综放工作面远距离供电的研究与设计

综放工作面远距离供电的研究与设计

李萌

（上海大屯能源股份有限公司姚桥煤矿）

摘要：结合姚桥煤矿东六采区7721综放工作面巷道情况，通过技术论证、理论计算，证实了远距离供电的可行性，对综放工作面供电方式进行了深入的研究与探讨。

关键词：综放工作面；远距离供电

一、工作面概况

上海大屯能源股份有限公司姚桥煤矿7721综放工作面位于昭阳湖下，标高-450米，材料道长度1308.9米，溜子道长度1237米，切眼长度211.8米，工作面上方为7719采空区，有采动应力影响。

二、常规供电方案的问题

常规方案采用近距离供电，会出现下列问题：

⒈采动区棚梁弯曲，巷道底鼓变形现象异常突出，对布置在材料道中的开关车构成安全威胁；

⒉采煤队拉移开关车过程中危险性增加，容易发生断绳跑车事故、出轨事故，危及人身财产安全；

⒊大功率装备的引用，设备外形尺寸加大，影响通风断面。

三、远距离供电方案设计

为解决以上问题，打破传统近距离供电方案，将移动式变电站、组合开关、变频器、泵站等设备布置在材料道口停采线之外，一次安装成功后不必再进行移动。

⒈负荷统计

负荷统计表

前部、后部刮板输送机各选用一部BPBJV-1250/6/3.3变电变频器供电；

采煤机选用一台KBSGZY-3150/6/3.45移动式变电站供电；

乳化泵、喷雾泵选用两台KBSGZY-1000/6/1.2移动式变电站供电；

皮带选用一台KBSGZY-1000/6/1.2移动式变电站供电；

转载机、破碎机选用一台KBSGZY-2000/6/3.45移动式变电站供电。

所选取的变电变频器、移动式变电站容量都大于用电设备需求容量。

⒉电缆的选型与校验

远距离供电情况下高压电缆长度短于近距离供电，电缆截面积相同时，电压损失必定小于近距离供电，此处不再对高压电缆进行计算。

⑴为采煤机供电的电缆选型

①按长时负荷电流初选电缆截面

型号为MCPTJB-1.9/3.3-3×120-1600m的电缆长时载流量为310A，满足要求。

②按允许电压损失校验电缆截面

采煤机正常运行时的电压总损失为

ΔU=ΔUb+ΔUg+ΔUz=47+121+0=168V

电压等级3300V允许电压损失480V，满足要求。

③按热稳定截面选择低压电缆截面

MCPTJB-1.9/3.3-3×120型电缆截面积满足要求。

⑵为刮板输送机供电的电缆选型

选取型号为MYPT-1.9/3.3-3×95-1600m的电缆，各校验均满足要求，计算过程参考上文，此处不再详细列出。

⑶为转载机供电的电缆选型

选取型号为MYPT-1.9/3.3-3×50-1190m的电缆，各校验均满足要求，计算过程参考上文，此处不再详细列出。

⑷为破碎机供电的电缆选型

选取型号为MYPT-1.9/3.3-3×50-1180m的电缆，各校验均满足要求，计算过程参考上文，此处不再详细列出。

⑸为皮带、乳化泵、喷雾泵供电的电缆不涉及远距离供电，此处不再详细列出。

⒊短路电流计算

⑴采煤机电缆末端短路电流

①变压器每相电阻、电抗计算

②总电阻和总阻抗

③采煤机电缆末端两相短路电流

⑵参考上述方法计算得

刮板输送机电缆末端两相短路电流I(2)d.min=1577A

转载机电缆末端两相短路电流I(2)d.min=1285A

破碎机电缆末端两相短路电流I(2)d.min=1289A

⒋启动电压计算

⑴采煤机启动电压

远距离供电最大的难题就在于电气设备启动困难，当电压损失超过规定值时，将导致电动机无法启动甚至烧毁电动机。电压等级3300V供电系统最小允许启动电压为2475V。

计算启动电压时，必须考虑到设备最难启动的情况。

以采煤机为例，SL-300型采煤机由2台截割电机（500kW）、2台牵引电机（55kW）、1台调高电机（20kW）组成，最难启动的情况应该是1台截割电机、2台牵引电机、1台调高电机正在运转时启动剩余的一台截割电机。

为准确计算复杂情况的启动电压，在此引入导纳法进行计算。

①元件阻抗

i变压器

移动变电站T2(KBSGZY-3150/6/3.45)R=0.015ΩX=0.2073Ω

ii电缆

电缆(MYJV22-700m)R=0.0826ΩX=0.0574Ω

电缆(MYJV22-3135m)R=0.567435ΩX=0.272745Ω

电缆(MYJV22-1717m)R=0.248965ΩX=0.145945Ω

电缆(MYJV22-1200m)R=0.1416ΩX=0.0984Ω

电缆(MCPTJ-1.9/3.3-1600m)R=0.2624ΩX=0.0896Ω

iii电动机

采煤机截割电机（启动）启动阻抗:

Rq=Zq×cosφq=2.962238×0.45=1.333007Ω

Xq=Zq×sinφq=2.962238×0.893=2.645279Ω

采煤机牵引电机、调高电机合计等值阻抗:

Rq=Zq×cosφq=68.364255×0.85=58.109616Ω

Xq=Zq×sinφq=68.364255×0.5268=36.014289Ω

采煤机截割电机等值阻抗:

Rq=Zq×cosφq=17.773431×0.85=15.107416Ω

Xq=Zq×sinφq=17.773431×0.5268=9.363043Ω

②支路阻抗分布

③启动电压计算

变压器输出电流:

截割电机启动时变压器输出端电压：

采煤机处电流和电压：

组合开关处电流和电压：

截割电机处启动电流和启动电压：

U_st=√3×I_q×Z_q=√3×513.77×2.962238=2635.94V

综上：截割电机的启动电压Uq=2635.94V≥75%Ue=3300×75%=2475V，满足要求。

⑵参考上述方法计算得

刮板输送机的启动电压Uq=2950.3V≥75%Ue=3300×75%=2475V，满足要求；

转载机的启动电压Uq=3271.04V≥75%Ue=3300×75%=2475V，满足要求；

破碎机的启动电压Uq=3225.79V≥75%Ue=3300×75%=2475V，满足要求。

⒌整定保护

采用远距离供电方案时，变压器二次侧电缆变长，导至短路电流减小，可能导至短路保护灵敏系数下降到1.5以下，因此必须进行校验。

四、应用情况

目前姚桥煤矿7721综放工作面远距离供电系统已经完成安装，成功试运转，各设备启动正常，运转正常，运转时各设备的压降都不超过10%，保证了供电质量，证明了本方案的可行性。

五、经济效益分析

⒈通过理论计算，验证了远距离供电方案的可行性，避免了盲目施工，减少了设备投资；

⒉方案避免了拉移开关车，从根本上解决了拉开关车时可能发生的断绳跑车等事故，有利于安全生产；

⒊大大降低了工作面的通风阻力，保证了工作面的通风质量；

⒋方案将开关车布置在停采线外，避免了巷道变形对开关车设备的危害。

参考文献

[1]顾永辉.煤矿供电手册（第二分册上）[M].北京:煤炭工业出版社,1997.

[2]顾永辉.煤矿供电手册（第二分册下）[M].北京:煤炭工业出版社,1998.

[3]煤炭工业部.煤矿井下三大保护细则[M].北京:煤炭工业出版社,1997.

[4]任元会.工业与民用配电设计手册[M].第3版.北京:中国电力出版社,2005.