綜采工作面供電系統設計

曹順廷

(汾西礦業集團公司基建處)

綜采工作面供電系統設計

曹順廷①

(汾西礦業集團公司基建處)

隨著綜采工作面的大型化,大功率異步電動機使用越來越廣泛,設備起動對電網的沖擊也日趨明顯,影響了電網的供電質量。介紹了新柳煤礦241103工作面在供電系統設計、電氣設備選型及安裝過程中,分別采用軟起動技術、提高供電電壓等級、變頻調速等方法來解決這一問題,在實際使用中達到了預期效果,保證了供電的可靠性和設備正常運轉,滿足了生產需要。

綜采工作面;供電系統設計;電氣設備;變頻調速;問題;方法;效果

隨著煤炭工業現代化的發展,采掘工作面機械化程度越來越高,機電設備的總裝機容量和單機容量在不斷增加,加快了工作面的推進速度,從而使供電距離增大,給供電帶來了新的問題,新的要求。因為供電電壓等級一定時,輸送的功率越大,電網的電壓損失越大,電動機的端電壓越低,直接影響用電設備的正常工作。特別是在大型綜采工作面中,大功率電機動力大,提高了工作面產量。但是由于電機功率的逐漸增大,它對整個電網的沖擊就越來越明顯,尤其是在煤礦井下使用的大部分為鼠籠型異步電動機,它的起動電流大(一般為額定值的5～8倍,而起動轉矩只為額定值的0.8～2倍),對電網沖擊影響較大。汾西礦業集團公司新柳煤礦241103工作面在設計之初就遇到了這樣的問題。通過在供電系統設計、電氣設備選型及安裝過程中,分別采用軟起動技術、提高供電電壓等級、變頻調速等方法來解決這一問題,在實際使用中達到了預期效果,保證了供電的可靠性和設備正常運轉,滿足了生產需要。

1 241103工作面電氣設備及供電情況

1)工作面基本情況。新柳煤礦241103工作面是重點綜放工作面之一,該工作面走向1 330 m,長 198 m。運輸系統長1 500余m。設備總容量4 287 kW,變壓器總容量為6 050 kVA,主要設備供電電壓等級為1 140 V、660 V。單機最大功率為后部刮板輸送機2×400 kW,轉載機功率為400 kW,前部刮板輸送機2×315 kW,采煤機600 kW,破碎機250 kW, 1#乳化液泵250 kW,2#乳化液泵250 kW,1#噴霧泵45 kW,2#噴霧泵45 kW,頭部皮帶輸送機315 kW,二部皮帶輸送機2×315 kW。

2)供電方式。該工作面的供電方式為:一條U GSP3×50+1×16/3電纜由四盤區變電所向運巷移動變電站供電,二條U GSP3×50+1×16/3、U GSP3×70+1×16/3電纜由四盤區變電所向材巷移動變電站供電,由移動變電站降壓至1 140 V供用電設備。

2 問題的提出

1)在實際工作面供電中,運輸系統負荷分散,而采面設備負荷集中,如果設備全部采用直接起動,電網電壓波動較大,設備的起動與工作面的供電出現矛盾,直接影響整個采面的供電質量。

2)在實際生產應用中電機能否直接起動,取決于供電距離、電壓等級、電纜截面、電網容量的大小等。在選用的電動機由移變供電時,不經常起動的電動機其容量一般不宜超過變壓器容量的30%。經常起動的電動機,其容量則不宜超過變壓器容量的20%。

3)以工作面設備為例,后部刮板運輸機2×400 kW雙機直接起動時對電網的沖擊很嚴重,不但影響同一處供電的其它設備,重載起動時甚至會影響到井下盤區變電所。

4)以帶式輸送機為例(功率2×315 kW)全壓起動按理論數值計算至少需要容量2 100 kVA、電壓1 140 V變壓器供電才能正常啟動,這樣增加了空載損耗、功率因數降低、增大設備投入。既浪費了設備,又因變壓器損失浪費了電能。

3 解決方法

在241103工作面供電設計、安裝過程中,根據具體情況,對于工作面設備、運輸系統設備,根據性能及使用情況按如下方式予以解決。具體設備布置情況見表1。

表1 1 140 V系統設備供電及起動方式一覽表

1)對于功率相對較小,對電網沖擊不大的設備,采用直接起動方式。如工作面破碎機250 kW就采用帶延時直接起動的方式。直接起動即全壓起動是一種簡單的起動方法,起動時不需特殊的裝置,直接起動操作簡單經濟實用,在煤炭生產中多數異步電動機一般采用這種方式起動。

2)對于功率較大并且能夠空載起動對起動、轉矩要求不特別嚴格的電機,采用降壓起動方式。如運輸系統中的后部刮板輸送機,由于礦用鼠籠型異步電動機不能采用在轉子電路中加入起動電阻的方法改善起動性能,只能靠降低外施電壓這種方式來達到減少起動電流的目的。在煤礦井下工作面生產中因要求調速條件不高,所以較適用上述方式,但這種方式起動性能較差。該礦在241103工作面供電實際應用中,為防止電機直接起動對電網的沖擊,采用浙江中煤礦業有限公司生產的QJ Z-400/1140R型軟起動器,這種設備起動器以反并聯的三組大功率晶閘管為軟開關,其軟起動核心由改裝后的英國歐陸SSD-591傳動控制器和監控版RQD4-C組成,由ZCS-1或KCS系列帶速傳感器構成速度反饋外閉環,電流反饋作為內閉環調節系統,來控制大功率晶閘管元件,在電動機啟動過程完成后,由監控板RQD4-C控制旁路交流接觸器吸合,短接所有的晶閘管,使電機直接投入電網全壓運行。在正常運轉過程中,具有磁力起動器的所有保護功能。采用這種啟動方式,電機起動時能夠平穩運行,起動電流小,對電網沖擊不大。既減少了大功率電機對電網的沖擊,又保證了刮板輸送機起動的平穩。

3)對于功率大、負荷集中并且必須重載起動的電機,采用提高電壓等級和變頻調速的方法來減少對電網的沖擊。如工作面皮帶輸送機最大功率2×315 kW,起動時要求起動轉矩大。因此,選用唐山開誠電器有限責任公司生產的ZJ T型礦業隔爆兼本質變頻調試裝置,ZJ T系列隔爆變頻具備的保護功能過流、過/欠壓、過載、變頻過溫、電機過溫、內部故障、漏電閉鎖、輸出短路保護、具有超導熱管散熱技術。選用的主要器件為高品質進口器件,IGBT為德國西門子半導體公司EUPEC分公司產品,630 kW/1 140 V選用3 300 V DC 400 A三模塊并聯(最大工作能力可達750 kW),總沖擊電流可達1 800 A,可形成啟動轉矩為額定的2～3倍,這樣解決了皮帶重載起動、大電流沖擊。控制系統采用無速度傳感器矢量控制技術,軟件技術與德國合作開發,驅動系統采用光纖驅動系統。在功率平衡方面,自動調整各驅動電機之間的功率分配,從而達到系統的最佳工作狀態。輸出電纜采用屏蔽電纜以消除變頻器輸出的高頻對其它電子設備的干擾。變頻器與操作控制室的信號良好隔離、采用屏蔽控制電纜連接。變頻內部安裝輸入電抗器,以減小對電網的諧波干擾。對于輸出電纜長度的影響,內部配置正弦波濾波器,并加裝輸出電抗器,并采用軟開關技術。使輸出電壓電流均為正弦波,降低了由于輸出電纜影響造成的電機過電壓問題。1 140 V/630 kW輸出電纜可長達500 m,由于工作面的供電距離較遠,電壓波動較為嚴重,為了適應現場條件,改變控制軟件,變頻器的電壓波動設置范圍可達到75%～125%,在該波動范圍內,變頻器自動調整輸出電壓以保證恒定的輸出電壓,解決了電壓波動問題。通過改變電源頻率來改變交流電機運轉速度的驅動器。

4)供電系統的完善。對于供電系統,針對241103工作面可采儲量180萬t以上水平及工作面設備特點。選用雙回路電源供電,電源由四盤區變電所供電,四盤區變電所電源來自西辛莊35 kV變電站603、604高壓開關柜供電,正常情況下分列運行,確保了供電可靠。

4 實際效果

241103工作面自2007年11月正式投產以來,在各種設備頻繁起動的情況下,供電質量保持良好,對整個供電系統沖擊不大,沒有波及到同一線路中的其它設備。每天產量保持在6 000 t左右。

5 結 論

在新柳礦241103綜采工作面的供電優化設計中,采用軟起動技術、提高供電電壓等級、變頻調速等方法,不僅保證了供電質量,而且還降低了電網輸電損耗。隨著國民經濟的發展,對能源的需求也日益增長,煤炭事業的發展越來越快,設備越來越趨于大型化,根據設備的使用地點、具體參數、供電系統的情況,只有選擇合理的供電方案及電氣設備,才能滿足煤礦生產的需要。

[1] 高亞軍.淺談采煤工作面的供電[J].科協論壇,2007(11):13-15.

Fully Mechanized Coal Mining Face Power Supply System

Cao Shun-ting

With the fully mechanized coal mining face large scale,more widely used high-power induction motors,equipment start its impact on power has become more evident,affect the quality of the electricity grid.Introduces the new power supply system of 241103 face in Xiliu mine,electrical equipment selection and installation process,were used to soft start technology,improve power supply voltage,frequency control and other methods to solve this problem,in actual use reached a expected results,ensure power supply reliability and normal operation of equipment,meet production needs.

Fully mechanized coal mining face;Power supply system desigin;Electrical equipment; Frequency Control;Problem;Method;Effect

book=4,ebook=117

TD611

B

1672-0652(2010)04-0013-03

2010-03-18

曹順廷 男 1973年出生 2006年畢業于天津大學 工程師 介休 032000