U=△Ub+△Uz=82.8+9.5=92.3<330V，滿足要求。

2、2#負荷中心及線路系統電壓損失計算

①2#負荷中心的電壓損失

ΔUb=ΔUb%×Ue ，ΔUb%=β（URcosφ+UXsinφ）

β—變壓器的負荷系數，β=Sb/Se=2000×1/（0.75×3150）=0.85

UR、、Ux取值同上，ΔUb%通過計算取3.52%。

ΔUb=ΔUb%×Ue=3.52%×3450=121V

②運輸機機頭支線電壓損失

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

③運輸機機尾支線電壓損失

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

運輸機機頭總的電壓損失：∑△U=△Ub+△Uz=121+17.5=138.5<330V，滿足要求。

運輸機機尾總的電壓損失：∑△U=△Ub+△Uz=121+27=148<330V，滿足要求。

六、按啟動電壓損失校驗電纜截面

電機啟動時電機入口處電壓不能低于額定電壓的75%，即3300V系統允許最大啟動壓降為3300×25%=825V，滿足此條件電機就能正常啟動。

這里只校驗系統供電距離最遠、運行負荷最大的電氣設備是否能滿足啟動條件。

1、工作面運輸機啟動壓降校驗

已知：KBSGZY-3150/10/3.45移動變壓站

Se=3150KVAU2e=3.45KVUd%=5.5%

△P=10800W I1e=182A I2e=527A

移變電阻壓降百分數 Ur= 0.406%；移變電抗壓降百分數 Ux=5.485%

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

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

校驗所選運輸機電纜截面MCPTJB-1.9/3.3 3*95+3*35/3+3*2.5

運輸機啟動時變壓器內部電壓損失：

△Ub= （Iq+I∑）（ Rb Cos￠+ XbSin￠）

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

運輸機啟動時支線供電電纜電壓損失：

△UG= ×Iq×Cos￠L / （D.S）

= ×6Ie×0.75×450×0.0189/95=162V

式中：Iq —運輸機啟動電流

Cos￠—功率因數，取0.75 ，則Sin￠為0.66

I∑— 其它電機額定電流；D— 電導率 D=1 /ρ

L— 電纜長度；S— 電纜截面

則：運輸機啟動時供電電壓損失為：

△U=△Ub+△Uz=433+162= 595V<825V 滿足電機啟動要求。

綜上所述，所選負荷中心、電纜滿足使用要求。

參考文獻：

【1】《煤礦電工手冊》第二分冊，煤炭工業出版社，1995

【2】《綜采技術手冊》，煤炭工業出版社，2001