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第4章 综采工作面供电设计计算
编写本章的目的在于正确地拟定综采工作面供电系统;正确地选择井下供电单元的变压器容量、控制开关、动力电缆;正确地计算、整定、调试继电保护装置。使供电系统安全,供配电设备容量合理,高低压开关保护装置动作灵敏可靠,既不误动又不拒动。掌握或了解低压供电系统的计算方法,对煤矿井下电气设备检修大有帮助。
4.1 供电设计计算概述
1. 设计依据
(1)综采工作面巷道布置、巷道尺寸及支护方式;
(2)综采工作面地质、排水、通风、沼气情况;
(3)综采工作面机电设备布置、作业过程、运输情况;
(4)综采工作面机电设备容量、技术参数及性能;
(5)作业制度。
(6)技术和经济指标
2. 设计要求
(1)应符合《煤矿安全规程》、《井下供电设计技术规定》和《煤炭工业设计规范》中的要求;
(2)尽量选用定型的国产新产品
(3)应保证安全、可靠、经济、合理、技术先进。
3. 设计步骤
(1)根据地质条件、巷道布置、通风、机电设备容量、设备的分布情况确定移动变电站及工作面配电点的位置;
(2)综采工作面用电设备负荷统计,确定移动变电站容量、型号、台数;
(3)根据综采工作面设备的布置情况,拟定供电系统图;
(4)选择高压配电装置和高压电缆;
(5)选择低压电缆;
(6)选择低压开关;
(7)继电保护装置的整定计算;
(8)绘制综采工作面供电系统图。
4.2 综采工作面供电系统负荷计算
1. 供电电压
综采工作面的供电电压可根据日生产能力、单机或双机最大容量、总装机容量来确定电压等级。参考范围见表4-1。
表4-1 综采工作面电压等级使用范围
电压等级/V
适用于采煤方式
综采总容量/kW
单机最大容量/kW
双机最大容量/kW
日产量t/d
660
薄煤层和部分中厚煤层综采
500~1000
150~170
2×150~2×170
500~1000
1140
综采
1000~1500以上
300~400
2×375~3×400
1000~5000
3300
一次采全高厚煤层综采
3000及以上
1000以上
3×400
5000~10000
《煤矿安全规程》第448条规定,“井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级,应符合下列要求:高压,不超过10kV;低压,不超过1140V;照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压,不超过127V;远距离控制线路的额定电压,不超过36V;采区电气设备使用3300V供电时,必须制定专门的安全措施。”
由于日产万吨矿井综采工作面装机总容量不断增大,传统的井下6kV配电电压已不能满足供电合理的要求。目前,部分矿井井下已使用10kV高压作为配电电压,配套的10kV煤矿井下配电设备,国内已有正式生产厂家。
2. 负荷统计
把综采工作面用电负荷逐项填入表4-2中,进行统计。
表4-2 综采工作面负荷统计表
设备名称
电动机台数
电动机型号
额定功率/kW
额定电压/V
额定电流/A
额定功率因数
起动功率因数
额定起动电流/额定电流
功率∑PN /kW
加权平均功率因cosφwm
3. 移动变电站变压器容量计算
综采工作面变压器容量计算方法,通常采用需用系数法。需用系数法是借助一些统计数据,通过计算手段,由各用电设备的额定功率求取一组用电设备的计算负荷的方法。一组用电设备的计算负荷为
(4-1)
式中 Sca--一组用电设备的计算负荷,kVA;
∑PN--具有相同需用系数Kde的一组用电设备额定功率之和,kW。
综采工作面用电设备的需用系数Kde可按下式计算
(4-2)
式中 Pmax--最大一台电动机额定功率,kW;
--一组用电设备的加权平均功率因数,即各用电设备的额定功率与功率因数的乘积之和与它们总功率之比,即为
(4-3)
采区其它作业电力负荷的需用系数Kde和加权平均功率因数也可查《煤矿电工手册》、《煤矿井下供电设计技术规定》等资料求取。表4-3给出了参考。
表4-3 矿井电力负荷计算需用系数及加权平均功率因数
用电设备
需用系数
加权平均功率因数
采煤工作面:
综合机械化工作面(自移支架)
一般机械化工作面(单体支架)
一般机械化工作面(倾斜机采面)
缓倾斜煤层(炮采工作面)
急倾斜煤层(炮采工作面)
掘进工作面:
采用掘进机的
非掘进机的
电机车:
架线式电机车
蓄电池电机车
其他运输设备(如输送机、绞车等)
井底车场:
无主排水设备
有主排水设备
0.4+0.6
0.286+0.714
0.6~0.75
0.4~0.5
0.5~0.6
0.5
0.3~0.4
0.5~0.65
0.8
0.5
0.6~0.7
0.75~0.85
0.7
0.6~0.7
0.6~0.7
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