杭來灣煤礦超大采高綜采工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 軍

（陜西有色榆林煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000）

1 綜采工作面條件

杭來灣煤礦30201綜采工作面地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單，煤層為向西北緩傾的單斜層，傾角小于1°，未發(fā)現(xiàn)斷層及其他構(gòu)造，無巖漿活動(dòng)痕跡，低瓦斯，無地?zé)嵛：?，煤層屬易自燃煤[1]。

2 工作面設(shè)備介紹和負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

采煤機(jī)為SL1000型（艾科夫），最大采高7.4 m，最大牽引速度25 m/min。運(yùn)輸機(jī)選用張家口煤機(jī)廠SGZ1400/3*1500型，運(yùn)輸能力5 000 t/h。轉(zhuǎn)載機(jī)選用張家口煤機(jī)廠SZZ1600/1000型，運(yùn)輸能力5 500 t/h。破碎機(jī)選用張家口煤機(jī)廠PCM700型，破碎能力6 000 t/h。乳化泵選用雷波公司S500型五柱塞乳化液泵，流量633 L/min，工作壓力37.5 MPa。噴霧泵選用雷波公司S300型三柱塞泵，流量517 L/min，最大工作壓力16 MPa。工作面機(jī)頭機(jī)尾各設(shè)兩臺(tái)大流量排水泵，工作面設(shè)10臺(tái)渣漿泵。

工作面設(shè)備負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 工作面負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

3 移動(dòng)變電站的選擇和校驗(yàn)

移動(dòng)變電站的選型遵循盡可能由1臺(tái)變壓器向工作面的一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)或一部主要設(shè)備供電原則，以便縮小因事故引起的停電范圍。在此前提下綜合考慮礦內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備的通用互換性、經(jīng)濟(jì)容量、變壓器數(shù)量等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)[2-4]，故30201工作面選用6臺(tái)移動(dòng)變電站。

3.1 1號(hào)移變的選擇和校驗(yàn)

1號(hào)移變向采煤機(jī)供電，采煤機(jī)裝機(jī)總功率為2 640 kW，則1號(hào)移變計(jì)劃選用KBSGZY-4 000/10/3.45移動(dòng)變電站。

移變計(jì)算容量：

式中：S為移變計(jì)算視在容量；Kx為需用系數(shù)，取1；∑Pe為設(shè)備額定容量之和，取2 640 kW；cosθ為功率因數(shù)，取0.85。

經(jīng)計(jì)算可知，1號(hào)移變選型合格。

3.2 2號(hào)移變的選擇和校驗(yàn)

2號(hào)移變向運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭平行電機(jī)和垂直電機(jī)供電，總功率為2×1 500 kW，則2號(hào)移變計(jì)劃選用KBSGZY-4000/10/3.45移動(dòng)變電站。

移變計(jì)算容量：

式中：S為移變計(jì)算視在容量；Kx為需用系數(shù)，取1；∑Pe為設(shè)備額定容量之和，取3 000 kW；cosθ為功率因數(shù)，取0.85。

經(jīng)計(jì)算可知，2號(hào)移變選型合格。

3.3 3號(hào)移變的選擇和校驗(yàn)

3號(hào)移變向運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾電機(jī)供電，總功率為1 500 kW，3號(hào)移變計(jì)劃選用KBSGZY-2 500/10/3.45移動(dòng)變電站。

移變計(jì)算容量：

式中：S為移變計(jì)算視在容量；Kx為需用系數(shù)，取1；∑Pe為設(shè)備額定容量之和，取1 500 kW；cosθ為功率因數(shù)，取0.85。

經(jīng)計(jì)算可知，3號(hào)移變選型合格。

3.4 4號(hào)移變的選擇和校驗(yàn)

4號(hào)移變向轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、機(jī)頭預(yù)破碎機(jī)供電，總功率為2 000 kW，則4號(hào)移變計(jì)劃選用KBSGZY-2 500/10/3.45移動(dòng)變電站。

移變計(jì)算容量：

經(jīng)計(jì)算可知，4#移變選型合格。

3.5 5號(hào)移變的選擇和校驗(yàn)

5號(hào)移變向乳化泵、噴霧泵供電，總功率為2 434 kW，則5號(hào)移變計(jì)劃選用KBSGZY-3 150/10/1.2移動(dòng)變電站。

移變計(jì)算容量：

經(jīng)計(jì)算可知，5號(hào)移變選型合格。

3.6 6號(hào)移變的選擇和校驗(yàn)

6號(hào)移變向工作面排水泵供電，總功率為410 kW，選擇6號(hào)移變型號(hào)為KBSGZY-500/10/1.2移動(dòng)變電站。

移變計(jì)算容量：

經(jīng)計(jì)算可知，6號(hào)移變選型合格。

4 組合開關(guān)的選擇

組合開關(guān)的選擇考慮負(fù)荷的適配、先進(jìn)的技術(shù)、通用互換、緊湊布置等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。開關(guān)須滿足頻繁啟停要求，具有齊全的保護(hù)功能，接觸器、隔離開關(guān)每一回路模塊單元可以任意互換，且能接入工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)[5]。因此30201工作面選用3臺(tái)組合開關(guān)。

4.1 1號(hào)組合開關(guān)

給采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、機(jī)頭預(yù)破碎機(jī)供電，選擇型號(hào)為QJZ-2400/3300-9的組合開關(guān)：

1）額定電壓：3 300 V；

2）進(jìn)線斷路器的數(shù)量及容量：4路、每路≥800 A；

3）出線斷路器的數(shù)量及容量：2路、每路≥630 A；7路、每路≥400 A；

4）換向隔離參數(shù)：≥3個(gè)、3 300 V、≥800 A；

5）主接觸器：7臺(tái)、3 300 V、400A；2臺(tái)、3 300 V、630 A；

4.2 2號(hào)組合開關(guān)

向刮板運(yùn)輸機(jī)供電。選擇額定電壓為3 300 V的QJZ-1600/3300-6的組合開關(guān)：

1）進(jìn)線斷路器的數(shù)量及容量：4路、每路≥800 A；

2）出線斷路器的數(shù)量及容量：6路、每路≥400 A；

3）換向隔離參數(shù)：≥2個(gè)、3 300 V、≥800 A；

4）主接觸器：6臺(tái)、3 300 V、400 A

4.3 3號(hào)組合開關(guān)

向乳化泵、噴霧泵供電。選擇額定電壓為1 140 V的QJZ-2400/1140-14的組合開關(guān)：

1）進(jìn)線斷路器的數(shù)量及容量：4路、每路≥800 A；2）出線斷路器的數(shù)量及容量：14路、每路≥400 A；

3）換向隔離參數(shù)：≥3個(gè)、1 140 V、≥800 A；

4）主接觸器：10臺(tái)、1 140 V、≥400 A；4臺(tái)、1140 V、≥100 A；

5 高壓電纜的選擇和校驗(yàn)

5.1 高壓電纜的選擇

30201綜采工作面高壓供電距離約7 000 m，采用雙回路高壓供電，電壓為10 kV，第一路向采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、機(jī)頭預(yù)破碎機(jī)、乳化泵、噴霧泵供電，第二路向刮板運(yùn)輸機(jī)、工作面排水泵供電[6]。因此30201工作面高壓電纜選擇兩趟MYPTJ-8.7/10 kV3*185+3*50/3+3*2.5 mm2煤礦用高壓移動(dòng)金屬屏蔽監(jiān)視型橡套軟電纜，長時(shí)工作電流461 A。

5.2 高壓電纜的校驗(yàn)

5.2.1 按長時(shí)工作電流校驗(yàn)

校驗(yàn)結(jié)果：合格。

5.2.2 按電壓損失校驗(yàn)

校驗(yàn)結(jié)果：合格。

6 低壓電纜選擇和校驗(yàn)

6.1 采煤機(jī)

采煤機(jī)電纜選用：MCPTJ-1.9/3.3 kV 3*240，長時(shí)工作電流549 A，則：

式中：Iw為線路長時(shí)負(fù)荷電流；Ks為同時(shí)系數(shù)，取1；Kx為需用系數(shù)，取1；∑Pe為負(fù)荷功率之和，取2 640 kW；Ue為電壓，取3.3 kV；cosθ為功率因數(shù)，取0.85。校驗(yàn)結(jié)果：合格。

6.2 刮板運(yùn)輸機(jī)

刮板運(yùn)輸機(jī)電機(jī)電纜選用：MVFPT-1.9/3.3kV 3*150，長時(shí)工作電流401 A，則：

式中：Iw為線路長時(shí)負(fù)荷電流；Ks為同時(shí)系數(shù)，取1；Kx為需用系數(shù)，取1；∑Pe為負(fù)荷功率之和，取1 500 kW；Ue為電壓，取3.3 kV；cosθ為功率因數(shù)，取0.85。

校驗(yàn)結(jié)果：合格。

6.3 轉(zhuǎn)載機(jī)

轉(zhuǎn)載機(jī)電機(jī)電纜選用：MVFPT-1.9/3.3kV3*95，長時(shí)工作電流298 A，則：

式中：Iw為線路長時(shí)負(fù)荷電流；Ks為同時(shí)系數(shù)，取1；Kx為需用系數(shù)，取1；∑Pe為負(fù)荷功率之和，取1 000 kW；Ue為電壓，取3.3 kV；cosθ為功率因數(shù)，取0.85。

校驗(yàn)結(jié)果：合格。

6.4 破碎機(jī)

破碎機(jī)電機(jī)電纜選用：MVFPT-1.9/3.3kV3*95，長時(shí)工作電流298 A，則：

式中：Iw為線路長時(shí)負(fù)荷電流；Ks為同時(shí)系數(shù)，取1；Kx為需用系數(shù)，取1；∑Pe為負(fù)荷功率之和，取700 kW；Ue為電壓，取3.3 kV；cosθ為功率因數(shù)，取0.85。

校驗(yàn)結(jié)果：合格。

6.5 機(jī)頭預(yù)破碎機(jī)

機(jī)頭預(yù)破碎機(jī)電機(jī)電纜選用：MCPTJ-1.9/3.3kV 3*25，長時(shí)工作電流131 A，則：

式中：Iw為線路長時(shí)負(fù)荷電流；Ks為同時(shí)系數(shù)，取1；Kx為需用系數(shù)，取1；∑Pe為負(fù)荷功率之和，取300 kW；Ue為電壓，取3.3 kV；cosθ為功率因數(shù)，取0.85。

校驗(yàn)結(jié)果：合格。

6.6 乳化泵

乳化泵電機(jī)電纜選用：MCP-0.66/1.14 kV 3*95，長時(shí)工作電流298 A，則：

式中：Iw為線路長時(shí)負(fù)荷電流；Ks為同時(shí)系數(shù)，取1；Kx為需用系數(shù)，取1；∑Pe為負(fù)荷功率之和，取450 kW；Ue為電壓，取1.14 kV；cosθ為功率因數(shù)，取0.85。

校驗(yàn)結(jié)果：合格。

6.7 噴霧泵

噴霧泵電機(jī)電纜選用：MCP-0.66/1.14kV 3*50，長時(shí)工作電流197 A，則：

式中：Iw為線路長時(shí)負(fù)荷電流；Ks為同時(shí)系數(shù)，取1；Kx為需用系數(shù)，取1；∑Pe為負(fù)荷功率之和，取160 kW；Ue為電壓，取1.14 kV；cosθ為功率因數(shù)，取0.85。

校驗(yàn)結(jié)果：合格。

6.8 高壓泵

高壓泵電機(jī)電纜選用：MCP-0.66/1.14kV 3*50，長時(shí)工作電流197 A，則：

式中：Iw為線路長時(shí)負(fù)荷電流；Ks為同時(shí)系數(shù)，取1；Kx為需用系數(shù)，取1；∑Pe為負(fù)荷功率之和，取132 kW；Ue為電壓，取1.14 kV；cosθ為功率因數(shù)，取0.85。

校驗(yàn)結(jié)果：合格。

6.9 工作面排水泵

工作面排水泵總電纜選用：MCP-0.66/1.14 kV 3*35，長時(shí)工作電流156 A，則：

校驗(yàn)結(jié)果：合格。

7 保護(hù)整定和校驗(yàn)

計(jì)算流過開關(guān)的負(fù)荷電流，依據(jù)《煤礦井下低壓電網(wǎng)短路保護(hù)裝置的整定細(xì)則》可計(jì)算開關(guān)過負(fù)荷保護(hù)和短路保護(hù)的整定值。再計(jì)算短路電流，利用最小兩相短路電流校驗(yàn)短路保護(hù)靈敏度，利用三相短路電流校驗(yàn)開關(guān)的分?jǐn)嗄芰Α?/p>

通過以上詳細(xì)的計(jì)算和校驗(yàn)，并參考周邊類似礦井工作面設(shè)備的選型配置，證明30201工作面供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選型是合適的。同時(shí)通過以上工作可為以后類似工作面的設(shè)計(jì)提供參考。