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大采高大采長(zhǎng)綜采工作面供電設(shè)計(jì)研究

文檔作者：姬劍波文檔來(lái)源：河南能源化工集團(tuán)永煤公司新橋煤礦		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月28日
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《電氣防爆》2018年12月第4期
;產(chǎn)品與應(yīng)用:
大采高大采長(zhǎng)綜采工作面供電設(shè)計(jì)研究
姬劍波
(河南能源化工集團(tuán)永煤公司新橋煤礦，河南 永城 476600)
［關(guān)鍵詞］動(dòng)力中心；組合變頻器；綜采供電
［摘 要］提出了一種基于動(dòng)力中心和高壓組合變頻器的大采高大采長(zhǎng)綜采工作面供電設(shè) 計(jì)方案，給出了該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)計(jì)算 實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足大采高大采長(zhǎng)綜 采工作面的重型機(jī)械設(shè)備供電需求，解決了重載啟動(dòng)問(wèn)題，提高了綜采設(shè)備的運(yùn)行可靠性。
［中圖分類(lèi)號(hào)］TD611 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］1004 -9118(2018)04 -0016 -04 D01：10. 14023/j. cnki. dqfb. 2018.04. 005
Research on Power Supply Design of Large Mining, Height and Large Mining, Length Fully Mechanized Mining Face
Ji Jian 一 bo
(Xinqiao Coal Mine, Yongmei Coal Company, Henan Energy and Chemical Industry Group, Yongcheng, Henan 476600, China)
Key words:power center ； combination inverter； fully mechanized power supph
Abstract: It introduces a power supply design scheme based on power center and high - voltage combined frequency converter and gives the hardware structure and design calculation of the system. The practical application shows that the system can meet the power supply requirements of heavy machinery equipment with large mining height and long mining length, solve the problem of heavy load starting, and improve the operational reliability of fully mechanized mining equipment.
0概況
綜合機(jī)械化采煤是煤礦現(xiàn)代化采煤的主要生 產(chǎn)方式，它使回采工作面的主要生產(chǎn)工序連同平 巷運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和連續(xù)化。隨著我 國(guó)煤炭業(yè)的迅速發(fā)展，采煤工作面綜合機(jī)械化的 程度迅速提高，機(jī)電設(shè)備單機(jī)容量和總的容量不 斷增大，綜采設(shè)備不斷向重型化、強(qiáng)力化發(fā)展，結(jié) 構(gòu)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，這就為綜采 供電提出了較高的要求工。
新橋煤礦2301綜采工作面為“大采高、大采
長(zhǎng)”工作面，基本情況:工作面長(zhǎng)度343 m（最大坡 度16。），走向長(zhǎng)度為1 870 m,近水平煤層，工作 面傾角4° ~ 16。，平均10。；俯采角度0。-26°,仰 采角度0。~12。；煤層平均開(kāi)采厚度為3. 9 m,煤 質(zhì)硬度:/ <4；1作面兩巷斷面為4. 2 m x3.2 m （寬x高）。為保證設(shè)備配套合理，采用MG - 500/1130QWD 采煤機(jī)、SGZ800/2 x700 刮板輸送 機(jī)、ZY6800/21/45型掩護(hù)式液壓支架、SZZ800/ 250型轉(zhuǎn)載機(jī)，由于綜采設(shè)備功率較大，考慮采用 3 300 V電壓等級(jí)對(duì)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、 破碎機(jī)供電②，乳化泵、噴霧泵等設(shè)備采用1 140 V
［收稿日期12018 -07 -25
［作者簡(jiǎn)介］姬劍波（1986-）,男，T.程師,T.學(xué)學(xué)±,2009年畢業(yè)于河南科技大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，主要從事煤礦機(jī)電技術(shù)及管理T.作。
—16 —
?產(chǎn)品與應(yīng)用?大采高大采長(zhǎng)綜采工作面供電設(shè)計(jì)研究
電壓等級(jí)供電，刮板輸送機(jī)由于功率較大，且工作
面傾角偏大,考慮采用變頻器控制啟停。
1綜采工作面電氣設(shè)備選型
2301綜采工作面供電設(shè)計(jì)如果采用傳統(tǒng)供
電方式，至少需要兩臺(tái)移動(dòng)變電站,3 300 V四組
合開(kāi)關(guān)一臺(tái)，1 140 V四組合開(kāi)關(guān)三臺(tái)，設(shè)備列車(chē)
數(shù)量較多，移動(dòng)變電站和組合開(kāi)關(guān)連接方式為橡
套電纜軟連接,電纜數(shù)量較多,對(duì)設(shè)備列車(chē)現(xiàn)場(chǎng)管
理和標(biāo)準(zhǔn)化工作都帶來(lái)很大的難度"7 o
進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì)后,初步對(duì)綜采電氣設(shè)備選型，
考慮采用 KBSGZY -3150/6/3.3/1. 14 - （6,8） D
型動(dòng)力中心進(jìn)行供電，硬件結(jié)構(gòu)采用高壓頭+變
壓器本體+雙電壓組合開(kāi)關(guān)硬連接的方式，減少
設(shè)備列車(chē)長(zhǎng)度。變壓器采用雙繞組結(jié)構(gòu),一次側(cè)
輸入6 kV電壓等級(jí)，二次側(cè)同時(shí)輸出3 300 V和
1 140 V兩種電壓等級(jí)，滿(mǎn)足不同負(fù)荷的供電需
要,實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的高度集中化，優(yōu)化供電系統(tǒng)，
同時(shí)完全具備漏電、過(guò)流、短路等所有的電氣保護(hù)
功能，且操作更加智能，故障報(bào)警信息詳細(xì)，對(duì)故
障判斷查找有很大幫助,能減少故障查找時(shí)間，減
少對(duì)生產(chǎn)的影響。
刮板輸送機(jī)考慮采用BPJV-2 x855/3.3型
兩組合高壓變頻器驅(qū)動(dòng)，變頻器具有兩個(gè)獨(dú)立輸
出回路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)機(jī)頭機(jī)尾任意一臺(tái)
電機(jī)的單獨(dú)啟?？刂埔约爸鲝穆?lián)合啟停控制，變
頻器內(nèi)部采用高速總線(xiàn)通訊方式，兩路輸出之間
可自動(dòng)調(diào)整自身的輸出，實(shí)現(xiàn)主從運(yùn)行及動(dòng)態(tài)功
率平衡。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、變頻器、移
動(dòng)變電站和集控臺(tái)四大部分組成。刮板輸送機(jī)的
啟停指令由上級(jí)集控系統(tǒng)發(fā)出，變頻器接收到集
控臺(tái)的啟動(dòng)信號(hào)后，依據(jù)設(shè)定的加速時(shí)間正常啟
動(dòng);變頻器接收到集控臺(tái)的停止信號(hào)后，停止輸
出。刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)效果如圖1所示。
圖I刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖
2綜采工作面供電設(shè)計(jì)
2.1負(fù)荷統(tǒng)計(jì)與變壓器選擇
如表1和表2所示。
表1 T1變壓器員荷統(tǒng)計(jì)表
設(shè)備名稱(chēng)
電機(jī)
臺(tái)數(shù)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
/ kW
額定電壓
/ V
額定電流
/ A
額定功率因數(shù)
/ COS（Pe
啟動(dòng)功率因數(shù)
/ COS（pq
額定效率
/ T],.
啟動(dòng)電流倍數(shù)
/%
刮板輸送機(jī)2 GGZ800/2 x700 2 x700 3 300 2 x 160 0.85 0.43 0.96 6.0
功率kW 1 400
平均功率因數(shù)coscppj 0 .80
表2 T2變壓器負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表
設(shè)備名稱(chēng)
電機(jī)
臺(tái)數(shù)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
/ kW
額定電壓
/ V
額定電流
/ A
額定功率因數(shù)
/ COSlpe
啟動(dòng)功率因數(shù)
/ COS（Pq
額定效率
/ %
啟動(dòng)電流倍數(shù)
/Kq
MI （采煤機(jī)） 1 MG5OO/113OQWD 1 130.00 3 300 250 0.85 0.45 0.94 5.0
M2(1#?L化液泵) 1 BRW400/31.5 315.00 1 140 207 0.85 0.80 0.80 8.0
M3 （2#乳化液泵） 1 BRW400/31.5 315.00 1 140 207 0.85 0.80 0.80 8.0
M4（噴霧泵） 1 BPW320/10M 110.00 1 140 72 0.85 0.80 0.80 8.0
M5（破碎機(jī)） 1 PLM -1000 200.00 3 300 25 0.85 0.80 0.80 8.0
M6（轉(zhuǎn)載機(jī)） 1 SZZ764/200 250.00 3 300 50 0.85 0.80 ().80 8.0
平均功率因數(shù)0 .70
總計(jì)功率/ kW 2 180
—17 —
《電氣防爆》2018年12月 第4期
2.2變壓器選擇
根據(jù)供電系統(tǒng)的擬訂原則，變壓器的選擇原
理如下：
2.2. 1變壓器T1選型計(jì)算
熱穩(wěn)定電流：
/________S、 _ 34.36 X 10°
"-A x 1.05 x [/e _ 73 x 1.05 x 6 000
=3 969 A
° ” 一 700.00
°'4 + °'6 X 74()01)0 0. 7
=1.403 kAwl2.5 kA,滿(mǎn)足要求。
斷流容量:
COS 竹j
0. 7 x I 400. ()0
0. 80
1 225 kVA
平均功率因數(shù)cos%取0. 8 ,當(dāng)有功率因數(shù)補(bǔ)
償時(shí)，按計(jì)算的功率因數(shù)取值;選用型號(hào)為KBSGS,
nax = A x X las = A X 6 000 x 3 969
= 41.2 MVAW200 MVA,滿(mǎn)足要求。
2.4高壓電纜選擇和校驗(yàn)
高斥電流選型表見(jiàn)表4。
ZY -2000/6/2 x 1905的移動(dòng)變電站符合要求5
2.2.2變壓器T2選型計(jì)算
=0. 4 + 0. 6 x
Pmax
=0.4+0.6xU|= 0.71
cos%
0. 71 2 180.00
0. 70
表4高壓電流選型表
編'，； 型號(hào)
額定
電壓
\
R度
/ m
根數(shù)
空氣允
許載流
肚353：
/ A
負(fù)荷
電流
/ A
(：1 MYPTJ -3.6/6-120 6 000 1 900 1 295 244
(：2 MCPT-3.3 -95 3 30() 900 1 250 126
(：3 MVFP-3.3 -7() 3 300 900 1 205 96
S = K
s = X
=2 211 kVA
平均功率因數(shù)cos竹J取0. 7?當(dāng)有功率因數(shù)補(bǔ)
償時(shí)，按計(jì)算的功率因數(shù)取值;選用型號(hào)為KBSGZY-
3150/6/3.3( 1.2)的移動(dòng)變電站符合要求。
2.3高壓配電箱選擇
選擇參考表3。
表3高壓配電箱選型表
編號(hào)型號(hào)
額定
電壓
/ V
額定
電流
/ A
額定
熱穩(wěn)定
電流
/ kA
熱穩(wěn)定
時(shí)間
/ S
額定
斷流
容ft
\1\ \
D1 PJG -630 6 000 630 12.5 2 200
2.4. 1 C1高壓電纜截面選擇和校驗(yàn)計(jì)算
(1)長(zhǎng)時(shí)負(fù)荷電流
&amp;amp; X工P” x心
療乞X cos% X外j
0.59 x3436 x 型
~ 事 x6000 x0.86 x0.93
= 244 A
心一需用系數(shù)，取心=0.59
型號(hào)為MYP1J -3.6/6 - 120的高壓電纜長(zhǎng)
時(shí)載流量為295 A,滿(mǎn)足要求6 o
(2)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇高壓電纜截面
長(zhǎng)時(shí)負(fù)荷電流：
y P,. X Kx x 10'
/g =二 --------------------=312 A
A X [/p X cos% X
額定電流:/..=630 AM312 A,滿(mǎn)足要求.
Kx 二 0. 4 + 0. 6
二 0. 4 + 0. 6
=0. 58
x--%------
V -1 ---1-3-0-
3 58()
mnr->
厶一經(jīng)濟(jì)電流密度,查表厶=5.5 o
(3)按熱穩(wěn)定截面選擇高壓電纜截面
=3 453 x
V4T25
93.4 二 21. 25
43. 306
A x 6 300
=3 453 A
/(3)仆神三相最大穩(wěn)態(tài)短路電流,A；
18 -
?產(chǎn)品與應(yīng)用?大采高大采長(zhǎng)綜采工作面供電設(shè)計(jì)研究
電纜芯線(xiàn)熱穩(wěn)定系數(shù)，查表取93.4O
(4)按允許電壓損失校驗(yàn)高壓電纜截面
心X工巴x L”
10L/：
(/? + X x tan(p)
0. 59 x 34 x 1.9
10 x 62
x (0.412 +0. 075
x 0. 593)
=4.2%
2.4.2 C2高壓電纜截面選擇和校驗(yàn)計(jì)算
(1)
長(zhǎng)時(shí)負(fù)荷電流
,A； x X x 103
/n =------- — —
yju. x cos% x %”
0. 51 x 1 13() x 10'
x 3 300 x 0. 86 x 0. 93
=126 A
Kx—需用系數(shù)，取A\ =0.51
型號(hào)為MCPT-3.3 -95的高壓電纜長(zhǎng)時(shí)載 流量為250 A,滿(mǎn)足要求。
(2)
按允許電壓損失校驗(yàn)高壓電纜截面
抵x
△ 〃&amp;amp;%
10疋
(R + X x tan^p)
0. 51 x 1. 13 x 0. 9
10 X 3. 32
x (0.412
+ 0. 075 x 0. 593) =0. 17%
2.4.3 C3高壓電纜截面選擇和校驗(yàn)計(jì)算
(1)
長(zhǎng)時(shí)負(fù)荷電流
,K、x 工巴 x 103
/n 二-----------------
Au,. X cosv- x 17,,)
0. 6 x 700 x 10'
73 x 3 300 x 0. 86 x 0. 94
=96 A
K*—需用系數(shù)，取Kx =0.6
型號(hào)為MVFP-3.3 -70的高壓電纜長(zhǎng)時(shí)載 流量為205 A,滿(mǎn)足要求。
(2)
按允許電壓損失校驗(yàn)高壓電纜截面
心x工"x &amp;amp;
△久％
10t/；
(R + X x tan(p)
0. 6 x 700 x 0. 9
10 x 3. 32
x (0.412
+ 0. 075 x 0. 593)
3結(jié)束語(yǔ)
2301綜采工作面刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)功率 較高，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流過(guò)大,對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)都有沖 擊，存在很大安全隱患，采用3 300 V高壓供電， 對(duì)刮板輸送機(jī)采用組合高壓變頻器進(jìn)行控制，一 方面減少啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊，另一方面 可以實(shí)現(xiàn)電能節(jié)約。
技術(shù)關(guān)鍵是變頻器的功率單元需保持高可靠 性和高穩(wěn)定性，且變頻器的設(shè)計(jì)要符合電磁兼容性 要求，盡可能地減少電磁干擾變頻器專(zhuān)用變壓器的 設(shè)計(jì)同樣考慮抗干擾能力，在保持變頻器正常運(yùn)轉(zhuǎn) 的情況下不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生電磁干擾，刮板機(jī)電機(jī)設(shè)計(jì) 成變頻專(zhuān)用電機(jī),絕緣等級(jí)更高，所有電纜采用抗 干擾屏蔽電纜，減少對(duì)其他電氣設(shè)備的影響。項(xiàng)目 實(shí)施后大大提高綜采工作面刮板輸送機(jī)的正常高 效運(yùn)轉(zhuǎn)，為礦井安全生產(chǎn)提供裝備保障'卞。
動(dòng)力中心投入運(yùn)行后，減少設(shè)備列車(chē)長(zhǎng)度，便 于現(xiàn)場(chǎng)檢查維護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)化管理。新型供電結(jié)構(gòu)， 雙繞組變壓器,硬連接方式,減少變壓器和組合開(kāi) 關(guān)電纜連接數(shù)量，減少故障點(diǎn)，提高供電系統(tǒng)運(yùn)行 水平。從設(shè)備投運(yùn)效果來(lái)看，動(dòng)力中心和組合變 頻器運(yùn)行可靠，對(duì)2301綜采工作面安全生產(chǎn)起到 很好的供電保障⑼。
參考文獻(xiàn)
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顧永輝.煤礦電工手冊(cè)第二分冊(cè)：礦山供電(上) [M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1999.
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顧永輝.煤礦電工手冊(cè)第二分冊(cè)：礦山供電(下)
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顧永輝.煤礦電工手冊(cè)第二分冊(cè):煤礦固定設(shè)備電力 拖動(dòng)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1999.
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譚長(zhǎng)森.孫鵬，郭峰.基于PLC的礦井主扇風(fēng)機(jī)自動(dòng)監(jiān) 控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化,2007(4):74 -77.
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姬劍波.基于RS485和工業(yè)環(huán)網(wǎng)的電力監(jiān)控系統(tǒng) [J]?機(jī)電技術(shù),2013(03) :85 -87.
0. 24%
19 —

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