高档普采升级综采供电系统的改进设计技术应用

2018-05-09张耀平

山西煤炭 2018年2期

张耀平

(阳泉固庄煤矿, 山西阳泉 045000)

随着我国煤矿安全生产技术水平不断提高,大采高、截距深的采煤工艺不断投入使用,采掘机械也趋向大功率、多电机的设备,在这样的形势下,对供电技术也提出了较高要求,如何既考虑到供电的经济性,又考虑到供电的可靠性,已经成为供电技术在实际应用中首要攻克的问题。

实际工作中,在高档普采向综采改造时,更换大功率采煤机、运输机后,为了解决供电距离远、电压等级低、设备不能正常启动或电压降较大的问题,需要对供电系统升压,并在进风顺槽安装移动变电站,但是受地质条件限制,原有巷道狭窄,移动变电站不能在轨安装在巷道中。因此,在实际的供电中,首先要解决电压等级低、电缆载流量大、电缆截面小、不能满足供电要求的问题;其次,要解决采煤运输设备功率增大,供电方式需要改造的问题;第三,要解决大功率设备起动停止远距离控制的问题;第四,要解决采煤量增加,造成原有运输设备运力不足的问题。本文提出在进风顺槽设置配电点,进行远距离集中控制,下面以某矿某工作面改造为例进行探讨。

1 原始资料

1.1 某工作面地质情况

该工作面位于某煤矿井田12#煤七采区,该采区内工作面沿走向布置,布置在12#煤七采轨道巷西侧,12704回采工作面以北。工作面长180 m,进风走向长1 430 m,回风走向长1 489 m，煤层厚度1.5 m,煤层结构稳定。

1.2 采煤方法

1)高档普采工作面设备。原设备配备情况为:高档普采的设备配备,工作面采用MG100-B型单滚筒采煤机,单一煤层分上、下刀采全高走向长壁后退式全部垮落法的机械化采煤方法,单体液压支柱配、π型梁支护,工作面端头采用放炮开机窝的方式进刀,支护管理方式为边割煤、边放顶的方法,采用工作面刮板输送机、顺槽刮板输送机和吊挂皮带输送机运煤,具体设备如表1所示。

原供电设计方案为:根据设备配备情况,初步计算后,配电点设于轨道运输巷,采用KSGZY—500移动变电站1台,工作面采煤机、工作面刮板输送机、顺槽刮板输送机共同使用1根70 mm2电缆、顺槽使用1根50 mm2电缆、回风使用1根25 mm2电缆,采用干线式供电方式即可满足需要(计算过程略),特别指出,工作面设备布置一项中,各设备的控制开关均安装在设备电机附近,安装操作按钮进行远方操作。该工作面的日产量500 t。

表1 普采工作面设备负荷统计表Table 1 Equipment load of conventional mining face

2)高档综采工作面设备。由于改扩建需要,工作面采煤方法改变为综采:工作面采用5MG200-B型双滚筒采煤机,单一煤层一次采全高走向长壁后退式全部垮落法的综合机械化采煤方法。采煤机端头斜切进刀,回割三角煤采煤,按割煤、伸伸缩梁、移架同时收收缩梁、移工作面刮板输送机顺序进行。采用ZY3000-12/25(115架)、ZYG3000-12/25型(4架)液压支架管理顶板,配套SGB-630/220型刮板输送机运煤。

因工作面采煤量增加一倍以上,经初步计算后,运输方式也需要升级改造。现设备配备情况升级为:工作面采用5MG200-B型双滚筒采煤机采煤,采用1部SGB-630/220型刮板输送机运输,机头转载处采用SZB730/75刮板转载机转载到SSJB/800皮带,由SSJB/800集中皮带运入煤仓。回风顺槽由 4台JD-25型绞车,3台JD-11.4型绞车进行运料。根据以上资料,进行设备配置,具体如表2所示。

表2 综采工作面设备负荷统计表Fig.2 Equipment load of fully mechanized mining face

2 供电方式升级改造方案

2.1 工作面配电点位置确定原则

2.1.1移动变电站位置

移动变电站与工作面的距离一般大于100 m,小于300 m,对供电距离最远的电动机,最大的采煤机的距离一般不大于500 m。

2.1.2配电点设置形式

一般不开设专门的硐室,直接设在工作面附近的运输平巷或回风巷的一侧。

2.1.3改造配电点位置及设置

由于本工作面掘进设计时,原为普采工作面,受原巷道设计宽度限制,工作面配电点只能布置于进风顺槽中,在距离工作面850 m处扩巷80 m,设置为工作面配电点。

2.2 工作面负荷计算及变压器容量、台数确定

2.2.1移动变电站负荷的分配

根据采区机械设备布置图及设备配置情况,确定在配电点设置2台630 kVA移动变电站;其中1台630 kVA移动变电站电压采用1 140 V电压为工作面机组、工作面刮板输送机和转载机供电,另1台移动变电站采用660 V电压为进风顺槽皮带输送机、绞车以及其它动力设备供电;在四尺七采轨道巷设置1台500 kV A移变采用660 V电压为回风巷设备和四尺三采皮带巷1部皮带供电。(负荷计算略)

2.2.2线路电压要求

工作面采煤机、刮板输送机以及转载机需要进行升压至1 140 V,因初算时,如果仍用660 V供电,即使采用最粗70 mm2电缆, 其长时载流量仍超过电缆长时允许负荷电流,在电压降方面也不符合要求。

2.2.3绘制设备布置图

根据以上情况确定设备布置,绘制设备布置图(见图1)。

图1 设备布置图Fig.1 Equipment layout

2.3 工作面供电系统图拟定方案

2.3.1供电系统拟定依据

供电系统是根据机械设备布置图拟定的,应符合安全、经济、操作灵活、保护完善、便于检修等项要求。

2.3.2控制开关的设置原则

力求减少开关、启动器的使用台数,原则上1台启动器控制1台电机,1个配电点并联的启动器在3台以下时,一般不设进线用总馈电开关。

2.3.3工作面设备采用辐射式供电

由于工作面采煤机为200 kW,工作面刮板输送机为110 kW×2 kW,转载机为75 kW,均为功率较大设备,故采用辐射式单独电缆供电。

2.3.4小功率的设备可采用干线式供电

在本次改造中,进风运输设备为2部55 kW×2 kW皮带运输机,采用干线式进行供电;回风绞车及液压泵等容量都不太大,采用干线电缆供电。

2.3.5启动器位置的顺序

工作面配电点最大容量电动机的启动器应靠近配电点的进线,以减小启动器之间连接电缆的截面。

2.3.6电缆长度的确定原则

力求减少电缆的长度,尽量减少重复供电。所选电缆总线截面不超过70 mm2。橡套电缆长度按敷设路径长度乘以1.1,铠装电缆长度按敷设路径长度乘以1.05。

2.3.7备用设备确定原则

配电点应设有一定数量的备用启动器与开关,以便开关损坏后随时更换。

根据供电系统的拟定原则拟定供电系统见图2。

图2 供电系统图Fig.2 Power supply system diagram

在此基础上进行了低压电缆选择、高压电缆截面确定、高压开关选择、低压开关选择、低压电网短路电流计算、低压开关整定、校验、高压开关整定、校验等工作,均符合要求。

3 重点需要解决的技术问题

3.1 电压等级升级技术

进行工作面线路升压时,必须做好相关线路设备的选型工作,设备和电缆以及相关连接器等都要选用1 140V电压等级;在进行日常供电维修过程中,一定要注意各线路电压等级的标示,不得出现混接、错接现象。

3.2 远距离启动控制技术

采用辐射式供电时,一方面,移动变电站由于巷道狭窄不能在进风顺槽实现在轨安装,另一方面,如果在进风端头处安装机组开关、工作面刮板输送机开关、照明综保等,在顺槽不断回缩时,要不断进行开关的搬迁工作,工作量大,因此,采用工作面所有控制开关在配电点处安装、工作面远方控制的方式,减少了每隔一段时间进行开关搬迁和重新接线安装的工作量。在这种控制方式中,因工作面机组司机、输送机司机、转载机司机要在工作面控制配电点处开关的启动与停止,因此,必须选择有远方直流启动控制功能的开关,也就是可以实现远方千米距离的启动控制。在原有开关中,其控制回路直接控制吸合线圈的动作,如果控制距离远,将出现吸合线圈由于电压降而不动作的情况,不能可靠吸合(具体电气原理略)。在本设计中使用了山西省长治市中安电器生产的QJZ-315(400)/1140(660)矿用隔爆兼本质安全型真空电磁启动器,其控制电路中使用了直流动作于微动式继电器来实现吸合线圈的通断的技术,可以实现远距离控制。