綜采工作面供電系統設計

張潤美

綜采工作面供電系統設計

張潤美

簡要介紹了綜采工作面供電系統的設計和各項保護的整定計算及選取。

綜采工作面；供電系統設計；保護整定；整定計算

隨著我國高產高效礦井逐年增加，工作面裝備日益更新，整個綜采系統的先進和可靠，不僅取決于單機設備的先進和可靠性，以及設備的合理選型和配套，其供電系統也是至關重要的。因此，按照國家建設安全高產高效現代化礦井的條件和要求，設計好適用于現代化礦井綜采設備的供電系統，是實現安全高產高效現代化礦井的關鍵。

1 綜采工作面主要條件

大同煤礦集團公司某礦西部盤區的一個綜采工作面。該工作面屬于8#煤層一盤區，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；工作面采用三進兩回布置方式。礦井井下高壓采用10 kV供電，由西翼盤區變電所負責向該綜采工作面供電。西翼盤區變電所雙回10 kV電源來自地面趙莊110 kV站815、816號盤，采用2趟MYJV22-240 mm電纜供電，電纜長度3 400 m。變電所高壓設備采用BGP9L-10型高壓隔爆開關，保護選用上海山源ZBT-11型綜合保護。盤區變電所距綜采工作面皮帶機頭200 m。

2 設備選用

2.1 工作面設備

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

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

2.2 順槽設備

2.2.1 破碎機

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

2.2.2 轉載機

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

2.2.3 順槽帶式輸送機

采用晉煤集團機電總廠生產的SSJ-140/250/3×400型輸送機（1部），驅動電機額定功率3×400 kW，循環油泵電機額定功率3×18.5 kW，冷卻風扇電機額定功率3×5.5 kW，抱閘油泵電機額定功率2×4 kW，額定電壓均為1 140 V。自動漲緊油泵電機額定功率12 kW，卷帶電機額定功率15 kW，電壓1 140 V。皮帶機采用CST啟動方式。

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

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

2.3 其他設備

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

3 工作面移動變電站及配電點位置的確定

工作面電源電壓為10 kV，來自200 m以外的盤區變電所。根據用電設備的容量與布置，采用1 140 V和3 300V兩種電壓等級供電，照明及保護控制電壓采用127 V。在順槽皮帶機機頭設置移動變電站及配電點，為順槽皮帶機供電；在順槽皮帶巷距工作面100 m～200 m處設移動列車，將移動變電站，采煤機、運輸機、轉載機、破碎機控制開關，液壓泵站、噴霧泵及其控制開關裝在移動列車上，可以隨著工作面的推進定期在軌道上進行移動。供電原理見圖1。

4 負荷統計及移動變電站選擇

按用電設備額定電壓分為1 140 V和3 300 V兩種，按移動變電站二次側兩種電壓等級選取。

4.1 3 300 V用電設備變電站的選取

由于采煤機（1 815 kW）、刮板輸送機（2×700 kW）單機容量較大，且考慮過電流保護靈敏系數的要求，分別選用1臺容量較大的移動變電站。

4.1.1 供采煤機的移動變電站的選取（1#移變）

式中：cosφpj——各設備的加權平均功率因數，1#移變給1臺采煤機組供電，取0.85；

∑Pe——設備額定功率之和；

4.1.2 供工作面運輸機的移動變電站的選取（2#移變）

4.2 1 140 V用電設備變電站的選取

順槽皮帶機容量較大，且為固定供電設備，故單獨選用1臺移動變電站，其余設備選用1臺移動變電站。順槽皮帶巷2臺15 kW潛水污水泵可就近在移動變電站接取電源。

4.2.1 順槽皮帶機移動變電站的選取（3#移變）

順槽皮帶機長度約為2 000 m，且皮帶巷坡度不大，皮帶機采用兩驅運行，一驅備用可滿足要求。

根據井下移動變電站要求，選取型號為KBSGZY型移變。工作面負荷統計見第43頁表1。

5 供電系統選型與供電系統擬定

由采區變電所1#、2#、3#、4#四臺高壓開關（200/5）向工作面4臺移動變電站高壓供電。移動變電站高壓側開關采用真空斷路器，開關具有短路、過負荷和無壓釋放保護。

低壓饋電開關及磁力啟動器按其斷路器（接觸器）額定電流大于等于所控制（啟動）設備額定電流進行選取，按斷路器（接觸器）分斷能力等于或大于所通過最大三相短路電流進行校驗。饋電應具備短路、過負荷、漏電跳閘及閉鎖等保護，磁力啟動器應具有短路、過負荷、漏電閉鎖、斷相等保護及遠方控制功能。

表1 工作面負荷統計

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

2 #移變低壓側選取英國ALLENWEST公司生產的AW2000型開關，五回3 300 V出線，單回額定電流200 A，低壓開關直接向刮板運輸機供電，另一回路出線127 V。

3 #移變低壓側運行負荷額定電流585.1 A。移變低壓側選取平陽開關廠生產的BXD-800型真空饋電開關。皮帶機3臺驅動電機的電流為256 A，3臺油泵額定電流12 A，3臺風扇額定電流3.5 A，2臺抱閘油泵額定電流2.6 A，采用長治海通生產的開關進行控制，其中3回采用400 A接觸器控制驅動電機，另外8回采用30 A接觸器控制油泵、風扇、抱閘油泵，滿足使用要求。自動油泵漲緊電機采用KXJ3-80/1140型專用開關。電磁除鐵器、卷帶電機選用QBZ-80/1140型開關均滿足要求。

4 #移變低壓側運行負荷額定電流Izd≥Ieq+∑IeKx，其中Ieq為最大負荷額定電流，取轉載機額定電流200 A；∑Ie為其余設備額定電流之和，為700 A；Kx為需用系數，取0.54，Izd≥200+700×0.54=578 A。移變低壓側選用平陽開關廠生產的BXD-800型真空饋電開關，乳化液泵、噴霧泵、轉載機、破碎機均采用長治海通生產的6路組合開關控制，每臺開關六回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

按設計規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）

用經濟電流密度計算電纜截面：

式中：A——電纜主芯截面，mm2；

J——經濟電流密度，A/mm2，查表得2.25。

由以上計算選取70 mm2截面電纜，長時允許載流量215 A。通過對允許電壓損失和熱穩定校驗，電纜截面完全符合設計要求。

6.2 供2#移變的高壓電纜截面的選擇（L2）

按經濟電流密度校驗電纜截面：

選取50 mm2截面電纜，長時允許載流量173 A。通過對允許電壓損失和熱穩定校驗，電纜截面完全符合設計要求。

6.3 供3#移變的高壓電纜截面的選擇（L3）

按經濟電流密度計算電纜截面:

選取50 mm2截面的電纜。通過對允許電壓損失和熱穩定校驗，電纜截面完全符合設計要求。

6.4 供4#移變的高壓電纜截面的選擇（L4）

按經濟電流密度計算電纜截面：

選取35 mm2截面電纜，長時允許載流量138 A。通過對允許電壓損失和熱穩定校驗，電纜截面完全符合設計要求。

根據以上計算，選取的4條高壓電纜分別為：

7 按長時負荷電流初選低壓電纜截面

長時負荷電流要求電纜截面載流量大于等于電纜長時間負荷電流（見表2）。

表2 按長時負荷電流初選低壓電纜截面

采煤機選用MCPR1.9/3.3 kV拖移電纜，刮板運輸機選用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。

通過機械強度要求和允許電壓損失校驗電纜截面，完全符合設計要求。

8 低壓電網短路點的選定

短路點應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。根據這一原則，在本供電系統中選8個點選定短路電流，能滿足開關選擇校驗與繼電保護整定要求。短路電流查表可得。

9 熱穩定和開關分斷能力校驗

9.1 低壓電纜熱穩定校驗

（1）1#移變低壓配電熱穩定需最小電纜截面：

9.2 低壓開關分斷能力校驗

10 保護整定

通過計算確定移變高壓側開關保護整定和低壓側保護整定，正確選取開關的過載和短路電流，從而使各種機電設備得到保護。

11 其他

順槽皮帶機頭安裝1臺BXZ-4/127型照明綜保負責皮帶巷照明，移變低壓開關127 V負責綜采工作面架間照明。

通過以上的詳細計算，確定了同煤集團某礦綜采工作面的供電系統。通過現場實際運行，該工作面供電故障率下降了20%，平均日開機率達到10 h～12 h，平均日產煤4 850 t，達到了設計的預期目的，證明綜采工作面供電系統的設計是完全可行的。

[1] 郭海，穆連生.高產高效礦井綜采電氣技術.北京：煤炭工業出版社，2005.

[2] 穆連生.煤礦綜采電工技術.北京：煤炭工業出版社，2006.

[3] 王紅儉，王會森.煤礦電工學.北京：煤炭工業出版社，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年畢業于大同大學理工學院，現在大同煤礦集團公司中央機廠工作，工程師。

2010-11-26

2010-12-17