現(xiàn)代化礦井綜采工作面供電設(shè)計(jì)計(jì)算探討

李強(qiáng)

摘 要：隨著煤礦綜采工作面機(jī)械化程度不斷提高，單機(jī)負(fù)荷容量也越來越大，壓降損失不斷增加， 設(shè)備啟動(dòng)越發(fā)困難，所以編制綜采供電設(shè)計(jì)是有必要的，因10KV設(shè)備、電纜及1140V設(shè)備電纜選型計(jì)算屬常規(guī)計(jì)算，這里不一一計(jì)算，本文僅對(duì)3300V設(shè)備進(jìn)行了選型計(jì)算。

關(guān)鍵詞：綜采設(shè)備；電流；電壓損失

一、工作面基本情況

某礦工作面傾斜長(zhǎng)162米，機(jī)巷走向長(zhǎng)1930m，風(fēng)巷長(zhǎng)2071米，煤層厚度約為2.24米，采用綜合機(jī)械化采煤，綜采工作面供電設(shè)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(qū)變電所，工作面機(jī)組采用移動(dòng)變電站供電，考慮負(fù)荷較大且變電所兩段負(fù)荷分布均勻，采用二路電源供電，一路供采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、乳化泵、破碎機(jī)，另一路供運(yùn)輸機(jī)。

三、負(fù)荷統(tǒng)計(jì)：

MG500/1130-WD采煤機(jī)1130KW；SGZ1000/1000×2運(yùn)輸機(jī)功率2000KW；SZZ1000/400轉(zhuǎn)載機(jī)功率400KW；PLM-3000破碎機(jī)功率200KW，電壓均為3300V。

四、移動(dòng)變電站的選擇

1、第一臺(tái)供采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī) ΣΡe=1730KW

ΣΡe=1130+400+200=1730KW

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

加權(quán)平均功率因數(shù)取cosφ=0.75

Sb=KX*ΣΡe/COSΦ=0.79*1730/0.75=1822KVA

根據(jù)上述計(jì)算，考慮本礦前期所用設(shè)備，本設(shè)計(jì)選用KBSGZY-3150/10/3.45負(fù)荷中心，其容量3150KVA大于1822KVA，滿足需要。

2、第二臺(tái)供刮板運(yùn)輸機(jī) ΣΡe=2000KW

KX取1，加權(quán)平均功率因數(shù)取cosφwm=0.75

Sb=KX*ΣΡe/COSΦ=1*2000/0.75=2666KVA

根據(jù)上述計(jì)算，考慮本礦前期所用設(shè)備，本設(shè)計(jì)選用KBSGZY-3150/10/3.45負(fù)荷中心，其容量3150KVA大于2666KVA，滿足需要。

五、3300V系統(tǒng)電纜選型

本系統(tǒng)選用兩臺(tái)KBSGZY-3150/10/3.45負(fù)荷中心，其中一臺(tái)控制采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)，Σpe=1730KW；另一臺(tái)控制工作面運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)，Σpe=2000KW。

（一）、1#負(fù)荷中心饋出線選擇（供煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)）

1、饋出煤機(jī)支線選擇

根據(jù)廠家說明書，開關(guān)至采煤機(jī)支線選用MCPTJB-1.9/3.3 -3*95+1*50+4*6型電纜，長(zhǎng)度450M，且機(jī)械強(qiáng)度滿足最小截面50mm2 ，滿足供電要求。

2、饋出轉(zhuǎn)載機(jī)支線選擇（雙速電機(jī)）

查轉(zhuǎn)載機(jī)電機(jī)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(zhǎng)度為290M的二根。

3、饋出破碎機(jī)支線選擇

查破碎機(jī)電機(jī)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(zhǎng)度為290M。

（二）、2#負(fù)荷中心饋出線的選擇（供運(yùn)輸機(jī)）

1、工作面運(yùn)輸機(jī)支線電纜選擇（單電機(jī)1000KW）

查運(yùn)輸機(jī)電機(jī)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(zhǎng)度450M、290M各一根，機(jī)械強(qiáng)度滿足最小截面35mm2，滿足供電要求。

（三）、按允許電壓損失校驗(yàn)電纜截面

根據(jù)有關(guān)技術(shù)資料規(guī)定變壓器低壓側(cè)到電機(jī)端子的電壓損失，不能大于其允許值為合格∑△U≤△Uy=330V

1、1#負(fù)荷中心及線路系統(tǒng)電壓損失計(jì)算

采區(qū)低壓電網(wǎng)的最大電壓損失一般由三部分組成，即電源變壓器至最遠(yuǎn)電動(dòng)機(jī)端子之間總的電壓損失為：

∑△U=△Ub+△Ug+△Uz

①1#負(fù)荷中心的電壓損失

ΔUb=ΔUb%×Ue ；ΔUb%=β（URcosφ+UXsinφ）

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

UR—變壓器在額定負(fù)荷時(shí)變壓器中的電阻壓降百分?jǐn)?shù)

Ux—變壓器在額定負(fù)荷時(shí)變壓器中的電抗百分?jǐn)?shù)

通過KBSGZY-3150/10移變技術(shù)參數(shù)表計(jì)算得知UR=0.4O6%，UX=5.485%；ΔUb%=2.4%

ΔUb=ΔUb%×Ue=2.4%×3450=82.8V

②煤機(jī)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(zhuǎn)載機(jī)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(jī)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(fù)荷中心及線路系統(tǒng)電壓損失計(jì)算

①2#負(fù)荷中心的電壓損失

ΔUb=ΔUb%×Ue ，ΔUb%=β（URcosφ+UXsinφ）

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

UR、、Ux取值同上，ΔUb%通過計(jì)算取3.52%。

ΔUb=ΔUb%×Ue=3.52%×3450=121V

②運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭支線電壓損失

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

③運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾支線電壓損失

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

運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭總的電壓損失：∑△U=△Ub+△Uz=121+17.5=138.5<330V，滿足要求。

運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾總的電壓損失：∑△U=△Ub+△Uz=121+27=148<330V，滿足要求。

六、按啟動(dòng)電壓損失校驗(yàn)電纜截面

電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電機(jī)入口處電壓不能低于額定電壓的75%，即3300V系統(tǒng)允許最大啟動(dòng)壓降為3300×25%=825V，滿足此條件電機(jī)就能正常啟動(dòng)。

這里只校驗(yàn)系統(tǒng)供電距離最遠(yuǎn)、運(yùn)行負(fù)荷最大的電氣設(shè)備是否能滿足啟動(dòng)條件。

1、工作面運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)壓降校驗(yàn)

已知：KBSGZY-3150/10/3.45移動(dòng)變壓站

Se=3150KVAU2e=3.45KVUd%=5.5%

△P=10800W I1e=182A I2e=527A

移變電阻壓降百分?jǐn)?shù) Ur= 0.406%；移變電抗壓降百分?jǐn)?shù) 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(yàn)所選運(yùn)輸機(jī)電纜截面MCPTJB-1.9/3.3 3*95+3*35/3+3*2.5

運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)時(shí)變壓器內(nèi)部電壓損失：

△Ub= （Iq+I∑）（ Rb Cos￠+ XbSin￠）

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

運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)時(shí)支線供電電纜電壓損失：

△UG= ×Iq×Cos￠L(zhǎng) / （D.S）

= ×6Ie×0.75×450×0.0189/95=162V

式中：Iq —運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)電流

Cos￠—功率因數(shù)，取0.75 ，則Sin￠為0.66

I∑— 其它電機(jī)額定電流；D— 電導(dǎo)率 D=1 /ρ

L— 電纜長(zhǎng)度；S— 電纜截面

則：運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)時(shí)供電電壓損失為：

△U=△Ub+△Uz=433+162= 595V<825V 滿足電機(jī)啟動(dòng)要求。

綜上所述，所選負(fù)荷中心、電纜滿足使用要求。

參考文獻(xiàn)：

【1】《煤礦電工手冊(cè)》第二分冊(cè)，煤炭工業(yè)出版社，1995

【2】《綜采技術(shù)手冊(cè)》，煤炭工業(yè)出版社，2001