綜采工作面3.3kV供電系統在官地礦的應用研究

仝金厚

（山西焦煤西山煤電官地礦，山西 太原 030022）

煤礦井下生產技術能力不斷提升，綜采工作面的總裝機功率已從幾百千瓦提高到幾千千瓦，1140V供電系統已無法滿足現代化礦井的采煤要求，特別是在官地礦北大巷3#煤層，采高均超過3.5m，采煤機選型為MG500/1140-GWD，總功率達到1140kW，運輸機功率達到1050kW，為適應大型采煤設備的使用需求，提高電能利用率，該礦將北四新區3#煤層綜采工作面供電系統的電壓升級為3300V[1-3]。

1 工作面負荷的確定

以該礦北四新區33417綜采工作面為例，由兩趟6kV高壓線路送至工作面控制列車，KBSGZY-3150/3.45和KBSGZY1250/6/1.2移動變壓器為工作面采煤機、轉載機、破碎機、乳化液泵和運輸機供電。根據工作面各設備電壓等級選用2臺移動變電站，按變電站分組統計負荷見表1。

表1 移動變電站分組統計負荷

2 3.3kV負荷控制中心的選型及參數

2.1 負荷控制中心的選型

根據煤礦井下電氣設備選型原則，該礦選擇天津華寧電子有限公司生產的QJZ1-1600/3300-6型組合開關，該開關特別適合含有瓦斯及煤塵混合物等爆炸性氣體環境中使用，它由一個防爆外殼和內部多個真空接觸器及相應的驅動部分組成，不僅可以控制工作面多臺設備電機的開停、轉動方向，還可以對各個電動機及其系統進行保護。QJZ1-1600/3300-6型組合開關能夠實現最多6回路的主回路驅動單元進行實時控制，而且能夠實時地監控和保護每一驅動單元的線路與負荷，其過流、漏電、斷相、欠壓、過壓等保護功能均由PLC實現，當保護起作用時，該組合開關能夠自動切斷電源，保護設備。

2.2 QJZ1-1600/3300-6型組合開關技術參數

2.2.1 過載保護

過載倍速 1.05，動作時間t＞2h；

過載倍速 1.2，動作時間 5min＜t＜20min；

過載倍速 1.5，動作時間 1min＜t＜3min；

過載倍速 6，動作時間 8s＜t＜16s。

2.2.2 斷相保護

過電流倍數和時間動作見下表2。

表2 過電流倍數和時間動作

2.2.3 短路保護

短路保護由隔離開關完成，當電流超過額定電流的8～10倍時，先跳隔離開關再跳接觸器。

3 變壓器選型及能力校核

根據《煤礦電工手冊(修訂本)－礦井供電》[4]，視在功率計算公式為：

式中：

Kx-需用系數；

Ks-同時系數；

cosφ-功率因數；

Ps-最大電動機功率，kW。

根據該礦北四新區設計說明書，確定該區變電所共布置4臺變壓器，分別校驗其視在功率，其中1#～4#變壓器用電額定功率與最大電動機功率統計如表3所示。

表3 北四新區變壓器負荷統計表

3.1 1#變壓器視在功率計算與校驗

1#變壓器選型為KBSGZY-3150/6/3.45。

根據計算公式需用系數：

視在功率計算：

校驗結果：合格。

3.2 2#變壓器視在功率計算與校驗

2#變壓器選型為KBSGZY-1250/6/1.2。

根據計算公式需用系數：

視在功率計算：

校驗結果：合格。

3.3 3#變壓器視在功率計算與校驗

3#變壓器選型為KBSG-1000/6/1.2。

根據計算公式需用系數：

視在功率計算：

校驗結果：合格。

3.4 4#變壓器視在功率計算與校驗

4#變壓器選型為KBSG-500/6/1.2。

視在功率計算：

校驗結果：合格。

4 3.3kV高壓電纜截面校驗及選型

4.1 準備巷道高壓電纜選型

《煤礦安全規程》463條規定，電纜主線芯的截面應當滿足供電線路負荷的要求，電纜應當帶有供保護接地用的足夠截面的導體，以北四區33417綜采工作面為例，采區變電所至移變高壓電纜選型如表4所示。

表4 33417高壓電纜選型表

4.2 高壓電纜截面校驗

高壓電纜校驗從四個角度進行：（1）按持續工作電流校驗；（2）按電壓損失校驗；（3）按經濟電流密度校驗；（4）按熱穩定性校驗。

4.2.1 綜采面采機、運輸機進線電纜

電纜編號為g1，截面校驗如下：

（1）按持續工作電流校驗：

校驗結果：合格。

（2）按電壓損失校驗

電壓損失絕對值：

校驗結果：合格。

（3）按經濟電流密度校驗

電纜截面：

校驗結果：合格。

（4）按熱穩定性校驗

電纜截面：

校驗結果：合格。

4.2.2 綜采工作面轉載機、破碎機進線電纜

電纜編號為g2，截面校驗如下：

（1）按持續工作電流校驗

校驗結果：合格。

（2）按電壓損失校驗

電壓損失絕對值：

校驗結果：合格。

（3）按經濟電流密度校驗

電纜截面：

校驗結果：合格。

（4）按熱穩定性計算與校驗

電纜截面：

校驗結果：合格。

5 綜采工作面3.3kV供電系統的特點

通過華寧QJZ1-1600/3300-6型組合開關配合MG500/1140-GWD型交流電牽引采煤機及SGZ-900/1050型可彎曲刮板運輸機的使用，為該礦的安全生產帶來了很大的經濟效益，所選用QJZ1-1600/3300-6型組合開關以PLC控制核心，與傳統的單片機相比，具有以下優勢：

（1）可靠性高，抗干擾能力強。傳統低壓控制系統中采用了大量機械結構，在煤礦井下潮濕的環境中，很容易出現接觸不良的現象，對于井下正常生產影響較大，而可編程控制系統使用編程語言對大部分機械結構進行代替，減少了中間環節，大大減少了因接觸不良造成的故障。

（2）系統的維修工作量小，維修方便。當開關顯示發生異常現象時，首先可以通過PLC自帶的故障診斷功能迅速判斷問題，同時由于本開關所帶接觸器為輸出模塊，一旦確定為接觸器損壞，直接更換該接觸器模塊即可排除設備故障，確保井下正常生產不受影響。

（3）能耗低，操作方便。由于PLC減少了大量的中間繼電器和時間集線器，降低了能耗，正反轉只需在屏幕上進行操作，為工作面的正常安全生產節省大量的時間。

（4）高電壓的使用，降低了電纜的額定電流，電纜的橫截面積減小，也大幅度地提升了電纜遠距離鋪設的便捷性。

6 結語

（1）綜采工作面3.3kV供電系統的成功應用極大提升了該礦生產能力，保證了綜采面的設備開機率，有效地解決了大功率設備啟動困難、電壓損失大等問題。

（2）QJZ1-1600/3300-6型組合開關具有可靠性高、抗干擾能力強、維修方便等優點，為綜采工作面設備提供可靠保障。