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cos de N ca w mk P S ϕ∑=（4-1）式中 S ca --一组用电设备的计算负荷，kVA ；∑P N --具有相同需用系数K de 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K de 可按下式计算Nde P P k ∑+=max 6.04.0 （4-2）式中 P max --最大一台电动机额定功率，kW ；wm ϕcos --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N i P 与功率因数cos Ni ϕ的乘积之和与它们总功率之比，即为NnN N NnNn N N N N wm P P P P P P +⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅++=212211cos cos cos cos ϕϕϕϕ （4-3）采区其它作业电力负荷的需用系数K de 和加权平均功率因数wm ϕcos 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de K 及加权平均功率因数wm ϕcos4. 移动变电站台数的确定移动变电站总的额定容量S N应大等于计算容量S ca，即S N≥S ca （4-4）综采工作面采用一台移动变电站是不能满足要求的。
移动变电站容量应根据设备的布置、电压等级和容量，确定几个分组方案，分别求出各方案下的各组计算容量，初选移动变电站的额定容量及台数，确定最优分组方案。
国产矿用隔爆型移动变电站（联合设计）主要技术数据见表4-4a，太原万鵬变器压公司生产的隔爆型移动变电站技术数据见表4-4b，国外移动变电站主要技术数据见表4-4c。
表4-4a 国产矿用隔爆型移动变电站技术数据太原万鵬变压器公司生产的隔爆型移动变电站技术数据注：以上参数为太原万鵬变压器公司（原太原变压器厂）的产品表4-4c 国外矿用隔爆型移动变电站主要技术数据4.3 综采工作面供电系统的拟定1. 拟定综采供电系统的原则1）在保证供电可靠的前提下，力求减少电缆的根数和长度，尽量避免回头供电。
橡套电缆长度按敷设路径长度增加10%，铠装电缆长度按敷设路径增加5%；2）采煤机功率相对较大，宜采用单独电缆供电；工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式线路供电；带式输送机可以采用干线式供电，对多台大容量带式输送机，也可以用辐射式线路供电；3）配电点的设置。
综采工作面设置为集中配电点，一般距离工作面50~70m，随工作面的移动而移动；对输送机及其他附属机械，因位置的分散，可分别设置配电点；4）原则上1台起动器控制1台电动机。
对采煤机等重要生产机械应设备用起动器，即一用一备；对控制刮板输送机的起动器，采用二用一备。
各备用起动器与工作起动器的主接线，可参考图4-1连接；图4-1 工作起动器与备用起动器的连接a-起动器一用一备主接线；b-起动器二用一备主接线1#、3#-工作起动器；2#-备用起动器5）配电点在3台及以下起动器时，可以不设进线总馈电开关；6）移动变电站低压侧已有低压馈电开关，而且保护齐全，可以不在移动变电站之外再设置低压总馈电开关；7）综采工作面一般选用2~3台移动变电站。
例如，1#移动变电站向带式输送机及其他转运设备供电；2#移动变电站向采煤机、乳化液泵和喷雾泵供电；3#移动变电站向刮板输送机、转载机等供电。
2#、3#移动变电站的负荷可以根据需要适当调换。
2. 综采工作面供电系统的拟定根据供电系统拟定原则，初步拟定综采工作面供电系统。
3. 综采工作面供电设备的布置综采工作面供电设备布置，是根据运输巷道断面、顶底板地质情况、瓦斯含量等，基本上分为4种方案。
这是矿上地质、技术部门等在设计综采工作面，布置巷道时已考虑和论证过的。
1）方案Ⅰ-大断面单巷道布置法工作面配电点和乳化液泵站等设备布置在可伸缩带式输送机的一侧，随着工作面的推进，移动供电设备及泵站，因为起动器通常放置在平板矿车上。
这一方案缺点是巷道断面大，开拓量大，支护成本高。
其优点是，供电、供液距离短，低压电缆电压损失小，液压管路压力损失小，而且设备移动很方便，便于供电、供液设备的维护。
是现代综采供电的典型方案，地质条件许可时，应优先选用。
工作面设备的布置如图4-2所示。
图4-2 综采工作面设备布置Ⅰ1-采煤机；2-刮板输送机；3-桥式转载机；4-带式输送机；5-安全绞车；6-液压支架；7-乳化液泵站；8-喷雾泵；9-破碎机；1#-向带式输送机和安全绞车供电的移动变电站；2#-向采煤机、乳化液泵站、喷雾泵站、通信系统供电的移动变电站；3#-向刮板输送机、转载机、破碎机照明灯供电的移动变电站；4#-控制带式输送的起动器；5#-拉紧绞车开关；6#-液压绞车控制开关；7#-控制采煤机磁力起动器；8#-控制采煤机备用起动器；9#、10#-乳化液泵站起动器；11#、12#-喷雾泵站磁力起动器；13#-CK-1通信系统；14#、16#-刮板输送机磁力起动器；15#-刮板输送机备用开关；17#-转载机磁力起动器；18#-破碎机磁力起动器；19#、20#照明变压器。
2）方案Ⅱ-小断面双巷布置法将移动变电站、工作面配电点开关、乳化液泵站和喷雾泵站都设置在单独的辅助巷道内，每隔一定的距离，用联络巷与工作面运输巷连通，通过联络巷与运输巷向工作面配电。
这种方案最适宜于下一个工作面尚未回采，但其回风巷已经开拓完毕，这就可在此回风巷布置上工作面的移动变电站、配电开关和泵站设置。
这种方案可使运输巷道断面缩小，支护成本低，适合于双巷掘进的开拓系统，其设备布置如图4-3所示。
图4-3 综采工作面设备布置Ⅱ1-刮板输送机；2-采煤机；3-破碎机；4-转载机；5-带式输送机；6-液压支架；7-轨道；8-乳化液泵站；9-配电开关组；10-移动变电站3）方案Ⅲ-定点布置法将供电、供液设备安装在离工作面较远的短石门里或硐室里，并随工作面的推进而多次移动。
这种方案适合于顶板比较破碎、巷道维护较困难，同时走向长度和工作面长度不太长的综采工作面。
其优点是投资小，维护方便。
设备布置如图4-4所示。
图4-4 远距离供电供液综采工作面设备布置1-运输大巷；2-短石门；3-斜巷；4-移动变电站；5-泵站；6-运输巷；7-回风巷；8-带式输送机；9-转载机；10-破碎机；11-液压支架；12-采煤机；13-刮板输送机4）其他方案对于低瓦斯矿井的综采工作面供电的移动变电站、配电开关和泵站，可以设置在回风巷，也可以在进风的运输巷与回风巷各设一部分。
对于放顶煤综采支架后的刮板输送机等设备的配电点与移动变电站，有的设在回风巷内。
4.4 高压配电装置及高压电缆选择1. 高压配电装置的选择综采工作面供电系统中，一般不设高压配电装置（箱），而是由采区变电所直接引来高压电源。
但是，当综采工作面顺槽较长，特别是高产高效矿井，日产万吨及以上原煤的综采工作面供电系统，为了维修工作面配电点的设备方便，有时也将隔爆型高压配电装置（箱）设置在工作面顺槽入口处，作为综采工作面供电系统中高压的总开关。
下面简述高压配电装置的选择方法。
选择原则：根据环境条件和供电要求，确定高压配电装置的型式和参数。
1）高压配电装置的型式应符合《煤矿安全规程》第444条中的有关规定，也就是说，选用井下电气设备，必须符合表4-5的要求。
通常选择矿用隔爆型高压真空配电装置。
表4-5 井下电气设备选用规定使用架线电机车运输的巷道中及沿该巷道的机电设备硐室内可以采用矿用一般型电气设备（包括照明灯具、通信、自动化装备和仪表、仪器）；**煤（岩）与瓦斯突出矿井井底车场的主泵房内，可使用矿用增安型电动机； ***允许使用经安全检测鉴定，并取得煤矿矿用产品安全标志的矿灯。
2）电气参数选择（1）按正常条件选择额定电压和额定电流高压配电装置的额定电压U N ，应与井下高压电网额定电压等级相符，即设备的额定电压不应小于其装设处的额定电压。
高压配电装置的额定电流I N ，不应小于其所控制的设备或线路的长时最大工作电流I ca ，即I N ≥I ca ，3ca I =（4-5）式中 I ca -将高压配电装置所带用电设备的总负荷电流折算到高压侧的值，A ；∑P N -该高压配电装置所带用电设备的额定功率之和，kW ； K SC -变压器变比，即变压器原、副绕组的匝数比；cos φwm -加权平均功率因数；ηwm -同时工作设备的加权平均效率，它反映各用电设备设备平均功率损耗，即各用电设备的功率与效率的乘积之和与总功率之比。