綜采工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、綜采工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，采掘工作面機(jī)械化程度越來(lái)越高，機(jī)電設(shè)備的總裝機(jī)容量和單機(jī)容量在不斷增加，加快了工作面的推進(jìn)速度，這就要求采取走向長(zhǎng)度加長(zhǎng)，從而使供電距離增大，給供電帶來(lái)了新的問(wèn)題，新的要求。因?yàn)楣╇婋妷旱燃?jí)一定時(shí)，輸送的功率越大，電網(wǎng)的電壓損失越大，電動(dòng)機(jī)的端電壓越低，這就影響用電設(shè)備的正常工作。特別是在大型綜采工作面中，大功率電機(jī)以它強(qiáng)勁的動(dòng)力大大提高了工作面的產(chǎn)量。但是由于電機(jī)功率的逐漸增大，它對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的沖擊就越來(lái)越明顯，尤其是在煤礦井下使用的大部分為鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，它的起動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖擊影響較大。新柳煤礦241103 工作面在設(shè)計(jì)之初就遇到了這樣問(wèn)

2、題。工作面基本情況新柳煤礦 241103 工作面是重點(diǎn)綜放工作面之一，該工作面走向 1330m，長(zhǎng) 198m。運(yùn)輸系統(tǒng)長(zhǎng) 1500 余米。設(shè)備總?cè)萘?4287kW，變壓器總?cè)萘繛?6050kVA，主要設(shè)備供電電壓等級(jí)為 1140V、660V。單機(jī)最大功率為后部刮板輸送機(jī) 2× 400kW，機(jī)功率為 400kW，前部刮板輸送機(jī) 2× 315kW，采煤機(jī) 600kW，破碎機(jī) 250kW， 1#乳化液泵 250kW， 2#乳化液泵250kW， 1#噴霧泵45kW， 2#噴霧泵45kW，頭部皮帶輸送機(jī)315kw，二部皮帶輸送機(jī)2× 315kW。供電方式該工作面的供電方式為

3、：一條UGSP3× 50+1×16/3 電纜由四盤區(qū)變電所向運(yùn)巷移動(dòng)變電站供電，二條UGSP3× 50+1× 16/3 、UGSP3×70+1× 16/3 電纜由四盤區(qū)變電所向材巷移動(dòng)變電站供電，由移動(dòng)變電站降壓至1140V 供用電設(shè)備。(1) 在實(shí)際的工作面供電中，運(yùn)輸系統(tǒng)具有負(fù)荷分散，而采面設(shè)備具有負(fù)荷集中的特點(diǎn)，如果設(shè)備全部采用直接起動(dòng)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大，設(shè)備的起動(dòng)與工作面的供電出現(xiàn)矛盾，直接影響整個(gè)采面的供電質(zhì)量。(2) 在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中電機(jī)能否直接起動(dòng)，取決于供電距離、電壓等級(jí)、電纜截面、電網(wǎng)容量的大小等。在選用的電動(dòng)機(jī)由移

4、變供電時(shí)，不經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)其容量一般不宜超過(guò)變壓器容量的 30。經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)其容量則不宜超過(guò)變壓器容量的 20。(3) 以工作面設(shè)備為例，后部刮板運(yùn)輸機(jī) 2×400kW雙機(jī)直接起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊就很嚴(yán)重，不但影響同一處供電的其他設(shè)備，重載起動(dòng)時(shí)甚至?xí)绊懙骄卤P區(qū)變電所。(4) 以帶式輸送機(jī)為例全壓起動(dòng)按理論數(shù)值計(jì)算至少需要 2100kVA 電壓為 1140V 變壓器供電才能正常啟動(dòng)，這樣增加了空載損耗、功率因數(shù)降低、增大設(shè)備投入。既浪費(fèi)了設(shè)備，又因變壓器損失浪費(fèi)了電能。在 241103 工作面供電設(shè)計(jì)、安裝過(guò)程中，根據(jù)具體情況，對(duì)于工作面設(shè)備、運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備，根據(jù)性能及使用情況

5、按如下方式予以解決。具體設(shè)備布置情況見(jiàn)表1。表 1241103 工作面 1140V 系統(tǒng)設(shè)備供電及起動(dòng)方式一覽表(1) 對(duì)于功率相對(duì)較小對(duì)電網(wǎng)沖擊不大的設(shè)備采用直接起動(dòng)方式。如工作面破碎機(jī) 250kW就采用帶延時(shí)直接起動(dòng)的方式。直接起動(dòng)即全壓起動(dòng)是一種簡(jiǎn)單的起動(dòng)方法，起動(dòng)時(shí)不需特殊的裝置，直接起動(dòng)操作簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在煤炭生產(chǎn)中多數(shù)異步電動(dòng)機(jī)一般采用這種方式起動(dòng)。(2) 對(duì)于功率較大并且能夠空載起動(dòng)對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不特別嚴(yán)格的電機(jī)采用降壓起動(dòng)方式。如運(yùn)輸系統(tǒng)中的后部刮板輸送機(jī)，由于礦用鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)不能采用在轉(zhuǎn)子電路中加入起動(dòng)電阻的方法改善起動(dòng)性能，只能靠降低外施電壓這種方式來(lái)達(dá)到減少起動(dòng)電流的

6、目的。在煤礦井下工作面生產(chǎn)中由于要求調(diào)速條件不高，所以還是比較適用的，但這種方式起動(dòng)性能較差。我礦在 241103 工作面供電實(shí)際應(yīng)用中，為防止電機(jī)直接起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，采用浙江中煤礦業(yè)有限公司生產(chǎn)的 QJZ-400/1140R 型軟起動(dòng)器，這種設(shè)備起動(dòng)器以反并聯(lián)的三組大功率晶閘管為軟開(kāi)關(guān)，其軟起動(dòng)核心由改裝后的英國(guó)歐陸 SSD-591 傳動(dòng)控制器和監(jiān)控版 RQD4-C組成，由 ZCS-1 或 KCS系列帶速傳感器構(gòu)成速度反饋外閉環(huán)，電流反饋?zhàn)鳛閮?nèi)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，來(lái)控制大功率晶閘管元件，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程完成后，由監(jiān)控板RQD4-C控制旁路交流接觸器吸合，短接所有的晶閘管， 是電機(jī)直接投入電網(wǎng)全壓

7、運(yùn)行。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，具有磁力起動(dòng)器的所有保護(hù)功能。采用這種啟動(dòng)方式，電機(jī)起動(dòng)時(shí)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，起動(dòng)電流小，對(duì)電網(wǎng)沖擊不大。既減少了大功率電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，又保證了刮板輸送機(jī)起動(dòng)的平穩(wěn)。(3) 對(duì)于功率大、負(fù)荷集中、并且必須重載起車的電機(jī)采用提高電壓等級(jí)和變頻調(diào)速的方法來(lái)減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。如工作面皮帶輸送機(jī)最大功率 2×315kW，起動(dòng)時(shí)要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，重載起車。因此選用唐山開(kāi)誠(chéng)電器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的 ZJT 型礦業(yè)隔爆兼本質(zhì)變頻調(diào)試裝置，ZJT 系列隔爆變頻具備的保護(hù)功能過(guò)流、過(guò)/ 欠壓、過(guò)載、變頻過(guò)溫、電機(jī)過(guò)溫、內(nèi)部故障、漏電閉鎖、輸出短路保護(hù)、具有超導(dǎo)熱管散熱技術(shù)。 選用的主要

8、器件為高品質(zhì)進(jìn)口器件，IGBT 為德國(guó)西門子半導(dǎo)體公司EUPEC分公司產(chǎn)品，630KW/1140V 選用3300VDC400A三模塊并聯(lián) ( 最大工作能力可達(dá)750KW),總沖擊電流可達(dá)1800A，可形成啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定的2-3 倍，這樣解決皮帶重載啟動(dòng)、大電流沖擊?？刂葡到y(tǒng)采用無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)，軟件技術(shù)與德國(guó)合作開(kāi)發(fā)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用光纖驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在功率平衡方面，自動(dòng)調(diào)整各驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的功率分配，從而達(dá)到系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)。輸出電纜采用屏蔽電纜以消除變頻器輸出的高頻對(duì)其他電子設(shè)備的干擾。變頻器與操作控制室的信號(hào)良好隔離、采用屏蔽控制電纜連接。變頻內(nèi)部安裝輸入電抗器，以減小對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾。

9、輸出電纜的長(zhǎng)度問(wèn)題，內(nèi)部配置正弦波濾波器，并加裝輸出電抗器，并改變軟件采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。使輸出電壓電流均為正弦波，降低了由于輸出電纜的影響造成的電機(jī)過(guò)電壓?jiǎn)栴}。 1140V/630KW輸出電纜可長(zhǎng)達(dá) 500 米。由于工作面的供電距離較遠(yuǎn)，電壓波動(dòng)較為嚴(yán)重，為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件，改變控制軟件， 變頻器的電壓波動(dòng)設(shè)置范圍可達(dá)到75%-125%，在該波動(dòng)范圍內(nèi)，變頻器自動(dòng)調(diào)整輸出電壓以保證輸出電壓的恒定，解決了電壓波動(dòng)問(wèn)題。通過(guò)改變電源頻率來(lái)改變交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的驅(qū)動(dòng)器。(4) 供電系統(tǒng)的完善。對(duì)于供電系統(tǒng)，針對(duì)241103 工作面可采儲(chǔ)量180 萬(wàn) t 以上水平及工作面設(shè)備特點(diǎn)。選用雙回路電源供電，電源由四盤區(qū)變電所供電，四盤區(qū)變電所電源來(lái)自西辛莊35kv 變電站 603、604 高壓開(kāi)關(guān)柜供電，正常情況下分列運(yùn)行，確保了供電可靠。241103 工作面自 20XX 年 11 月份正式投產(chǎn)以來(lái)， 在各種設(shè)備頻繁起動(dòng)的情況下供電質(zhì)量仍保持良好，對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)沖擊不大，沒(méi)有波及到同一線路中的其它設(shè)備。每天產(chǎn)量保持在 6000t 水平。在新柳礦241103 綜采工作面的供電優(yōu)化設(shè)計(jì)中，采用軟起動(dòng)技術(shù)、提高供電電壓等級(jí)、變頻調(diào)速等方法，不