綜采工作面遠距離供電壓降問題的研究

吳 昕

（平頂山天安煤業股份有限公司四礦，河南省平頂山市，467000）

平頂山天安煤業股份有限公司四礦己15-23160綜采工作面在回采過程中頻繁出現采煤機截割電機過熱現象，且電機因絕緣降低進而導致使用壽命大大降低。據統計，該綜采工作面投產僅2個月，因過熱導致采煤機100kW 截割電機損壞就達到5臺。經過分析，截割電機過熱由供電系統壓降大所致，刮板輸送機電機由于采用變頻控制，所以電機過熱并不明顯，為此對綜采工作面遠距離供電壓降問題進行了研究。

1 綜采工作面壓降計算

1.1 綜采工作面負荷統計

該綜采工作面采用電壓等級為1140 V 電源，采煤機型號為MG2×100／456W，刮板輸送機型號為SGZ764／750，乳 化 液 泵 站 型 號 為 MRB400／31.5，轉載機使用電源電壓為660V，無破碎機，己15-23160綜采工作面千伏級供電設計圖如圖1所示，己15-23160綜采工作面千伏級負荷統計表見表1。

1.2 采煤機支路壓降計算

采煤機支路壓降ΔU 由變壓器電壓損失ΔUT、變壓器至啟動器主干線電壓損失ΔU1以及啟動器至截割電機支路電壓損失ΔU2構成。

（1）移動變壓器壓降ΔUT計算。移動變壓器壓降計算公式為：ΔUT=UNβ（URcosφ+UXsinφ=1.14×0.8× （0.65×0.8+5.46×0.6）=35V。

圖1 己15-23160綜采工作面千伏級供電設計圖

采煤機支路壓降ΔU =ΔUT+ΔU1+ΔU2=122V，占額定電壓的11%。 《煤礦電工手冊》規定綜采工作面電壓損失允許范圍為額定電壓的7%～10%。負載工作在接近額定負載時，電壓損失允許范圍取額定電壓的7%；負載較小時，電壓損失允許范圍取額定電壓的10%。該工作面采煤機截割電機負載比較大，基本接近額定負載，當綜采工作面有斷層構造時，截割電機負載甚至會短時間超過額定負載，即該綜采工作面采煤機支路壓降太大，不符合要求。

表1 己15-23160綜采工作面千伏級負荷統計表

2 壓降對電機長時間運行影響分析

2.1 輕載情況下壓降對電機長時間運行影響

電動機運行在輕載情況下，由于轉子電流和轉子銅耗較小，在定子電流的勵磁分量和負載分量中，勵磁分量起主要作用。當電源電壓降低時，定子電流隨勵磁電流的減小而減小，定子功率因數提高。同時，輕載時鐵耗與銅耗相比起主要作用，電機效率隨鐵耗的減小而略有提高。由此可見，電動機輕載時端電壓略微降低對電動機運行有利，它使電動機的功率因數和效率提高。

2.2 重載情況下壓降對電機長時間運行影響

電動機工作在正常負載時，端電壓降低對電機運行十分不利。因為如果電機在額定負載下長時間工作在低于額定電壓下時轉子電流較大，當端電壓降低時，轉差率和轉子電流增大，定子電流的兩個電流分量中，負載分量起主要作用，所以定子電流隨轉子電流增大而增大。由于轉差率增大，轉子功率因數和定子功率因數降低。而負載較大時，雖然由于磁通減小使鐵耗有所降低，但銅耗隨電流的平方增加，起主要作用，電機的效率也將隨銅耗的增加而減低。如果負載轉矩為額定值，電壓降低的結果將使定子和轉子電流大于額定值，引起電機繞組發熱、效率降低和功率因數變小，長時間運行將大大降低電機使用壽命，甚至燒毀電機。對100kW電機重負載和長時間運行在不同電壓下的表面溫度做試驗，根據試驗結果繪制的100kW 電機供電電壓與表面溫度關系曲線圖如圖2所示。試驗結果表明，當100kW 電機重負載供電電壓損失額定電壓的5%時，電機溫升不大；當供電電壓損失額定電壓的10%時，電機溫升較大，電機表面溫度達到71.3 ℃。

圖2 100kW 電機供電電壓與表面溫度關系曲線圖

3 解決方案

解決該問題的方案只需控制壓降不高于額定電壓的7%即可。由壓降計算公式分析，電纜導體電阻率、電機功率以及電纜長度為一定值無法改變，而電纜截面積及電網電壓可以改變。由于壓降與電網電壓和電纜截面積成反比，因此可以采取增加電纜截面積和調節電網電壓調節裝置兩方面措施來解決壓降太大的問題。

3.1 調節電網電壓

把1＃移動變壓器通過電壓調節裝置把電壓提升5%，即1＃移動變壓器低壓側電壓升至1200V，套入公式計算：ΔU1= （0.0127×456×0.8×1350×1000）／ （95×1200）=55V，ΔU2= （0.0127×405.5×0.8×410×1000）／ （50×1200）=28 V，則ΔU =ΔUT+ΔU1+ΔU2=118V。

當電網電壓提升至1200V 時，則采煤機截割電機實際供電電壓為1082V，比額定電壓低58V，占額定電壓的5%，符合電機長時間運行對電壓的要求。由于受采區電網的影響，綜采工作面供電電壓不穩定 （有±5%的浮動），為了確保供電電壓的可靠，需進一步采取增大電纜截面積的措施。

3.2 增加電纜截面積

1＃移 動 變 壓 器 至QJZ630／1140-4 啟 動 器MYP3×95+1×25型電纜增加為雙根，QJZ630／1140-4 啟動器至采煤機截割電機電纜更換為MYP3×70+1×25 型電纜。套入公式計算：ΔU1= （0.0127×456×0.8×1350×1000）／ （190×1200）=27 V，ΔU2= （0.0127×405.5×0.8×410×1000）／ （70×1200）=20V，則ΔU =ΔUT+ΔU1+ΔU2=84V。

當采煤機截割電機實際供電電壓為1082V 時，比額定電壓低24V，占額定電壓的2%。考慮電網電壓的不穩定因素，采煤機截割電機電壓損失范圍在額定電壓的-3%～7%，符合電機長時間運行對電壓的要求。同時，對刮板運輸機支路采取了上述兩項措施，使該支路電壓損失下降至36V，占額定電壓的3%。

4 對啟動器欠壓保護建議

QJZ630／1140-4型組合開關欠壓保護范圍為長時間運行不低于額定電壓的85%，即壓降至少低于15%才會報欠壓故障，顯然不符合電機長時間運行對電壓的要求，而上級饋電開關欠壓保護設計為系統電壓低于額定電壓的65%才能起到保護作用，更不符合要求。因此建議啟動器欠壓保護可根據負載不同設置7%及10%兩個檔位，以便應用到更多場合，起到應用的保護作用。

［1］ 尚文忠.煤礦供電 ［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2008

［2］ 李占平.綜采工作面遠距離供電供液系統設計與應用 ［J］.煤礦開采，2012 （3）

［3］ 董海生，徐發濤，韓慶昇.綜采工作面供電系統的優化設計 ［J］.礦山機械，2012 （12）

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