綜采工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張潤美

綜采工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張潤美

簡要介紹了綜采工作面供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和各項(xiàng)保護(hù)的整定計(jì)算及選取。

綜采工作面；供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)；保護(hù)整定；整定計(jì)算

隨著我國高產(chǎn)高效礦井逐年增加，工作面裝備日益更新，整個(gè)綜采系統(tǒng)的先進(jìn)和可靠，不僅取決于單機(jī)設(shè)備的先進(jìn)和可靠性，以及設(shè)備的合理選型和配套，其供電系統(tǒng)也是至關(guān)重要的。因此，按照國家建設(shè)安全高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井的條件和要求，設(shè)計(jì)好適用于現(xiàn)代化礦井綜采設(shè)備的供電系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)安全高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井的關(guān)鍵。

1 綜采工作面主要條件

大同煤礦集團(tuán)公司某礦西部盤區(qū)的一個(gè)綜采工作面。該工作面屬于8#煤層一盤區(qū)，平均煤層厚度5 m；工作面長度225 m，走向長度2 000 m；平均傾角3°～5°；采用一次采全高采煤工藝，可采最高煤層厚度5.5 m；工作面采用三進(jìn)兩回布置方式。礦井井下高壓采用10 kV供電，由西翼盤區(qū)變電所負(fù)責(zé)向該綜采工作面供電。西翼盤區(qū)變電所雙回10 kV電源來自地面趙莊110 kV站815、816號(hào)盤，采用2趟MYJV22-240 mm電纜供電，電纜長度3 400 m。變電所高壓設(shè)備采用BGP9L-10型高壓隔爆開關(guān)，保護(hù)選用上海山源ZBT-11型綜合保護(hù)。盤區(qū)變電所距綜采工作面皮帶機(jī)頭200 m。

2 設(shè)備選用

2.1 工作面設(shè)備

采用德國艾柯夫公司生產(chǎn)的SL500型采煤機(jī)，截割主電機(jī)功率2×750 kW，額定電壓3 300 V；牽引電機(jī)功率2×90 kW，額定電壓460 V；調(diào)高泵電機(jī)功率35 kW，額定電壓1 000 V； 破 碎 機(jī) 功 率100 kW，額定電壓3 300 V。

工作面刮板輸送機(jī)采用山西煤機(jī)廠制造的SGZ1000-Z×700型輸送機(jī)，機(jī)頭及機(jī)尾都采用額定功率為350 kW/700 kW的雙速電機(jī)，額定電壓為3 300 V。

2.2 順槽設(shè)備

2.2.1 破碎機(jī)

采用山西煤機(jī)廠制造的PCM-315型破碎機(jī)，額定功率315 kW，額定電壓1 140 V。

2.2.2 轉(zhuǎn)載機(jī)

采用山西煤機(jī)廠制造的SZZ1200/315型轉(zhuǎn)載機(jī)，額定功率315 kW，額定電壓1 140 V。

2.2.3 順槽帶式輸送機(jī)

采用晉煤集團(tuán)機(jī)電總廠生產(chǎn)的SSJ-140/250/3×400型輸送機(jī)（1部），驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率3×400 kW，循環(huán)油泵電機(jī)額定功率3×18.5 kW，冷卻風(fēng)扇電機(jī)額定功率3×5.5 kW，抱閘油泵電機(jī)額定功率2×4 kW，額定電壓均為1 140 V。自動(dòng)漲緊油泵電機(jī)額定功率12 kW，卷帶電機(jī)額定功率15 kW，電壓1 140 V。皮帶機(jī)采用CST啟動(dòng)方式。

2.2.4 乳化液泵站

三泵二箱，乳化液泵采用無錫威順生產(chǎn)的BRW400/31.5型液泵，額定功率250 kW，額定電壓1 140 V。

2.2.5 噴霧泵

采用無錫威順生產(chǎn)的BPW516/13.2型（2臺(tái)），額定功率132 kW，額定電壓1 140 V。

2.3 其他設(shè)備

移動(dòng)列車處安裝JH2-18.5型慢速絞車2部，絞車電機(jī)功率18.5 kW，額定電壓等級1 140 V；順槽皮帶機(jī)機(jī)頭安裝電磁除鐵器1臺(tái)，型號(hào)RCDC-25S，電機(jī)功率30 kW，額定電壓1 140 V；皮帶順槽巷采用2臺(tái)15 kW排污泵臨時(shí)排水，額定電壓1 140 V；其余巷道排水設(shè)備及水倉處固定離心泵就近接取電源或另設(shè)移動(dòng)變電站供電。

3 工作面移動(dòng)變電站及配電點(diǎn)位置的確定

工作面電源電壓為10 kV，來自200 m以外的盤區(qū)變電所。根據(jù)用電設(shè)備的容量與布置，采用1 140 V和3 300V兩種電壓等級供電，照明及保護(hù)控制電壓采用127 V。在順槽皮帶機(jī)機(jī)頭設(shè)置移動(dòng)變電站及配電點(diǎn)，為順槽皮帶機(jī)供電；在順槽皮帶巷距工作面100 m～200 m處設(shè)移動(dòng)列車，將移動(dòng)變電站，采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)控制開關(guān)，液壓泵站、噴霧泵及其控制開關(guān)裝在移動(dòng)列車上，可以隨著工作面的推進(jìn)定期在軌道上進(jìn)行移動(dòng)。供電原理見圖1。

4 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)及移動(dòng)變電站選擇

按用電設(shè)備額定電壓分為1 140 V和3 300 V兩種，按移動(dòng)變電站二次側(cè)兩種電壓等級選取。

4.1 3 300 V用電設(shè)備變電站的選取

由于采煤機(jī)（1 815 kW）、刮板輸送機(jī)（2×700 kW）單機(jī)容量較大，且考慮過電流保護(hù)靈敏系數(shù)的要求，分別選用1臺(tái)容量較大的移動(dòng)變電站。

4.1.1 供采煤機(jī)的移動(dòng)變電站的選?。?#移變）

式中：cosφpj——各設(shè)備的加權(quán)平均功率因數(shù)，1#移變給1臺(tái)采煤機(jī)組供電，取0.85；

∑Pe——設(shè)備額定功率之和；

4.1.2 供工作面運(yùn)輸機(jī)的移動(dòng)變電站的選取（2#移變）

4.2 1 140 V用電設(shè)備變電站的選取

順槽皮帶機(jī)容量較大，且為固定供電設(shè)備，故單獨(dú)選用1臺(tái)移動(dòng)變電站，其余設(shè)備選用1臺(tái)移動(dòng)變電站。順槽皮帶巷2臺(tái)15 kW潛水污水泵可就近在移動(dòng)變電站接取電源。

4.2.1 順槽皮帶機(jī)移動(dòng)變電站的選?。?#移變）

順槽皮帶機(jī)長度約為2 000 m，且皮帶巷坡度不大，皮帶機(jī)采用兩驅(qū)運(yùn)行，一驅(qū)備用可滿足要求。

根據(jù)井下移動(dòng)變電站要求，選取型號(hào)為KBSGZY型移變。工作面負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見第43頁表1。

5 供電系統(tǒng)選型與供電系統(tǒng)擬定

由采區(qū)變電所1#、2#、3#、4#四臺(tái)高壓開關(guān)（200/5）向工作面4臺(tái)移動(dòng)變電站高壓供電。移動(dòng)變電站高壓側(cè)開關(guān)采用真空斷路器，開關(guān)具有短路、過負(fù)荷和無壓釋放保護(hù)。

低壓饋電開關(guān)及磁力啟動(dòng)器按其斷路器（接觸器）額定電流大于等于所控制（啟動(dòng)）設(shè)備額定電流進(jìn)行選取，按斷路器（接觸器）分?jǐn)嗄芰Φ扔诨虼笥谒ㄟ^最大三相短路電流進(jìn)行校驗(yàn)。饋電應(yīng)具備短路、過負(fù)荷、漏電跳閘及閉鎖等保護(hù)，磁力啟動(dòng)器應(yīng)具有短路、過負(fù)荷、漏電閉鎖、斷相等保護(hù)及遠(yuǎn)方控制功能。

表1 工作面負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

1 #移變選取德國貝克生產(chǎn)的PBE3006型低壓開關(guān)，三回3 300 V出線，額定電流450 A，一用兩備，低壓開關(guān)直接向采煤機(jī)供電，另一回路出線127 V。

2 #移變低壓側(cè)選取英國ALLENWEST公司生產(chǎn)的AW2000型開關(guān)，五回3 300 V出線，單回額定電流200 A，低壓開關(guān)直接向刮板運(yùn)輸機(jī)供電，另一回路出線127 V。

3 #移變低壓側(cè)運(yùn)行負(fù)荷額定電流585.1 A。移變低壓側(cè)選取平陽開關(guān)廠生產(chǎn)的BXD-800型真空饋電開關(guān)。皮帶機(jī)3臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流為256 A，3臺(tái)油泵額定電流12 A，3臺(tái)風(fēng)扇額定電流3.5 A，2臺(tái)抱閘油泵額定電流2.6 A，采用長治海通生產(chǎn)的開關(guān)進(jìn)行控制，其中3回采用400 A接觸器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，另外8回采用30 A接觸器控制油泵、風(fēng)扇、抱閘油泵，滿足使用要求。自動(dòng)油泵漲緊電機(jī)采用KXJ3-80/1140型專用開關(guān)。電磁除鐵器、卷帶電機(jī)選用QBZ-80/1140型開關(guān)均滿足要求。

4 #移變低壓側(cè)運(yùn)行負(fù)荷額定電流Izd≥Ieq+∑IeKx，其中Ieq為最大負(fù)荷額定電流，取轉(zhuǎn)載機(jī)額定電流200 A；∑Ie為其余設(shè)備額定電流之和，為700 A；Kx為需用系數(shù)，取0.54，Izd≥200+700×0.54=578 A。移變低壓側(cè)選用平陽開關(guān)廠生產(chǎn)的BXD-800型真空饋電開關(guān)，乳化液泵、噴霧泵、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)均采用長治海通生產(chǎn)的6路組合開關(guān)控制，每臺(tái)開關(guān)六回1 140 V出線，額定電流400 A，滿足使用要求。

6 高壓電纜截面選擇校驗(yàn)

按設(shè)計(jì)規(guī)定及礦用高壓電纜的選型，初選MYPTJ型礦用10 kV銅芯、橡套、雙屏蔽電纜。

6.1 供1#移變的高壓電纜截面的選擇（L1）

用經(jīng)濟(jì)電流密度計(jì)算電纜截面：

式中：A——電纜主芯截面，mm2；

J——經(jīng)濟(jì)電流密度，A/mm2，查表得2.25。

由以上計(jì)算選取70 mm2截面電纜，長時(shí)允許載流量215 A。通過對允許電壓損失和熱穩(wěn)定校驗(yàn)，電纜截面完全符合設(shè)計(jì)要求。

6.2 供2#移變的高壓電纜截面的選擇（L2）

按經(jīng)濟(jì)電流密度校驗(yàn)電纜截面：

選取50 mm2截面電纜，長時(shí)允許載流量173 A。通過對允許電壓損失和熱穩(wěn)定校驗(yàn)，電纜截面完全符合設(shè)計(jì)要求。

6.3 供3#移變的高壓電纜截面的選擇（L3）

按經(jīng)濟(jì)電流密度計(jì)算電纜截面:

選取50 mm2截面的電纜。通過對允許電壓損失和熱穩(wěn)定校驗(yàn)，電纜截面完全符合設(shè)計(jì)要求。

6.4 供4#移變的高壓電纜截面的選擇（L4）

按經(jīng)濟(jì)電流密度計(jì)算電纜截面：

選取35 mm2截面電纜，長時(shí)允許載流量138 A。通過對允許電壓損失和熱穩(wěn)定校驗(yàn)，電纜截面完全符合設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)以上計(jì)算，選取的4條高壓電纜分別為：

7 按長時(shí)負(fù)荷電流初選低壓電纜截面

長時(shí)負(fù)荷電流要求電纜截面載流量大于等于電纜長時(shí)間負(fù)荷電流（見表2）。

表2 按長時(shí)負(fù)荷電流初選低壓電纜截面

采煤機(jī)選用MCPR1.9/3.3 kV拖移電纜，刮板運(yùn)輸機(jī)選用MYPTJ1.9/3 kV電纜，其余1 140 V電纜均選用MYP型礦用橡套屏蔽電纜。L10選取2趟120 mm2電纜，L12選取2趟70 mm2電纜，L13選取2趟50 mm2電纜。

通過機(jī)械強(qiáng)度要求和允許電壓損失校驗(yàn)電纜截面，完全符合設(shè)計(jì)要求。

8 低壓電網(wǎng)短路點(diǎn)的選定

短路點(diǎn)應(yīng)選在母線上與線路的首末端，如果線路很短，可以只選線路首端。根據(jù)這一原則，在本供電系統(tǒng)中選8個(gè)點(diǎn)選定短路電流，能滿足開關(guān)選擇校驗(yàn)與繼電保護(hù)整定要求。短路電流查表可得。

9 熱穩(wěn)定和開關(guān)分?jǐn)嗄芰πｒ?yàn)

9.1 低壓電纜熱穩(wěn)定校驗(yàn)

（1）1#移變低壓配電熱穩(wěn)定需最小電纜截面：

9.2 低壓開關(guān)分?jǐn)嗄芰πｒ?yàn)

10 保護(hù)整定

通過計(jì)算確定移變高壓側(cè)開關(guān)保護(hù)整定和低壓側(cè)保護(hù)整定，正確選取開關(guān)的過載和短路電流，從而使各種機(jī)電設(shè)備得到保護(hù)。

11 其他

順槽皮帶機(jī)頭安裝1臺(tái)BXZ-4/127型照明綜保負(fù)責(zé)皮帶巷照明，移變低壓開關(guān)127 V負(fù)責(zé)綜采工作面架間照明。

通過以上的詳細(xì)計(jì)算，確定了同煤集團(tuán)某礦綜采工作面的供電系統(tǒng)。通過現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行，該工作面供電故障率下降了20%，平均日開機(jī)率達(dá)到10 h～12 h，平均日產(chǎn)煤4 850 t，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期目的，證明綜采工作面供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是完全可行的。

[1] 郭海，穆連生.高產(chǎn)高效礦井綜采電氣技術(shù).北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

[2] 穆連生.煤礦綜采電工技術(shù).北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.

[3] 王紅儉，王會(huì)森.煤礦電工學(xué).北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

Design the Power Supply System in Fully-mechanical Mining Face

Zhang Runmei

This article briefly introduces design to the power supply system in fully-mechanical mining face and also discusses the setting calculation and choosing of different safeguards.

combined mining face;the power supply system's design;relay protection;setting calculation

TD611

A

1000-4866（2011）01-0041-04

張潤美，女，1969年出生，1992年畢業(yè)于大同大學(xué)理工學(xué)院，現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)公司中央機(jī)廠工作，工程師。

2010-11-26

2010-12-17