綜采工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹順廷

(汾西礦業(yè)集團(tuán)公司基建處)

綜采工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹順廷①

(汾西礦業(yè)集團(tuán)公司基建處)

隨著綜采工作面的大型化,大功率異步電動(dòng)機(jī)使用越來越廣泛,設(shè)備起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊也日趨明顯,影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。介紹了新柳煤礦241103工作面在供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備選型及安裝過程中,分別采用軟起動(dòng)技術(shù)、提高供電電壓等級(jí)、變頻調(diào)速等方法來解決這一問題,在實(shí)際使用中達(dá)到了預(yù)期效果,保證了供電的可靠性和設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn),滿足了生產(chǎn)需要。

綜采工作面;供電系統(tǒng)設(shè)計(jì);電氣設(shè)備;變頻調(diào)速;問題;方法;效果

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,從而使供電距離增大,給供電帶來了新的問題,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,直接影響用電設(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)動(dòng)力大,提高了工作面產(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(一般為額定值的5～8倍,而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩只為額定值的0.8～2倍),對(duì)電網(wǎng)沖擊影響較大。汾西礦業(yè)集團(tuán)公司新柳煤礦241103工作面在設(shè)計(jì)之初就遇到了這樣的問題。通過在供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備選型及安裝過程中,分別采用軟起動(dòng)技術(shù)、提高供電電壓等級(jí)、變頻調(diào)速等方法來解決這一問題,在實(shí)際使用中達(dá)到了預(yù)期效果,保證了供電的可靠性和設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn),滿足了生產(chǎn)需要。

1 241103工作面電氣設(shè)備及供電情況

1)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1 330 m,長(zhǎng) 198 m。運(yùn)輸系統(tǒng)長(zhǎng)1 500余m。設(shè)備總?cè)萘? 287 kW,變壓器總?cè)萘繛? 050 kVA,主要設(shè)備供電電壓等級(jí)為1 140 V、660 V。單機(jī)最大功率為后部刮板輸送機(jī)2×400 kW,轉(zhuǎn)載機(jī)功率為400 kW,前部刮板輸送機(jī)2×315 kW,采煤機(jī)600 kW,破碎機(jī)250 kW, 1#乳化液泵250 kW,2#乳化液泵250 kW,1#噴霧泵45 kW,2#噴霧泵45 kW,頭部皮帶輸送機(jī)315 kW,二部皮帶輸送機(jī)2×315 kW。

2)供電方式。該工作面的供電方式為:一條U GSP3×50+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U GSP3×50+1×16/3、U GSP3×70+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1 140 V供用電設(shè)備。

2 問題的提出

1)在實(shí)際工作面供電中,運(yùn)輸系統(tǒng)負(fù)荷分散,而采面設(shè)備負(fù)荷集中,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)2×400 kW雙機(jī)直接起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊很嚴(yán)重,不但影響同一處供電的其它設(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(功率2×315 kW)全壓起動(dòng)按理論數(shù)值計(jì)算至少需要容量2 100 kVA、電壓1 140 V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。

3 解決方法

在241103工作面供電設(shè)計(jì)、安裝過程中,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)性能及使用情況按如下方式予以解決。具體設(shè)備布置情況見表1。

表1 1 140 V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)250 kW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達(dá)到減少起動(dòng)電流的目的。在煤礦井下工作面生產(chǎn)中因要求調(diào)速條件不高,所以較適用上述方式,但這種方式起動(dòng)性能較差。該礦在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QJ Z-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),來控制大功率晶閘管元件,在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程完成后,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,使電機(jī)直接投入電網(wǎng)全壓運(yùn)行。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,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動(dòng)的電機(jī),采用提高電壓等級(jí)和變頻調(diào)速的方法來減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。如工作面皮帶輸送機(jī)最大功率2×315 kW,起動(dòng)時(shí)要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。因此,選用唐山開誠(chéng)電器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的ZJ T型礦業(yè)隔爆兼本質(zhì)變頻調(diào)試裝置,ZJ T系列隔爆變頻具備的保護(hù)功能過流、過/欠壓、過載、變頻過溫、電機(jī)過溫、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,630 kW/1 140 V選用3 300 V DC 400 A三模塊并聯(lián)(最大工作能力可達(dá)750 kW),總沖擊電流可達(dá)1 800 A,可形成啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定的2～3倍,這樣解決了皮帶重載起動(dòng)、大電流沖擊?？刂葡到y(tǒng)采用無速度傳感器矢量控制技術(shù),軟件技術(shù)與德國(guó)合作開發(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)其它電子設(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。對(duì)于輸出電纜長(zhǎng)度的影響,內(nèi)部配置正弦波濾波器,并加裝輸出電抗器,并采用軟開關(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影響造成的電機(jī)過電壓?jiǎn)栴}。1 140 V/630 kW輸出電纜可長(zhǎng)達(dá)500 m,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)整輸出電壓以保證恒定的輸出電壓,解決了電壓波動(dòng)問題。通過改變電源頻率來改變交流電機(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)變電所電源來自西辛莊35 kV變電站603、604高壓開關(guān)柜供電,正常情況下分列運(yùn)行,確保了供電可靠。

4 實(shí)際效果

241103工作面自2007年11月正式投產(chǎn)以來,在各種設(shè)備頻繁起動(dòng)的情況下,供電質(zhì)量保持良好,對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)沖擊不大,沒有波及到同一線路中的其它設(shè)備。每天產(chǎn)量保持在6 000 t左右。

5 結(jié) 論

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,不僅保證了供電質(zhì)量,而且還降低了電網(wǎng)輸電損耗。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對(duì)能源的需求也日益增長(zhǎng),煤炭事業(yè)的發(fā)展越來越快,設(shè)備越來越趨于大型化,根據(jù)設(shè)備的使用地點(diǎn)、具體參數(shù)、供電系統(tǒng)的情況,只有選擇合理的供電方案及電氣設(shè)備,才能滿足煤礦生產(chǎn)的需要。

[1] 高亞軍.淺談采煤工作面的供電[J].科協(xié)論壇,2007(11):13-15.

Fully Mechanized Coal Mining Face Power Supply System

Cao Shun-ting

With the fully mechanized coal mining face large scale,more widely used high-power induction motors,equipment start its impact on power has become more evident,affect the quality of the electricity grid.Introduces the new power supply system of 241103 face in Xiliu mine,electrical equipment selection and installation process,were used to soft start technology,improve power supply voltage,frequency control and other methods to solve this problem,in actual use reached a expected results,ensure power supply reliability and normal operation of equipment,meet production needs.

Fully mechanized coal mining face;Power supply system desigin;Electrical equipment; Frequency Control;Problem;Method;Effect

book=4,ebook=117

TD611

B

1672-0652(2010)04-0013-03

2010-03-18

曹順廷 男 1973年出生 2006年畢業(yè)于天津大學(xué) 工程師 介休 032000