综采工作面远距离供电压降问题的研究

吴 昕

（平顶山天安煤业股份有限公司四矿，河南省平顶山市，467000）

平顶山天安煤业股份有限公司四矿己15-23160综采工作面在回采过程中频繁出现采煤机截割电机过热现象，且电机因绝缘降低进而导致使用寿命大大降低。据统计，该综采工作面投产仅2个月，因过热导致采煤机100kW 截割电机损坏就达到5台。经过分析，截割电机过热由供电系统压降大所致，刮板输送机电机由于采用变频控制，所以电机过热并不明显，为此对综采工作面远距离供电压降问题进行了研究。

1 综采工作面压降计算

1.1 综采工作面负荷统计

该综采工作面采用电压等级为1140 V 电源，采煤机型号为MG2×100／456W，刮板输送机型号为SGZ764／750，乳 化 液 泵 站 型 号 为 MRB400／31.5，转载机使用电源电压为660V，无破碎机，己15-23160综采工作面千伏级供电设计图如图1所示，己15-23160综采工作面千伏级负荷统计表见表1。

1.2 采煤机支路压降计算

采煤机支路压降ΔU 由变压器电压损失ΔUT、变压器至启动器主干线电压损失ΔU1以及启动器至截割电机支路电压损失ΔU2构成。

（1）移动变压器压降ΔUT计算。移动变压器压降计算公式为：ΔUT=UNβ（URcosφ+UXsinφ=1.14×0.8× （0.65×0.8+5.46×0.6）=35V。

图1 己15-23160综采工作面千伏级供电设计图

采煤机支路压降ΔU =ΔUT+ΔU1+ΔU2=122V，占额定电压的11%。 《煤矿电工手册》规定综采工作面电压损失允许范围为额定电压的7%～10%。负载工作在接近额定负载时，电压损失允许范围取额定电压的7%；负载较小时，电压损失允许范围取额定电压的10%。该工作面采煤机截割电机负载比较大，基本接近额定负载，当综采工作面有断层构造时，截割电机负载甚至会短时间超过额定负载，即该综采工作面采煤机支路压降太大，不符合要求。

表1 己15-23160综采工作面千伏级负荷统计表

2 压降对电机长时间运行影响分析

2.1 轻载情况下压降对电机长时间运行影响

电动机运行在轻载情况下，由于转子电流和转子铜耗较小，在定子电流的励磁分量和负载分量中，励磁分量起主要作用。当电源电压降低时，定子电流随励磁电流的减小而减小，定子功率因数提高。同时，轻载时铁耗与铜耗相比起主要作用，电机效率随铁耗的减小而略有提高。由此可见，电动机轻载时端电压略微降低对电动机运行有利，它使电动机的功率因数和效率提高。

2.2 重载情况下压降对电机长时间运行影响

电动机工作在正常负载时，端电压降低对电机运行十分不利。因为如果电机在额定负载下长时间工作在低于额定电压下时转子电流较大，当端电压降低时，转差率和转子电流增大，定子电流的两个电流分量中，负载分量起主要作用，所以定子电流随转子电流增大而增大。由于转差率增大，转子功率因数和定子功率因数降低。而负载较大时，虽然由于磁通减小使铁耗有所降低，但铜耗随电流的平方增加，起主要作用，电机的效率也将随铜耗的增加而减低。如果负载转矩为额定值，电压降低的结果将使定子和转子电流大于额定值，引起电机绕组发热、效率降低和功率因数变小，长时间运行将大大降低电机使用寿命，甚至烧毁电机。对100kW电机重负载和长时间运行在不同电压下的表面温度做试验，根据试验结果绘制的100kW 电机供电电压与表面温度关系曲线图如图2所示。试验结果表明，当100kW 电机重负载供电电压损失额定电压的5%时，电机温升不大；当供电电压损失额定电压的10%时，电机温升较大，电机表面温度达到71.3 ℃。

图2 100kW 电机供电电压与表面温度关系曲线图

3 解决方案

解决该问题的方案只需控制压降不高于额定电压的7%即可。由压降计算公式分析，电缆导体电阻率、电机功率以及电缆长度为一定值无法改变，而电缆截面积及电网电压可以改变。由于压降与电网电压和电缆截面积成反比，因此可以采取增加电缆截面积和调节电网电压调节装置两方面措施来解决压降太大的问题。

3.1 调节电网电压

把1＃移动变压器通过电压调节装置把电压提升5%，即1＃移动变压器低压侧电压升至1200V，套入公式计算：ΔU1= （0.0127×456×0.8×1350×1000）／ （95×1200）=55V，ΔU2= （0.0127×405.5×0.8×410×1000）／ （50×1200）=28 V，则ΔU =ΔUT+ΔU1+ΔU2=118V。

当电网电压提升至1200V 时，则采煤机截割电机实际供电电压为1082V，比额定电压低58V，占额定电压的5%，符合电机长时间运行对电压的要求。由于受采区电网的影响，综采工作面供电电压不稳定 （有±5%的浮动），为了确保供电电压的可靠，需进一步采取增大电缆截面积的措施。

3.2 增加电缆截面积

1＃移 动 变 压 器 至QJZ630／1140-4 启 动 器MYP3×95+1×25型电缆增加为双根，QJZ630／1140-4 启动器至采煤机截割电机电缆更换为MYP3×70+1×25 型电缆。套入公式计算：ΔU1= （0.0127×456×0.8×1350×1000）／ （190×1200）=27 V，ΔU2= （0.0127×405.5×0.8×410×1000）／ （70×1200）=20V，则ΔU =ΔUT+ΔU1+ΔU2=84V。

当采煤机截割电机实际供电电压为1082V 时，比额定电压低24V，占额定电压的2%。考虑电网电压的不稳定因素，采煤机截割电机电压损失范围在额定电压的-3%～7%，符合电机长时间运行对电压的要求。同时，对刮板运输机支路采取了上述两项措施，使该支路电压损失下降至36V，占额定电压的3%。

4 对启动器欠压保护建议

QJZ630／1140-4型组合开关欠压保护范围为长时间运行不低于额定电压的85%，即压降至少低于15%才会报欠压故障，显然不符合电机长时间运行对电压的要求，而上级馈电开关欠压保护设计为系统电压低于额定电压的65%才能起到保护作用，更不符合要求。因此建议启动器欠压保护可根据负载不同设置7%及10%两个档位，以便应用到更多场合，起到应用的保护作用。

［1］ 尚文忠.煤矿供电 ［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2008

［2］ 李占平.综采工作面远距离供电供液系统设计与应用 ［J］.煤矿开采，2012 （3）

［3］ 董海生，徐发涛，韩庆昇.综采工作面供电系统的优化设计 ［J］.矿山机械，2012 （12）

［4］ 卜桂玲，鲁云松，李凤香.提高煤矿井下高压供电系统可靠性的途径 ［J］.中国煤炭，2005 （5）

［5］ 杨彩凤.井下高压供电系统实时监测监控技术的应用 ［J］.中国煤炭，2007 （1）