吳 昕

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司四礦，河南省平頂山市，467000）

平頂山天安煤業(yè)股份有限公司四礦己15-23160綜采工作面在回采過程中頻繁出現(xiàn)采煤機截割電機過熱現(xiàn)象，且電機因絕緣降低進而導(dǎo)致使用壽命大大降低。據(jù)統(tǒng)計，該綜采工作面投產(chǎn)僅2個月，因過熱導(dǎo)致采煤機100kW 截割電機損壞就達到5臺。經(jīng)過分析，截割電機過熱由供電系統(tǒng)壓降大所致，刮板輸送機電機由于采用變頻控制，所以電機過熱并不明顯，為此對綜采工作面遠距離供電壓降問題進行了研究。

1 綜采工作面壓降計算

1.1 綜采工作面負荷統(tǒng)計

該綜采工作面采用電壓等級為1140 V 電源，采煤機型號為MG2×100／456W，刮板輸送機型號為SGZ764／750，乳 化 液 泵 站 型 號 為 MRB400／31.5，轉(zhuǎn)載機使用電源電壓為660V，無破碎機，己15-23160綜采工作面千伏級供電設(shè)計圖如圖1所示，己15-23160綜采工作面千伏級負荷統(tǒng)計表見表1。

1.2 采煤機支路壓降計算

采煤機支路壓降ΔU 由變壓器電壓損失ΔUT、變壓器至啟動器主干線電壓損失ΔU1以及啟動器至截割電機支路電壓損失ΔU2構(gòu)成。

（1）移動變壓器壓降ΔUT計算。移動變壓器壓降計算公式為：ΔUT=UNβ（URcosφ+UXsinφ=1.14×0.8× （0.65×0.8+5.46×0.6）=35V。

圖1 己15-23160綜采工作面千伏級供電設(shè)計圖

采煤機支路壓降ΔU =ΔUT+ΔU1+ΔU2=122V，占額定電壓的11%。 《煤礦電工手冊》規(guī)定綜采工作面電壓損失允許范圍為額定電壓的7%～10%。負載工作在接近額定負載時，電壓損失允許范圍取額定電壓的7%；負載較小時，電壓損失允許范圍取額定電壓的10%。該工作面采煤機截割電機負載比較大，基本接近額定負載，當綜采工作面有斷層構(gòu)造時，截割電機負載甚至?xí)虝r間超過額定負載，即該綜采工作面采煤機支路壓降太大，不符合要求。

表1 己15-23160綜采工作面千伏級負荷統(tǒng)計表

2 壓降對電機長時間運行影響分析

2.1 輕載情況下壓降對電機長時間運行影響

電動機運行在輕載情況下，由于轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子銅耗較小，在定子電流的勵磁分量和負載分量中，勵磁分量起主要作用。當電源電壓降低時，定子電流隨勵磁電流的減小而減小，定子功率因數(shù)提高。同時，輕載時鐵耗與銅耗相比起主要作用，電機效率隨鐵耗的減小而略有提高。由此可見，電動機輕載時端電壓略微降低對電動機運行有利，它使電動機的功率因數(shù)和效率提高。

2.2 重載情況下壓降對電機長時間運行影響

電動機工作在正常負載時，端電壓降低對電機運行十分不利。因為如果電機在額定負載下長時間工作在低于額定電壓下時轉(zhuǎn)子電流較大，當端電壓降低時，轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流的兩個電流分量中，負載分量起主要作用，所以定子電流隨轉(zhuǎn)子電流增大而增大。由于轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)和定子功率因數(shù)降低。而負載較大時，雖然由于磁通減小使鐵耗有所降低，但銅耗隨電流的平方增加，起主要作用，電機的效率也將隨銅耗的增加而減低。如果負載轉(zhuǎn)矩為額定值，電壓降低的結(jié)果將使定子和轉(zhuǎn)子電流大于額定值，引起電機繞組發(fā)熱、效率降低和功率因數(shù)變小，長時間運行將大大降低電機使用壽命，甚至燒毀電機。對100kW電機重負載和長時間運行在不同電壓下的表面溫度做試驗，根據(jù)試驗結(jié)果繪制的100kW 電機供電電壓與表面溫度關(guān)系曲線圖如圖2所示。試驗結(jié)果表明，當100kW 電機重負載供電電壓損失額定電壓的5%時，電機溫升不大；當供電電壓損失額定電壓的10%時，電機溫升較大，電機表面溫度達到71.3 ℃。

圖2 100kW 電機供電電壓與表面溫度關(guān)系曲線圖

3 解決方案

解決該問題的方案只需控制壓降不高于額定電壓的7%即可。由壓降計算公式分析，電纜導(dǎo)體電阻率、電機功率以及電纜長度為一定值無法改變，而電纜截面積及電網(wǎng)電壓可以改變。由于壓降與電網(wǎng)電壓和電纜截面積成反比，因此可以采取增加電纜截面積和調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)裝置兩方面措施來解決壓降太大的問題。

3.1 調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓

把1＃移動變壓器通過電壓調(diào)節(jié)裝置把電壓提升5%，即1＃移動變壓器低壓側(cè)電壓升至1200V，套入公式計算：ΔU1= （0.0127×456×0.8×1350×1000）／ （95×1200）=55V，ΔU2= （0.0127×405.5×0.8×410×1000）／ （50×1200）=28 V，則ΔU =ΔUT+ΔU1+ΔU2=118V。

當電網(wǎng)電壓提升至1200V 時，則采煤機截割電機實際供電電壓為1082V，比額定電壓低58V，占額定電壓的5%，符合電機長時間運行對電壓的要求。由于受采區(qū)電網(wǎng)的影響，綜采工作面供電電壓不穩(wěn)定 （有±5%的浮動），為了確保供電電壓的可靠，需進一步采取增大電纜截面積的措施。

3.2 增加電纜截面積

1＃移 動 變 壓 器 至QJZ630／1140-4 啟 動 器MYP3×95+1×25型電纜增加為雙根，QJZ630／1140-4 啟動器至采煤機截割電機電纜更換為MYP3×70+1×25 型電纜。套入公式計算：ΔU1= （0.0127×456×0.8×1350×1000）／ （190×1200）=27 V，ΔU2= （0.0127×405.5×0.8×410×1000）／ （70×1200）=20V，則ΔU =ΔUT+ΔU1+ΔU2=84V。

當采煤機截割電機實際供電電壓為1082V 時，比額定電壓低24V，占額定電壓的2%?？紤]電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定因素，采煤機截割電機電壓損失范圍在額定電壓的-3%～7%，符合電機長時間運行對電壓的要求。同時，對刮板運輸機支路采取了上述兩項措施，使該支路電壓損失下降至36V，占額定電壓的3%。

4 對啟動器欠壓保護建議

QJZ630／1140-4型組合開關(guān)欠壓保護范圍為長時間運行不低于額定電壓的85%，即壓降至少低于15%才會報欠壓故障，顯然不符合電機長時間運行對電壓的要求，而上級饋電開關(guān)欠壓保護設(shè)計為系統(tǒng)電壓低于額定電壓的65%才能起到保護作用，更不符合要求。因此建議啟動器欠壓保護可根據(jù)負載不同設(shè)置7%及10%兩個檔位，以便應(yīng)用到更多場合，起到應(yīng)用的保護作用。

［1］ 尚文忠.煤礦供電 ［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2008

［2］ 李占平.綜采工作面遠距離供電供液系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用 ［J］.煤礦開采，2012 （3）

［3］ 董海生，徐發(fā)濤，韓慶昇.綜采工作面供電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 ［J］.礦山機械，2012 （12）

［4］ 卜桂玲，魯云松，李鳳香.提高煤礦井下高壓供電系統(tǒng)可靠性的途徑 ［J］.中國煤炭，2005 （5）

［5］ 楊彩鳳.井下高壓供電系統(tǒng)實時監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用 ［J］.中國煤炭，2007 （1）