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综采工作面供电设计探讨与计算安徽淮北矿业集团神源煤化工综采一区孙文董摘要：随着煤矿机械化水平的提高，为提高回收率和生产效率，综采工作面向长、大采高发展，设备功率不断增大，电流、压降损失不断变大，原有660V和1140V设备已无法满足生产需要，急需提高电压等级，来降低运行电流和电压压降，本文以某工作面3300V供电进行设计与计算。关键词：3300V移动变电站电缆一、工作面概况某工作面倾斜长260米，机巷走向长1670m,风巷长1498米，煤层平均厚度为2.96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（移动变电站随着工作面移动）。二、供电方案某工作面10KV电源来自采区变电所，工作面机组采用移动变电站供电，因负荷较大且考虑变电所两段负荷分布均匀，采用双路电源供给工作面机组，其中一路供采煤机、转载机、乳化泵、喷雾泵，另一路供运输机、破碎机、皮带机。三、3300V负荷统计（1140V不在统计）名称型号电压V电流A功率KW台数备注采煤机MG650/1620-WD330033316201运输机SGZ1000/1000×23300233×21000×21转载机SZZ900/3153300733151总计3935四、移动变电站的选择（－）、3300V设备1、第一台供采煤机、转载机ΣΡe=1620+315=1935KWKX=0.4+0.6*Pmax/ΣΡe=0.4+0.6*1620/1935=0.9加权平均功率因数取cosφ=0.75Sb=KX*ΣΡe/COSΦ=0.9*1935/0.75=2322KVA根据上述计算，第一台选用KBSGZY-3150/10/3.45移动变电站，其容量3150KVA大于2322KVA,满足需要。2、第二台供运输机ΣΡe＝2000KW由于是单台设备，需用系数KX取1，加权平均功率因数取cosφ=0.75Sb=KX*ΣΡe/COSΦ=1*2000/0.75=2667KVA根据上述计算，第一台选用KBSGZY-3150/10/3.45移动变电站，其容量3150KVA大于2667KVA,满足需要。五、3300V系统电缆选型本系统选用两台KBSGZY－3150/10/3.45移变，其中一台控制采煤机、转载机，Σpe＝1935KW；另一台移变控制工作面运输机，Σpe＝2000KW。选择原则：根据电压等级、长时允许工作电流、机械强度选择电缆截面。（一）、1＃移变馈出线选择（供煤机、转载机）1、馈出煤机主干线选择采煤机总装机容量1620KW，平均数功率因数COSφ取0.75Ifh=1620×103×0.88/(×3300×0.75)=333需用系数Kx=0.4+0.6(Pmax/ΣPe)=0.4+0.6(1300/1620)=0.881#移变至控制采煤机干线选用MYPT-1.9/3.3-3*95+1*35型电缆两根,允许工作电流345A＞333A，长度20M的两根,且机械强度满足最小截面50mm2，满足供电要求。2、馈出煤机支线选择开关至采煤机支线选用MCPT-1.9/3.3-3*150+1*50+4*6型电缆,允许工作电流345A＞333A，长度450M的一根,且机械强度满足最小截面50mm2，满足供电要求。3、馈出转载机支线选择（双速电机）Ie=∑P／3UeCos￠=315×／3×3.3×0.75=73A选用MYPT-1.9/3.33*35+1*16型电缆，允许工作电流138A＞73A,长度为200M的二根，干线与支线选型相同，长度很短。（二）、2＃移变馈出线的选择（供运输机）1、运输机主干线选择Ie=∑P／3UeCos￠=2000×／3×3.3×0.75=466A选用MYPT-1.9/3.3－3*95+1*35型电缆复式供电，允许工作电流248A*2＞466A，长度为10M的两根，机械强度满足最小截面35mm2，满足供电要求。2、工作面运输机支线电缆选择（单电机1000KW）Ie=∑P／3UeCos￠=1000×／3×3.3×0.75=233A选用MYPT-1.9/3.3－3*95+1*35型电缆供电，允许工作电流248A＞233A，长度450M、200M各一根，机械强度满足最小截面35mm2，满足供电要求。（三）、按允许电压损失校验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=330V1、1#移变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+△Uz①1#移动变电站的电压损失,ΔUb=ΔUb%×Ue;ΔUb%=β(URcosφ+UXsinφ)β—变压器的负荷系数，β=Sb/Se=1935×0.9/(0.75×3150)=0.74UR—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由KBSGZY-3150/10移变技术参数表得知UR＝0.432，UX＝5.483,CosφN=0.75sinφN=0.66ΔUb%=β(URcosφ+UXsinφ)%=0.74×(0.432×0.75+5.483×0.66)%=2.92%ΔUb=ΔUb%×Ue=2.92%×3450=101V②煤机支线电压损失△Ug=Pe*L/A*UN*D=1620*450/150*3.3*53=28V∑△U=△Ub+△Ug=101+28=129330V,满足要求。煤机干线很短，电压损失很小，忽略不计。2、2#移变及线路系统电压损失计算ΔU=ΔUb+ΔUg+ΔUz①2#移动变电站的电压损失ΔUb=ΔUb%×Ue,ΔUb%=β(URcosφ+UXsinφ)β—变压器的负荷系数，β=Sb/Se=2000×1/(0.75×3150)=0.85UR—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由KBSGZY-3150/10移变技术参数表得知UR＝0.432，UX＝5.483,CosφN=0.75sinφN=0.66ΔUb%=β(URcosφ+UXsinφ)%=0.85×(0.432×0.75+5.483×0.66)%=3.4%ΔUb=ΔUb%×Ue=3.4%×3450=117V②运输机机头支线电压损失△Uz=Pe*L/A*UN*D=1000*200/95*3.3*53=12V③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=119+12=131330V,满足要求。运输机机尾总的电压损失：∑△U=△Ub+△Uz=119+27=146330V,满足要求。运输机干线很短，电压损失，这里忽略不计。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25%，即3300V系统允许最大启动压降为3300×25%＝825V；1140V系统允许最大启动压降为1140×25%＝285V，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=10800WI1e=182AI2e=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=△PU22e/Se2=10800×3.452/31502=0.013ΩXb=10UxU22e/Se=10×5.485×3.452/3150=0.21Ω校验所选运输机电缆截面MYPT-1.9/3.33*95+3*35/3运输机启动时变压器内部电压损失：△Ub=3(Iq+I∑)(RbCos￠+XbSin￠)=3(6Ie+233)(0.013×0.75+0.21×0.66)=419V运输机启动时支线供电电缆电压损失：△UG=3×Iq×Cos￠L/(D.S)=3×6Ie×0.75×450×0.0189/95=162V运输机启动时干线供电电缆电压损失：△UG=3×Iq×Cos￠L/(D.S)=3×（6Ie+233）×0.75×10×0.0189/190=2V式中：Iq—运输机启动电流Cos￠—功率因数，取0.75，则Sin￠为0.66I∑—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=419+162+2=583V＜825V满足电机启动要求。2、机巷运输机启动压降损失校验已知：KBSGZY-1000/10/1.2移动变压站Se=1000KVAU2e=1.2KVUd%=4%△P=5100WI1e=57.7AI2e=481A移变电阻压降百分数Ur=0.638%,移变电抗压降百分数Ux＝3.949%则:Rb=△PU22e/Se2=5100×1.22/10002=0.007ΩXb=10UxU22e/Se=10×3.949×1.22/1000=0.057Ω校验所选运输机电缆截面MYPT-1.9/3.33*95+3*35/3机巷运输机启动时变压器内部电压损失：△Ub=3×Iq×(RbCos￠+XbSin￠)=3×6Ie×(0.007×0.85+0.057×0.53)=179V机巷运输机启动时干线供电电缆电压损失：△UG=3×Iq×Cos￠L/(D.S)=3×6Ie×0.85×260×0.0189/190=108V式中：Iq—机巷运输机启动电流Cos￠—功率因数，取0.85，则Sin￠为0.53I∑—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+△Ug=179+108=287V，与允许电压损失285V相当，且电机启动时功率因数只能达到0.5，启动电流也小，所以能满足电机启动要求。这里运输机支线很短，启动压降很小，忽略不计。通过以上计算可知，提高电压等级供电，设备、电缆运行电流大大降低，大量节约有色金属投入，设备体积变小，有利于井下运输、安装，允许电压损失由于原来的660V设备允许损失63V，1140V设备允许损失117V提高到允许电压损失330V，使供电距离变的更远。参考资料：[1]煤矿电工手册[2]矿山供电[3]综采技术手册