综采工作面供电系统设计

张润美

综采工作面供电系统设计

张润美

简要介绍了综采工作面供电系统的设计和各项保护的整定计算及选取。

综采工作面；供电系统设计；保护整定；整定计算

随着我国高产高效矿井逐年增加，工作面装备日益更新，整个综采系统的先进和可靠，不仅取决于单机设备的先进和可靠性，以及设备的合理选型和配套，其供电系统也是至关重要的。因此，按照国家建设安全高产高效现代化矿井的条件和要求，设计好适用于现代化矿井综采设备的供电系统，是实现安全高产高效现代化矿井的关键。

1 综采工作面主要条件

大同煤矿集团公司某矿西部盘区的一个综采工作面。该工作面属于8#煤层一盘区，平均煤层厚度5 m；工作面长度225 m，走向长度2 000 m；平均倾角3°～5°；采用一次采全高采煤工艺，可采最高煤层厚度5.5 m；工作面采用三进两回布置方式。矿井井下高压采用10 kV供电，由西翼盘区变电所负责向该综采工作面供电。西翼盘区变电所双回10 kV电源来自地面赵庄110 kV站815、816号盘，采用2趟MYJV22-240 mm电缆供电，电缆长度3 400 m。变电所高压设备采用BGP9L-10型高压隔爆开关，保护选用上海山源ZBT-11型综合保护。盘区变电所距综采工作面皮带机头200 m。

2 设备选用

2.1 工作面设备

采用德国艾柯夫公司生产的SL500型采煤机，截割主电机功率2×750 kW，额定电压3 300 V；牵引电机功率2×90 kW，额定电压460 V；调高泵电机功率35 kW，额定电压1 000 V； 破 碎 机 功 率100 kW，额定电压3 300 V。

工作面刮板输送机采用山西煤机厂制造的SGZ1000-Z×700型输送机，机头及机尾都采用额定功率为350 kW/700 kW的双速电机，额定电压为3 300 V。

2.2 顺槽设备

2.2.1 破碎机

采用山西煤机厂制造的PCM-315型破碎机，额定功率315 kW，额定电压1 140 V。

2.2.2 转载机

采用山西煤机厂制造的SZZ1200/315型转载机，额定功率315 kW，额定电压1 140 V。

2.2.3 顺槽带式输送机

采用晋煤集团机电总厂生产的SSJ-140/250/3×400型输送机（1部），驱动电机额定功率3×400 kW，循环油泵电机额定功率3×18.5 kW，冷却风扇电机额定功率3×5.5 kW，抱闸油泵电机额定功率2×4 kW，额定电压均为1 140 V。自动涨紧油泵电机额定功率12 kW，卷带电机额定功率15 kW，电压1 140 V。皮带机采用CST启动方式。

2.2.4 乳化液泵站

三泵二箱，乳化液泵采用无锡威顺生产的BRW400/31.5型液泵，额定功率250 kW，额定电压1 140 V。

2.2.5 喷雾泵

采用无锡威顺生产的BPW516/13.2型（2台），额定功率132 kW，额定电压1 140 V。

2.3 其他设备

移动列车处安装JH2-18.5型慢速绞车2部，绞车电机功率18.5 kW，额定电压等级1 140 V；顺槽皮带机机头安装电磁除铁器1台，型号RCDC-25S，电机功率30 kW，额定电压1 140 V；皮带顺槽巷采用2台15 kW排污泵临时排水，额定电压1 140 V；其余巷道排水设备及水仓处固定离心泵就近接取电源或另设移动变电站供电。

3 工作面移动变电站及配电点位置的确定

工作面电源电压为10 kV，来自200 m以外的盘区变电所。根据用电设备的容量与布置，采用1 140 V和3 300V两种电压等级供电，照明及保护控制电压采用127 V。在顺槽皮带机机头设置移动变电站及配电点，为顺槽皮带机供电；在顺槽皮带巷距工作面100 m～200 m处设移动列车，将移动变电站，采煤机、运输机、转载机、破碎机控制开关，液压泵站、喷雾泵及其控制开关装在移动列车上，可以随着工作面的推进定期在轨道上进行移动。供电原理见图1。

4 负荷统计及移动变电站选择

按用电设备额定电压分为1 140 V和3 300 V两种，按移动变电站二次侧两种电压等级选取。

4.1 3 300 V用电设备变电站的选取

由于采煤机（1 815 kW）、刮板输送机（2×700 kW）单机容量较大，且考虑过电流保护灵敏系数的要求，分别选用1台容量较大的移动变电站。

4.1.1 供采煤机的移动变电站的选取（1#移变）

式中：cosφpj——各设备的加权平均功率因数，1#移变给1台采煤机组供电，取0.85；

∑Pe——设备额定功率之和；

4.1.2 供工作面运输机的移动变电站的选取（2#移变）

4.2 1 140 V用电设备变电站的选取

顺槽皮带机容量较大，且为固定供电设备，故单独选用1台移动变电站，其余设备选用1台移动变电站。顺槽皮带巷2台15 kW潜水污水泵可就近在移动变电站接取电源。

4.2.1 顺槽皮带机移动变电站的选取（3#移变）

顺槽皮带机长度约为2 000 m，且皮带巷坡度不大，皮带机采用两驱运行，一驱备用可满足要求。

根据井下移动变电站要求，选取型号为KBSGZY型移变。工作面负荷统计见第43页表1。

5 供电系统选型与供电系统拟定

由采区变电所1#、2#、3#、4#四台高压开关（200/5）向工作面4台移动变电站高压供电。移动变电站高压侧开关采用真空断路器，开关具有短路、过负荷和无压释放保护。

低压馈电开关及磁力启动器按其断路器（接触器）额定电流大于等于所控制（启动）设备额定电流进行选取，按断路器（接触器）分断能力等于或大于所通过最大三相短路电流进行校验。馈电应具备短路、过负荷、漏电跳闸及闭锁等保护，磁力启动器应具有短路、过负荷、漏电闭锁、断相等保护及远方控制功能。

表1 工作面负荷统计

1 #移变选取德国贝克生产的PBE3006型低压开关，三回3 300 V出线，额定电流450 A，一用两备，低压开关直接向采煤机供电，另一回路出线127 V。

2 #移变低压侧选取英国ALLENWEST公司生产的AW2000型开关，五回3 300 V出线，单回额定电流200 A，低压开关直接向刮板运输机供电，另一回路出线127 V。

3 #移变低压侧运行负荷额定电流585.1 A。移变低压侧选取平阳开关厂生产的BXD-800型真空馈电开关。皮带机3台驱动电机的电流为256 A，3台油泵额定电流12 A，3台风扇额定电流3.5 A，2台抱闸油泵额定电流2.6 A，采用长治海通生产的开关进行控制，其中3回采用400 A接触器控制驱动电机，另外8回采用30 A接触器控制油泵、风扇、抱闸油泵，满足使用要求。自动油泵涨紧电机采用KXJ3-80/1140型专用开关。电磁除铁器、卷带电机选用QBZ-80/1140型开关均满足要求。

4 #移变低压侧运行负荷额定电流Izd≥Ieq+∑IeKx，其中Ieq为最大负荷额定电流，取转载机额定电流200 A；∑Ie为其余设备额定电流之和，为700 A；Kx为需用系数，取0.54，Izd≥200+700×0.54=578 A。移变低压侧选用平阳开关厂生产的BXD-800型真空馈电开关，乳化液泵、喷雾泵、转载机、破碎机均采用长治海通生产的6路组合开关控制，每台开关六回1 140 V出线，额定电流400 A，满足使用要求。

6 高压电缆截面选择校验

按设计规定及矿用高压电缆的选型，初选MYPTJ型矿用10 kV铜芯、橡套、双屏蔽电缆。

6.1 供1#移变的高压电缆截面的选择（L1）

用经济电流密度计算电缆截面：

式中：A——电缆主芯截面，mm2；

J——经济电流密度，A/mm2，查表得2.25。

由以上计算选取70 mm2截面电缆，长时允许载流量215 A。通过对允许电压损失和热稳定校验，电缆截面完全符合设计要求。

6.2 供2#移变的高压电缆截面的选择（L2）

按经济电流密度校验电缆截面：

选取50 mm2截面电缆，长时允许载流量173 A。通过对允许电压损失和热稳定校验，电缆截面完全符合设计要求。

6.3 供3#移变的高压电缆截面的选择（L3）

按经济电流密度计算电缆截面:

选取50 mm2截面的电缆。通过对允许电压损失和热稳定校验，电缆截面完全符合设计要求。

6.4 供4#移变的高压电缆截面的选择（L4）

按经济电流密度计算电缆截面：

选取35 mm2截面电缆，长时允许载流量138 A。通过对允许电压损失和热稳定校验，电缆截面完全符合设计要求。

根据以上计算，选取的4条高压电缆分别为：

7 按长时负荷电流初选低压电缆截面

长时负荷电流要求电缆截面载流量大于等于电缆长时间负荷电流（见表2）。

表2 按长时负荷电流初选低压电缆截面

采煤机选用MCPR1.9/3.3 kV拖移电缆，刮板运输机选用MYPTJ1.9/3 kV电缆，其余1 140 V电缆均选用MYP型矿用橡套屏蔽电缆。L10选取2趟120 mm2电缆，L12选取2趟70 mm2电缆，L13选取2趟50 mm2电缆。

通过机械强度要求和允许电压损失校验电缆截面，完全符合设计要求。

8 低压电网短路点的选定

短路点应选在母线上与线路的首末端，如果线路很短，可以只选线路首端。根据这一原则，在本供电系统中选8个点选定短路电流，能满足开关选择校验与继电保护整定要求。短路电流查表可得。

9 热稳定和开关分断能力校验

9.1 低压电缆热稳定校验

（1）1#移变低压配电热稳定需最小电缆截面：

9.2 低压开关分断能力校验

10 保护整定

通过计算确定移变高压侧开关保护整定和低压侧保护整定，正确选取开关的过载和短路电流，从而使各种机电设备得到保护。

11 其他

顺槽皮带机头安装1台BXZ-4/127型照明综保负责皮带巷照明，移变低压开关127 V负责综采工作面架间照明。

通过以上的详细计算，确定了同煤集团某矿综采工作面的供电系统。通过现场实际运行，该工作面供电故障率下降了20%，平均日开机率达到10 h～12 h，平均日产煤4 850 t，达到了设计的预期目的，证明综采工作面供电系统的设计是完全可行的。

[1] 郭海，穆连生.高产高效矿井综采电气技术.北京：煤炭工业出版社，2005.

[2] 穆连生.煤矿综采电工技术.北京：煤炭工业出版社，2006.

[3] 王红俭，王会森.煤矿电工学.北京：煤炭工业出版社，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

张润美，女，1969年出生，1992年毕业于大同大学理工学院，现在大同煤矿集团公司中央机厂工作，工程师。

2010-11-26

2010-12-17