煤礦供電高壓側(cè)設(shè)計(jì)研究

徐國強(qiáng)

(華晉焦煤有限責(zé)任公司，山西 太原 030001)

采區(qū)變電所是煤礦井下供電的核心環(huán)節(jié)，工作面配電點(diǎn)是生產(chǎn)及附近輔助設(shè)備的配電中心，為實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)，合理地確定采區(qū)變電所的供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行設(shè)備布置優(yōu)化是供電設(shè)計(jì)的重要任務(wù)之一。煤礦供電設(shè)計(jì)包括負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、變壓器選擇、高壓電纜選擇與校驗(yàn)、短路電流計(jì)算、低壓電纜選擇與校驗(yàn)、移動(dòng)變電站校驗(yàn)、饋電開關(guān)選擇與校驗(yàn)、磁力啟動(dòng)器選擇與校驗(yàn)、整定計(jì)算報(bào)告編制等諸多技術(shù)環(huán)節(jié)，其中煤礦工作面供電系統(tǒng)的正確設(shè)計(jì)，對于準(zhǔn)確選擇變壓器容量、開關(guān)容量、電纜型號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行準(zhǔn)確地計(jì)算、整定具有重要意義。供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行、設(shè)備容量的合理、保護(hù)的動(dòng)作靈敏度對于安全生產(chǎn)具有至關(guān)重要的作用［1］。

國內(nèi)外學(xué)者圍繞供電設(shè)計(jì)工作開展了一系列研究，取得了豐碩的研究成果，文獻(xiàn)［2］從構(gòu)建合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、改善電網(wǎng)運(yùn)行方式、提高供電電網(wǎng)的裝備質(zhì)量、災(zāi)害預(yù)防、強(qiáng)化管理與檢修、加強(qiáng)管理與培訓(xùn)等方面給出了系列建議。文獻(xiàn)［3］針對復(fù)雜供電系統(tǒng)電網(wǎng)中短路電流計(jì)算的技術(shù)難點(diǎn)，綜合了絕對值計(jì)算法與相對值計(jì)算法的優(yōu)缺點(diǎn)后，提出了一種準(zhǔn)折算值法，具有公式簡單，計(jì)算步驟易于掌握、公式優(yōu)化等優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)［4］針對中小煤礦供電設(shè)計(jì)中的突出問題，通過導(dǎo)線截面的合理選擇、變壓器的合理選擇與應(yīng)用、無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用、軟啟動(dòng)器的應(yīng)用等方式優(yōu)化了供電設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)［5］針對煤礦供電設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題，提出了弧光過電壓的治理措施、完善電力監(jiān)控措施、供電電源的優(yōu)化選擇、供電管理機(jī)制的革新、供電節(jié)能措施的完善等方面進(jìn)行了系統(tǒng)地闡述。上述研究從不同角度對供電設(shè)計(jì)提出了建議，為供電設(shè)計(jì)的安全性與規(guī)范性提供了理論指導(dǎo)。

本研究針對煤礦供電設(shè)計(jì)中較難的技術(shù)問題—高壓供電設(shè)計(jì)，包括高壓電纜、高壓配電裝置、移動(dòng)變電站的計(jì)算與保護(hù)整定等技術(shù)，研究提供一種比較實(shí)用的計(jì)算方法，為煤礦供電設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供一種借鑒，提高煤礦安全生產(chǎn)水平。

1 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)與高壓供電設(shè)備

例如，某排水系統(tǒng)有5臺(tái)排水設(shè)備，工作電壓為660 V，額定功率因數(shù)均為0.85?，F(xiàn)為此排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)高壓供電系統(tǒng)，系統(tǒng)額定短路容量為70 MVA。負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表見1。

表1 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

首先選擇移動(dòng)變電站:

負(fù)荷額定總功率360 kW，最大電機(jī)功率120 kW，因此，需用系數(shù)為:

所有設(shè)備平均功率因數(shù)為:

設(shè)備計(jì)算負(fù)荷為:

考慮供電系統(tǒng)后續(xù)擴(kuò)展及實(shí)際下游供電設(shè)備，選用KBSGZY－630/10/0.69型號(hào)移動(dòng)變電站，其額定容量為630 kVA。

其次選擇高壓配電裝置:

現(xiàn)有1臺(tái)PJG200 A/10 kV的高壓配電裝置單獨(dú)為該系統(tǒng)系統(tǒng)供電，額定開斷電流12 500 A，額定熱穩(wěn)定電流12 500 A，額定斷流容量217 000 VA，現(xiàn)分析其供電合理性。

系統(tǒng)長時(shí)負(fù)荷電流:

高配出口處最大三相短路電流為:

熱穩(wěn)定電流:

式中:

tph—系統(tǒng)短路電流作用的假想時(shí)間，s;

tts—高配熱穩(wěn)定電流所對應(yīng)的時(shí)間，s。

斷流容量為:

因此，分?jǐn)嗄芰?、熱穩(wěn)定性與斷流容量均滿足校驗(yàn)條件。

2 高配與移動(dòng)變電站之間的高壓電纜校驗(yàn)

根據(jù)式(4)可知，持續(xù)工作電流為14.7 A。

首先初選電纜:

選擇MYJV22－3x95型電纜，允許長時(shí)載流量為250 A，截面面積為 95.00 mm2。

計(jì)算電壓損失并校驗(yàn):

電壓損失為:

式中:

Lg—所選型號(hào)電纜長度;

R0—每公里電阻;

X0—每公里電抗;

tanφ—所帶負(fù)荷平均功率因數(shù)角正切值。

熱穩(wěn)定性校驗(yàn):

計(jì)算三相短路電流為:

因此，根據(jù)計(jì)算可得熱穩(wěn)定電纜截面為:

式中:

C—所選電纜的熱穩(wěn)定系數(shù)。

3 高壓配電裝置保護(hù)整定

短路整定電流為

式中:

Ist·m—用電負(fù)載中功率最大一臺(tái)的啟動(dòng)電流;

Σ IN—除最大功率設(shè)備外，其余設(shè)備的額定電流和;

實(shí)際中可選整定值為:Idz=120 A。

因此可得，整定靈敏度為:

滿足整定計(jì)算要求。對移動(dòng)變壓電高壓頭的整定計(jì)算，與高壓配電裝置計(jì)算方法一致，代入相關(guān)參數(shù)即可。

4 總結(jié)

煤礦井下供電安全是煤礦安全生產(chǎn)的保證，在惡劣環(huán)境下，極易發(fā)生供電安全事故。如何合理地準(zhǔn)確設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)，計(jì)算與整定是兩大難題，尤其是在高壓部分，更是計(jì)算中容易忽視的問題，本研究從一個(gè)簡單實(shí)例及負(fù)荷統(tǒng)計(jì)出發(fā)，分析了高壓部分的計(jì)算方法，可為廣大電氣人員提供一種快速的計(jì)算方法。

［1］穆連生，郭增軍，邸滿田.煤礦綜連采實(shí)用電工技術(shù)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2006:156－158.

［2］陳國強(qiáng).提高煤礦供電系統(tǒng)可靠性的措施與對策［J］.能源技術(shù)與管理，2007(1):89－90.

［3］王紅儉，吳 玲，申利燕.煤礦供電設(shè)計(jì)中復(fù)雜電網(wǎng)短路電流的準(zhǔn)折算值計(jì)算方法［J］.煤礦機(jī)電，2009(5):72－74.

［4］竇勤耘，黎和凱.中小煤礦供電現(xiàn)狀分析及改進(jìn)措施［J］.煤礦機(jī)械，2006，27(4):677－679.

［5］蔡代平.對煤礦供電設(shè)計(jì)幾個(gè)問題的看法［J］.煤炭技術(shù)，2012，31(11):39－40.