土城礦主平硐運(yùn)輸系統(tǒng)改造供電方案設(shè)計(jì)
土城礦主平硐運(yùn)輸系統(tǒng)改造供電方案設(shè)計(jì)
土城礦1495主平硐現(xiàn)運(yùn)輸方式采用架線電機(jī)車運(yùn)輸。主平硐1300米和6650米處分別各設(shè)一變流硐室（即12變流室和14變流室），提供架線電機(jī)車用550V直流電源。主平硐運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造為皮帶運(yùn)輸方式后，從主平硐5400米處半坡集中煤倉(cāng)至煤質(zhì)科卸載站共設(shè)計(jì)安裝10部皮帶，供電距離長(zhǎng)6KM左右。
?。ㄒ唬⑴潆娝恢玫拇_定
根據(jù)配電所位置選擇的原則，配電所要位于負(fù)荷中心，頂板穩(wěn)定且無(wú)淋水、通風(fēng)好、運(yùn)輸方便的地方。結(jié)合主平硐狀況實(shí)際，配電所位置的確定有如下兩個(gè)方案：1：兩個(gè)配電所供電；2：三個(gè)配電所供電。對(duì)兩個(gè)方案分析比較如下：
方案1：12變流室作為一配電所，供大巷外段皮帶電源；在主平硐3800米處（即1#、2#、3#皮帶負(fù)荷中心）設(shè)一配電所，供大巷里段皮帶電源。但大巷外段全部采用12配電所供電，最遠(yuǎn)供電距離將達(dá)到3000米左右，且主平硐井口至地面卸載站將架空鋪設(shè)電纜；另3800米處配電點(diǎn)的電源進(jìn)線，根據(jù)現(xiàn)供電實(shí)際，從145井下變電所到此，最遠(yuǎn)供電距離將達(dá)到4600米。因此，若采用方案1供電，必須采用截面大的電纜，這樣一方面不滿足經(jīng)濟(jì)性的要求，另一方面供電系統(tǒng)的安全性也得不到保證。故方案1不可取。
方案2：利用原12、14變流室分別作為主平硐內(nèi)皮帶的供電電源，地面兩部皮帶由于相對(duì)比較集中（距離在140米左右），考慮從煤質(zhì)科配電室供電（該配電室位于9#皮帶機(jī)頭處）。一方面利用原有硐室，減少巷道掘進(jìn)工程量，另一方面，各配電點(diǎn)的供電距離較短，能夠滿足供電系統(tǒng)安全性的要求，且以最少的電纜投入進(jìn)行安裝，滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。
經(jīng)上述比較，方案2較為經(jīng)濟(jì)合理，故選定此方案。
?。ǘ?、各主要用電設(shè)備負(fù)荷統(tǒng)計(jì)及變壓器容量選擇
各部皮帶的用電負(fù)荷情況如下表：
設(shè)備用電負(fù)荷表
序號(hào)設(shè)備
名稱電機(jī)功率額定
電壓額定
電流額定起動(dòng)電流備注
11#皮帶132KW1140V81.1A486.6A張緊絞(1140V7.5KW)
22#皮帶132KW1140V81.1A486.6A張緊絞(1140V7.5KW)
33#皮帶132KW1140V81.1A486.6A張緊絞(1140V7.5KW)
44#皮帶2×315KW1140V190A1235A張緊絞(1140V7.5KW)
55#皮帶185KW1140V120.3A721.8A張緊絞(1140V7.5KW)
66#皮帶185KW1140V120.3A721.8A張緊絞(1140V7.5KW)
77#皮帶185KW1140V120.3A721.8A張緊絞(1140V7.5KW)
88#皮帶132KW1140V81.1A486.6A張緊絞(1140V7.5KW)
99#皮帶185KW1140V120.3A721.8A張緊絞(1140V7.5KW)
1010#皮帶132KW1140V81.1A486.6A張緊絞(1140V7.5KW)
合計(jì)2030KW
考慮到啞口35KV變電所主變?nèi)萘?10000KVA)和新灑基35KV變電所主變?nèi)萘?12500KVA)，根據(jù)皮帶電機(jī)功率以及供電距離、負(fù)荷的合理分布等多方面因素考慮，采用以下供電方式：
①1#、2#、3#皮帶共用一臺(tái)移動(dòng)變電站供電（型號(hào)為KBSGZY-630KVA）
?、?#皮帶采用單獨(dú)的移動(dòng)變電站供電（型號(hào)為KBSGZY-630KVA）
③5#、6#皮帶共用一臺(tái)移動(dòng)變電站供電（型號(hào)為KBSGZY-630KVA）
?、?#、8#皮帶共用一臺(tái)移動(dòng)變電站供電（型號(hào)為KBSGZY-630KVA）
?、?#、10#皮帶共用一臺(tái)移動(dòng)變電站供電（型號(hào)為KBSGZY-630KVA）
?。ㄈ?、供電方式確定
?。?）12井下配電所供電（原12變流室）
將12變流室內(nèi)的設(shè)備全部退出使用，新安裝7臺(tái)高壓配電裝置（型號(hào)為BGP9L-6AK），其中兩臺(tái)作為電源進(jìn)線；一臺(tái)作為聯(lián)絡(luò)；一臺(tái)供7#、8#皮帶電源；一臺(tái)供5#、6#皮帶電源；一臺(tái)帶礦變作為動(dòng)力及配電所內(nèi)照明用電源；一臺(tái)備用。
（2）14井下配電所供電（原14變流室）
將14變流室內(nèi)的設(shè)備全部退出使用，新安裝7臺(tái)高壓配電裝置（型號(hào)為BGP9L-6AK），其中兩臺(tái)作為電源進(jìn)線；一臺(tái)作為聯(lián)絡(luò)；一臺(tái)供1#、2#、3#、4#皮帶電源；一臺(tái)供327、328大皮帶電源；一臺(tái)帶礦變作為動(dòng)力及配電所內(nèi)照明用電源；一臺(tái)備用。
（3）煤質(zhì)科配電室供電
將作為輔助運(yùn)輸用蓄電池電機(jī)車充電室設(shè)于井運(yùn)區(qū)機(jī)電車間內(nèi)，新安裝煤質(zhì)科配電室（高壓盤4塊，其中兩塊作為電源進(jìn)線；一塊帶型號(hào)為KBSGZY-500KVA移動(dòng)變電站，供地面9#、10#皮帶用電源；一塊供煤質(zhì)科皮帶電源）。
?。ㄋ模?、高壓配電裝置及電纜選擇
《煤礦井下設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中規(guī)定：井下用移動(dòng)變電站、動(dòng)力變壓器高壓側(cè)應(yīng)有短路、過負(fù)荷和無(wú)壓釋放保護(hù)，供給移動(dòng)變電站的高壓饋電線還應(yīng)有電纜監(jiān)視保護(hù)?？紤]到運(yùn)行、維護(hù)方便，使用安全可靠，保護(hù)靈敏等多種因素，選用BGP9L-6AK型帶真空斷路器的高壓配電裝置（以下簡(jiǎn)稱高爆）。
1、以12井下配電所內(nèi)2#高爆選型計(jì)算為例：
?。?）高爆額定電壓：6KV
（2）高爆額定電流應(yīng)大于所帶移動(dòng)變電站總的最大長(zhǎng)時(shí)工作電流。為簡(jiǎn)便，取所帶移動(dòng)變電站額定電流之和作為總的最大長(zhǎng)時(shí)工作電流。
INT=SN/
VN
式中：SN——變壓器額定容量，KVA
VN——變壓器高壓側(cè)額定電壓，KV
移動(dòng)變電站額定電流為：
INT1=SN1/
VN=630/（
·6）=60.62A
∴INT=INT1=60.62A
故4#高爆選用額定電流為100A(>60.62A)型。滿足要求。
根據(jù)該計(jì)算方法，可得其它高爆選型：
高爆選型表
序號(hào)高爆所處位置所帶負(fù)荷額定電流
163512井下配電所進(jìn)線400A
21#12井下配電所320KVA50A
3聯(lián)絡(luò)12井下配電所聯(lián)絡(luò)400A
42#12井下配電所630KVA100A
53#12井下配電所630KVA100A
64#12井下配電所備用100A
764612井下配電所進(jìn)線400A
864514井下配電所進(jìn)線400A
91#14井下配電所320KVA50A
10聯(lián)絡(luò)14井下配電所聯(lián)絡(luò)400A
112#14井下配電所630KVA+630KVA200A
123#14井下配電所630KVA+630KVA200A
134#14井下配電所備用100A
148#14井下配電所進(jìn)線400A
2、高壓電纜截面選擇
以14井下配電所內(nèi)2#高爆至移動(dòng)變電站高壓電纜選型計(jì)算為例：
?。?）按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面
Ae=Imax/(Ied·n)
式中：Ae——按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇的電纜截面，mm2
Imax——正常運(yùn)行時(shí)，通過電纜的最大長(zhǎng)時(shí)負(fù)荷電流，A
Ied——經(jīng)濟(jì)電流密度，A/mm2（根據(jù)煤礦工作實(shí)際，Ied=2）
n——正常運(yùn)行時(shí)，同時(shí)并聯(lián)工作的電纜條數(shù)（n=1）
∴Ae=378/2=189mm2
選擇高壓電纜為YJV22—3×120，電纜截面120mm2<189mm2，滿足要求。
（2）按長(zhǎng)期允許載流量選擇電纜截面
由于3×50mm2電纜最大允許載流量為170A>104A，所以滿足要求。
（3）按允許電壓損失校驗(yàn)電纜截面
?、傧戮娎|的電壓損失ΔV1%
每條下井電纜負(fù)荷功率P=1450KW，下井電纜長(zhǎng)1700米，截面為120mm2（銅芯）。經(jīng)查表得R0=0.172Ω/km，X0=0.068Ω/km，取下井負(fù)荷的功率因數(shù)COSΦ=0.65，tgΦ=1.17,得：
ΔV1%=PL（R0+X0tgΦ）/(10×VN2)
=1450×1.7(0.172+0.068×1.17)/(10×62)
=1.72%
?、?4井下配電所高爆至2#皮帶處移動(dòng)變電站的電壓損失ΔV2%
該段電纜為YJV22型，截面為120mm2（銅芯），長(zhǎng)1680米。所帶負(fù)荷280KW，經(jīng)查表得R0=0.172Ω/km，X0=0.068Ω/km，功率因數(shù)COSΦ=0.65，tgΦ=1.17,得：
ΔV1%=280×1.68(0.172+0.068×1.17)/(10×62)
=0.33%
?、?#皮帶處移動(dòng)變電站至4#皮帶處移動(dòng)變電站的電壓損失ΔV3%
該段電纜為YJV22型，截面為120mm2（銅芯），長(zhǎng)2630米。所帶負(fù)荷440KW，經(jīng)查表得R0=0.172Ω/km，X0=0.068Ω/km，功率因數(shù)COSΦ=0.65，tgΦ=1.17,得：
ΔV1%=440×2.63(0.172+0.068×1.17)/(10×62)
=0.81%
?、芸傠妷簱p失：
ΔV%=ΔV1%+ΔV2%+ΔV3%=1.72%+0.33%+0.81%=2.86%<5%符合要求
所以選用YJV22-3×120電纜作為向移動(dòng)變電站供電電纜。
根據(jù)該計(jì)算方法，可得其它高壓電纜選型。詳見《土城礦1495主平硐主運(yùn)輸系統(tǒng)改造供電系統(tǒng)圖》。
?。ㄎ澹?、低壓電纜選擇
以4#皮帶電機(jī)（2×315KW）選擇低壓電纜為例進(jìn)行計(jì)算:
根據(jù)Ica=K·P×103/(
VN·COSΦ·η)
式中：Ica——長(zhǎng)時(shí)最大工作電流，A
K——電動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)，取0.65
P——電動(dòng)機(jī)額定功率，KW
COSΦ——電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)，取0.7
η——電動(dòng)機(jī)額定效率，取75%
∴Ica=0.65×315×103/
×1140×0.7×0.75=197.5A
根據(jù)礦用橡套電纜長(zhǎng)時(shí)允許載流量：主芯線截面為70mm2電纜的長(zhǎng)時(shí)允許載流量為215A>197.5A滿足要求。
6#皮帶低壓電纜選擇計(jì)算：
Ica=0.65×185×103/
×1140×0.7×0.75=186.87A
只需選擇主芯線截面為70mm2電纜，長(zhǎng)時(shí)允許載流量為215A>186.87A滿足要求。
可見，除4#皮帶電機(jī)低壓電纜采用并雙70mm2電纜外，其余電機(jī)負(fù)荷電纜只需選擇70mm2電纜就能滿足要求，低壓電纜選擇詳見《土城礦1495主平硐主運(yùn)輸系統(tǒng)改造供電系統(tǒng)圖》。
（六）、低壓電器設(shè)備選擇
考慮到皮帶所用電機(jī)功率較大，故每臺(tái)電機(jī)均選用QJZ-300/1140型開關(guān)進(jìn)行起動(dòng)，一方面是開關(guān)自身的保護(hù)性能較好，另一方面比較適合皮帶的起動(dòng)要求。
（七）、過電流保護(hù)裝置的整定計(jì)算
詳見《土城礦1495主平硐主運(yùn)輸系統(tǒng)改造供電系統(tǒng)圖》。
?。ò耍⒐╇娤到y(tǒng)輔助改造
由于主平硐采用皮帶運(yùn)輸方式后，12井下配電所的容量相應(yīng)增加，14井下配電所的容量也相應(yīng)增加，因此，12井下配電所（原12變流室）進(jìn)線電纜ZQL-3×50已不能滿足改造后負(fù)荷要求，需更換為YJV22-3×95電纜；14井下配電所（原14變流室）進(jìn)線電纜ZQ-3×50需更換為YJV22-3×95電纜。另井運(yùn)區(qū)配電室，現(xiàn)有供電方式為啞口35KV變電所618廣場(chǎng)線路單回路供電，經(jīng)實(shí)地考查，重新架設(shè)一趟電纜線路（T接啞口35KV變電所615線路）為比較可選方案，這樣，可以保證井運(yùn)區(qū)配電室的雙回路供電，從而三個(gè)配電點(diǎn)的進(jìn)線電源均為雙回路供電方式，以保證皮帶供電的連續(xù)性。
?。ň牛⒐╇娤到y(tǒng)改造所需材料、設(shè)備概算（見下表）
供電系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用表
序號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量單價(jià)
萬(wàn)元金額
萬(wàn)元備注
1高爆BGP9L-6AK臺(tái)134.457.2
2移動(dòng)變電站KBSGZY-630臺(tái)510.854
3高壓電纜YJV22-3×50米28300.016847.6
4高壓電纜YJV22-3×95米45000.019186輔助改造
5戶變S-315臺(tái)133
6起動(dòng)開關(guān)QJZ-300/1140臺(tái)15230
7起動(dòng)開關(guān)BQD5-80ZR臺(tái)100.252.51140V
8照明綜保ZXZ8-2.5臺(tái)40.31.21140V
9防爆燈臺(tái)3000.0061.8
10高壓配電盤GG1A-07T塊4312輔助改造
11低壓
橡套電纜UPQ-
3×95+1×35米500.00160.081140V
12低壓
橡套電纜UPQ-
3×70+1×25米23500.01330.61140V
13低壓
橡套電纜UPQ-
3×50+1×16米600.00680.51140V
14低壓
橡套電纜UPQ-
3×35+1×10米1100.00680.751140V
15低壓
橡套電纜UPQ-
3×4+1×1米300.00610.181140V
16低壓
橡套電纜U-
3×4+1×1米60000.005231.2
合計(jì)358.61
