快速掘进供电系统在大柳塔煤矿的应用*
2019-08-22林广旭
林广旭
(中煤科工集团 太原研究院有限公司，山西 太原 030006)
0 引言
近些年,随着神华神东矿井规模的不断壮大，采、掘比例失调矛盾日益凸显，生产接续紧张成为制约矿井生产能力的突出问题，增加掘进队伍势必会给煤矿安全管理带来更大压力。经反复分析研究，神华神东公司决定与中煤科工集团太原研究院合作,共同开发高效快速掘进系统。该系统由EJM340型全断面煤巷掘锚机、ZPL1200/165型破碎转载机、CMM10-30型跨骑式十臂锚杆机、DZY100/160/135型可弯曲带式输送机及DZM100/120/55型迈步自移机尾组成。系统不仅解决了掘进、支护之间的矛盾，实现了掘进、支护和运输3个工序的掘锚平行作业、合理支护、装运机械化及其之间的优化配置，提高了单进水平和工作效率，而且有效改善了安全环境，实现了降本增效的效果。
1 变压器容量确定
1.1 主要用电负荷统计
该掘进工作面总负荷约为3 917 kW，主要用电负荷统计见表1。通过主要用电负荷计算移动变压器负荷参数，变压器参数如表2所示。
视在功率计算公式为：
(1)
式中：Kx为需用系数；∑Pe为参加计算的用电设备额定功率之和,kW；cosφ为功率因数;Ks为同时系数,取值为1。
根据机械化工作面设置需用系数时,
(2)
根据综采工作面设置需用系数时,
(3)
式中:PS为最大或同时启动电动机功率,kW。
表1 主要用电负荷统计
表2 变压器参数
1.2 设备视在功率计算与校验
1.2.1 掘锚机变压器
掘锚机变压器的视在功率：
1 449.33<2 000 kVA
按计算选变压器型号为KBSGZY-2000/10/3.45 (中联)，校验结果为合格。
1.2.2 1 140 V变压器
1 140 V变压器视在功率为：
1 250 kVA
按计算选变压器型号为KBSGZY-1 250/10/1.2 (中联),校验结果为合格。
1.2.3 660 V变压器
660 V变压器视在功率为：
800 kVA
按计算选变压器型号为KBSGZY-800/10/0.693 (中联)，校验结果为合格。
1.2.4 主风机变压器
主风机变压器视在功率为：
200 kVA
按计算选变压器型号为KBSGZY-200/10/0.693 (中联)，校验结果为合格。
1.2.5 备用风机变压器
备用风机变压器视在功率为：
200 kVA
按计算选变压器型号为KBSGZY-200/10/0.693 (中联)，校验结果为合格。
2 供电系统设计
快速掘进工作面采用1 140 V供电，依据标准《煤矿电工手册》、《煤矿安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》等制定设计原则，匹配掘、支、运一体化设备进行供电系统设计。
2.1 设计原则
1) 在保证供电可靠的前提下，力求节省设备。由一台变压器向一个生产环节或工作面的机械供电，以缩小事故所引起的停电范围。
2) 对于单电源进线的采区变电所，当变压器不超过2台且无高压馈出线时，通常可不设电源断路器；而当变压器超过2台并有高压馈出线时，则应设进线断路器。
3) 对生产量较大的综合机械化工作面或下山排水设备进行低压供电时，应尽量采用双回路高压电源进线及2台或2台以上的变压器，当一回线路或一台变压器发生故障时，另一回线路或另一台变压器仍能保证工作面正常生产及排水供电。
4) 第一类负荷为高压设备(如高压水泵)或变压器在4台以上(即采掘工作面较集中的盘区)的采区变电所，应按井下主要变电所的接线原则予以考虑。
5) 变压器采用分列运行，避免线路对地电流的增加对安全造成威胁。电网绝缘电阻的下降可使漏电继电器的运行条件恶化，在发生漏电事故时，会因1台检漏继电器控制2台变压器的馈电开关，而使停电范围加大，从而使可靠性降低。
2.2 供电系统设计
根据工作面主要用电负荷，选用5台变压器。
1) 主控设备供电系统包括:1台容量为2 000 kVA，变压器的变比为10 000 V/3 450 V的KBSGZY-2 000/10/3.45型移动变电站，为全断面掘锚机供电；1台容量为1 250 kVA，变压器的变比为10 000 V/1 200 V的KBSGZY-1 250/10/1.2型移动变电站，为十臂锚杆钻车、迈步式自移机尾供电、履带式自移机尾、转载动力站、湿式除尘风机供电；1台容量为800 kVA,变压器的变比为10 000 V/690 V的KBSGZY-800/1.2/0.69型移动变电站，为带式输送机、水泵供电。主控设备供电系统如图1所示。
2) 风机供电系统包括：1台容量为200 kVA, 变压器的变比为10 000 V/690 V的KBSGZY-200/10/0.693型移动变电站，为备用局部通风机供电；1台容量为200 kVA, 变压器的变比为10 000 V/690 V的KBSGZY-200/10/0.693型移动变电站，为专用局部通风机供电。风机供电系统如图2所示。
3 高压配电装置确定
移动变电站的高压配电设备是用于动力主线与变压器之间通断、控制或保护的重要设备，是掘、支、运一体化设备运行稳定性的支柱,选用时要符合电气参数和校验断流容量两项依据。高压配电设备明细见表3。
表3 高压配电设备明细
3.1 电气参数选择
1) 高压配电装置的型式应符合标准《煤矿安全规程》中规定的设备选用的有关要求，以及在国标《矿山电力装置设计规范》中的有关规定。
2) 井下高压配电装置的额定电压应与井下高压网络的额定电压等级相符，即设备的额定电压不应小于其装设处的额定电压。
图1 主控设备供电系统
3.2 校验断流容量
1) 由高开保护的最大三相短路电流计算的短路容量应小于矿用高开断流容量。
2) 当井下采用非矿用断路器时，其额定开断容量折半使用。
4 保护装置整定
4.1 短路电流计算
短路电流的计算是保护装置整定值的重要依据，均通过以下公式计算:
1) 两相短路电流：
2) 三相短路电流：
3) 短路回路内一相电阻值的总和：
4) 短路回路内一相电抗值的总和:
式中：R1、X1、Xx、Uav、Rb、Xb、Kb、R2、X2分别为高压电缆的电阻电抗、系统电抗、变压器二次侧额定电压、变压比、变压器的电阻电抗、低压电缆的电阻电抗。
系统电抗计算公式为：
式中，Uav为平均电压。
根据以上计算公式，得到设备短路电流计算值见表4。
表4 短路电流计算
4.2 高压开关保护装置整定
根据表2中参数，负荷额定总功率P,最大电动机功率P1，再通过以下公式计算，得出各移动变压器高压开关整定值,详见表5。
表5 高压开关整定明细
1) 通过开关负荷电流：
2) 过流保护：
即为一次侧实际电流值。
3) 短路保护：
即为一次侧实际电流值。
4) 短路电流计算：
5 结论
高效快速掘进系统完善了掘锚分离、平行作业、连续运输的高集成化思想，实现了掘进、支护和运输的一体化、连续作业，大大提高了采掘工作效率。快速掘进供电设计打破了传统的采掘工作面供电设计的配置方式，主要体现在以下几个方面：
1) 掘、支、运设备的一体化运行与供电设备选择的匹配，直接影响设备的可靠运行，将通过计算得到的理论依据与实践探索相结合，匹配出可靠的供电设备及保护参数,为快速掘进系统的安全运行提供了有力保障。
2) 快速掘进系统供电设计在掘进工作面设备列车上及后续巷道内布置了很多供电设备，各个工序之间实现机械化、自动化。
3) 快速掘进系统供电设计中，按照适当集中、合理分布的原则，将所有设备的配电、控制、操作以及泵站、通信、监控等分散在各个设备上，统一安排、集中设计、合理布置，在空间布置、动力源分配等方面布局合理。
4) 强电系统与弱电系统相结合，应用环境监测、设备保护、故障诊断等技术，实现了工况监测、远距控制、数据观测及上传、巷道走向监测以及断面监测，为机械化掘进工作面的整体自动化、信息化打下基础。
