煤矿综采工作面供电系统电气设计

煤矿综采工作面供电系统电气设计

蔡佳奎

黑河市煤炭生产安全管理局 黑龙江省黑河市 164300

摘要：为确保煤矿井下综采工作面供电系统的安全稳定运行,分析了供电系统设计问题及趋势,并在综采工作面电力设备统计和负载计算的基础上,进行了移动变电站型号选择,确定了系统的供电方式.在完成电缆型号选择、继电保护整定和灵敏度校验的基础上,完成了接地系统设计,对提高供电系统可靠性、完善综采工作面供电系统设计具有一定的借鉴意义.

关键词：煤矿综采工作面；供电系统；继电保护

引言：

  随着煤矿井下综采工作面机械化程度的不断提高,工作面的总装机容量和单台设备的最大容量都较之以前有了较大幅度的提升,随着矿井工作面的不断延伸,供电距地增大,给综采工作面供电系统设计带来了新的要求。本文结合某矿综采工作面的实际情况,详细介绍现代煤矿综采工作面供电系统设计的方法

一、综采工作面自动化系统的组成

煤矿的综采工作面自动化系统主要是通过引进先进的自动化控制技术，将综采工作面的主要工作设备进行有效的连接，利用程序优化各项设备的控制内容，提升煤矿开采整体的工作效率与安全性。其中，所涉及到的主要设备有主采机组与转载运输两大部分。主采机组是由刮板、乳化液泵站、液压支架以及采煤等相关设备组成，而转载运输主要是由转载、破碎以及皮带输送等相关设备组成。

二、供电系统设计
综采工作面回采速度快，单机容量和设备的总容量大，采用固定变电所供电，无法保证电压质量。采用移动变电站供电可以缩短低压供电距离，使高压深入负荷中心，能够保证工作面供电质量。综采工作面供电系统主要由采区配电所、移动变电站、工作面电气设备组成 。

2.1工作面设备负荷配备情况统计
采煤机1部600kW，前部运输机2×250 kW，后部运输机2×132 kW，乳化泵3台共475 kW，转载机200 kW，破碎机110 kW，照明保护1台4 kVA，总负荷为2074kW。

2.2 移动变电站的确定
根据综采工作面设备容量及布置，采用 1 140 V 及660 V 两种电压等级供电，照明及保护控制电压采用 127 V 电压。在进风巷距工作面 300 m 左右的地方布置设备列车，将移动变电站、采煤机、破碎机、刮板输送机和转载机控制开关装
在移动列车上，随着工作面的推进定期往前移动。

2.3 供电设计
2.3.1 变压器的选择
变压器容量计算公式如下：

S _b ＝K _X ×ΣP/cosΦ （kVA） （1）
式 （1） 中：cosΦ 为用电设备的实际功率因数，取 0.7；K _X 为需用系数，K _X ＝0.4＋0.6P _max∕ΣP＝0.52；ΣP 为设备额定功率，取 2 074 kW。
通过计算得出变压器的需用容量S_b 为1540 kVA，选用2台 KBSGZY-1250/10/1.2 移动变电站即可满足供电要求。

2.3.2 电缆选择
输电导线的选择也是供电设计的主要内容，选择合理的电缆截面和型号能够保证供电的安全性、可靠性及供电质量。
2.3.2.1 高压电缆的选择
电缆通过电流时会产生热量，当通过电流超过长时允许载流量时会发生事故；同时因供电线路中存在阻抗，供电过程中会产生电压损失，如果电压损失较大会影响设备的正常运行。因此，选择电缆时应按电缆的长时允许电流选择其截面，同时按电网允许电压损失进行校验其是否合格。
（1） 按电缆的长时允许电流选择电缆截面。工作面供电线路最大电流计算公式如下：
I _max ＝K _X ×ΣP∕（ ×U×cosΦ）（A） （2）
式（2）中：U 为额定电压，取 10 kV。
通过计算得出供电线路最大电流为 127 A，查表 MYPJT-10 kV 3×50 高压橡套电缆长时允许工作电流为 150 A＞127A，因此可选用 MYPJT-10 kV 3×50 高压橡套电缆。
（2） 按电网允许电压损失校验。正常运行时，回路的电压损失应≤额定电压的 7%～10%，本设计按7%计算校验。工作面高压供电可分为3个部分，因此，根据井下实际情况电压损失按3段进行计算。第一段为综采工作面高压进线端电压损失，线路长 0.2 km；第二段为变电所高压进线端电压损失，线路长3.72 km；第三段为上部变电所高压进线端电压损失，线路长 0.68，线路总长为4.6 km。
电压损失计算公式如下：

△U＝ （R ₀ ＋X ₀ ×tanΨ） （V） （3）
式 （3） 中：R 0 为高压电缆每千米电阻，取 0.221 Ω/km；X 0 为高压电缆每千米阻抗，取 0.08 Ω/km。通过计算△U＝144 V＜700 V，校验结果选用 MYPJT-10 kV3×50 高压橡套电缆符合要求。

2.3.2.2 低压电缆的选择
低压电缆选择的原则是正常工作负荷电流应≤电缆允许持续电流，严禁采用铝芯电缆，必须做到专线专用。选择低压电缆也可以利用式 （2） 和式 （3） 进行选择和校验。由于使用地点为综采工作面，且电压为1140V，因此应选用千伏级橡套屏蔽电缆，型号为 MYP-1140。

通过计算和校验得出如下结果：破碎机、转载机、前部运输机、后部运输机可选择 2 根 70 mm 2 千伏级屏蔽电缆，采煤机可选择3根70 mm 2 千伏级屏蔽电缆，乳化泵站可选择50 mm 2千伏级屏蔽电缆。
2.3.3 低压开关整定计算
根据电网电压符合供电线路电压等级的原则，即 Ue=1140V，可选 QJZ-1140 系列开关；根据工作电流选择开关容量，开关的额定电流应大于电机长时工作电流即 Ie≥Ig，选出工作面设备的控制开关；采煤机、前后部运输机开关可采用QJZ-2000/1 140 V 组合式开关，转载机、破碎机、乳化液泵开关可以选用 QJZ-300/1 140 V。

三、 综采工作面降低电压损失的意义
供电系统电压损失都有一个限度，超过这个限度会导致机电设备无法正常启动。为保证机电设备的正常运行，必须保证供电系统的电压损失在一定的范围内。综采工作面机械化程度较高，机电设备功率大，供电距离较长，这会造成电压损失增大。为了满足电压要求，需要采用提高用电器额定电压或增大电缆截面的方法。降低综采工作面供电系统电路的电压损失，能够减小电缆截面积，增大综采工作面的供电距离，扩大供电范围，同时还能节约材料，降低成本。

四、结论
开关设备保护：一是机电设备保护。二是接地保护。根据综采工作面供电系统的发展趋势研究，在供电系统优化设计中，采用高电压等级、变频调速等方法，不仅可以保证供电的可靠性和设备正常运转，而且可以降低电网输电损耗；选用集成化、智能化较高的供电设备，可以降低工人劳动强度等。本文通过计算确定了综采工作面的供电系统，综采工作面供电设计，对振兴综采工作面电气设备选择具有指导意义。

参考文献：

[1]李虎伟．矿山供电技术[M]．中国矿业大学出版社,2008．

[3]李树伟．矿山供电 [M]．北京:中国矿业大学出版社,2006．