林廣旭

(中煤科工集團(tuán) 太原研究院有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

近些年,隨著神華神東礦井規(guī)模的不斷壯大，采、掘比例失調(diào)矛盾日益凸顯，生產(chǎn)接續(xù)緊張成為制約礦井生產(chǎn)能力的突出問(wèn)題，增加掘進(jìn)隊(duì)伍勢(shì)必會(huì)給煤礦安全管理帶來(lái)更大壓力。經(jīng)反復(fù)分析研究，神華神東公司決定與中煤科工集團(tuán)太原研究院合作,共同開(kāi)發(fā)高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由EJM340型全斷面煤巷掘錨機(jī)、ZPL1200/165型破碎轉(zhuǎn)載機(jī)、CMM10-30型跨騎式十臂錨桿機(jī)、DZY100/160/135型可彎曲帶式輸送機(jī)及DZM100/120/55型邁步自移機(jī)尾組成。系統(tǒng)不僅解決了掘進(jìn)、支護(hù)之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)、支護(hù)和運(yùn)輸3個(gè)工序的掘錨平行作業(yè)、合理支護(hù)、裝運(yùn)機(jī)械化及其之間的優(yōu)化配置，提高了單進(jìn)水平和工作效率，而且有效改善了安全環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了降本增效的效果。

1 變壓器容量確定

1.1 主要用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

該掘進(jìn)工作面總負(fù)荷約為3 917 kW，主要用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。通過(guò)主要用電負(fù)荷計(jì)算移動(dòng)變壓器負(fù)荷參數(shù)，變壓器參數(shù)如表2所示。

視在功率計(jì)算公式為：

(1)

式中：Kx為需用系數(shù)；∑Pe為參加計(jì)算的用電設(shè)備額定功率之和,kW；cosφ為功率因數(shù);Ks為同時(shí)系數(shù),取值為1。

根據(jù)機(jī)械化工作面設(shè)置需用系數(shù)時(shí),

(2)

根據(jù)綜采工作面設(shè)置需用系數(shù)時(shí),

(3)

式中:PS為最大或同時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率,kW。

表1 主要用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

表2 變壓器參數(shù)

1.2 設(shè)備視在功率計(jì)算與校驗(yàn)

1.2.1 掘錨機(jī)變壓器

掘錨機(jī)變壓器的視在功率：

1 449.33<2 000 kVA

按計(jì)算選變壓器型號(hào)為KBSGZY-2000/10/3.45 (中聯(lián))，校驗(yàn)結(jié)果為合格。

1.2.2 1 140 V變壓器

1 140 V變壓器視在功率為：

1 250 kVA

按計(jì)算選變壓器型號(hào)為KBSGZY-1 250/10/1.2 (中聯(lián)),校驗(yàn)結(jié)果為合格。

1.2.3 660 V變壓器

660 V變壓器視在功率為：

800 kVA

按計(jì)算選變壓器型號(hào)為KBSGZY-800/10/0.693 (中聯(lián))，校驗(yàn)結(jié)果為合格。

1.2.4 主風(fēng)機(jī)變壓器

主風(fēng)機(jī)變壓器視在功率為：

200 kVA

按計(jì)算選變壓器型號(hào)為KBSGZY-200/10/0.693 (中聯(lián))，校驗(yàn)結(jié)果為合格。

1.2.5 備用風(fēng)機(jī)變壓器

備用風(fēng)機(jī)變壓器視在功率為：

200 kVA

按計(jì)算選變壓器型號(hào)為KBSGZY-200/10/0.693 (中聯(lián))，校驗(yàn)結(jié)果為合格。

2 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

快速掘進(jìn)工作面采用1 140 V供電，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《煤礦電工手冊(cè)》、《煤礦安全規(guī)程》、《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》等制定設(shè)計(jì)原則，匹配掘、支、運(yùn)一體化設(shè)備進(jìn)行供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.1 設(shè)計(jì)原則

1) 在保證供電可靠的前提下，力求節(jié)省設(shè)備。由一臺(tái)變壓器向一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)或工作面的機(jī)械供電，以縮小事故所引起的停電范圍。

2) 對(duì)于單電源進(jìn)線的采區(qū)變電所，當(dāng)變壓器不超過(guò)2臺(tái)且無(wú)高壓饋出線時(shí)，通?？刹辉O(shè)電源斷路器；而當(dāng)變壓器超過(guò)2臺(tái)并有高壓饋出線時(shí)，則應(yīng)設(shè)進(jìn)線斷路器。

3) 對(duì)生產(chǎn)量較大的綜合機(jī)械化工作面或下山排水設(shè)備進(jìn)行低壓供電時(shí)，應(yīng)盡量采用雙回路高壓電源進(jìn)線及2臺(tái)或2臺(tái)以上的變壓器，當(dāng)一回線路或一臺(tái)變壓器發(fā)生故障時(shí)，另一回線路或另一臺(tái)變壓器仍能保證工作面正常生產(chǎn)及排水供電。

4) 第一類(lèi)負(fù)荷為高壓設(shè)備(如高壓水泵)或變壓器在4臺(tái)以上(即采掘工作面較集中的盤(pán)區(qū))的采區(qū)變電所，應(yīng)按井下主要變電所的接線原則予以考慮。

5) 變壓器采用分列運(yùn)行，避免線路對(duì)地電流的增加對(duì)安全造成威脅。電網(wǎng)絕緣電阻的下降可使漏電繼電器的運(yùn)行條件惡化，在發(fā)生漏電事故時(shí)，會(huì)因1臺(tái)檢漏繼電器控制2臺(tái)變壓器的饋電開(kāi)關(guān)，而使停電范圍加大，從而使可靠性降低。

2.2 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)工作面主要用電負(fù)荷，選用5臺(tái)變壓器。

1) 主控設(shè)備供電系統(tǒng)包括:1臺(tái)容量為2 000 kVA，變壓器的變比為10 000 V/3 450 V的KBSGZY-2 000/10/3.45型移動(dòng)變電站，為全斷面掘錨機(jī)供電；1臺(tái)容量為1 250 kVA，變壓器的變比為10 000 V/1 200 V的KBSGZY-1 250/10/1.2型移動(dòng)變電站，為十臂錨桿鉆車(chē)、邁步式自移機(jī)尾供電、履帶式自移機(jī)尾、轉(zhuǎn)載動(dòng)力站、濕式除塵風(fēng)機(jī)供電；1臺(tái)容量為800 kVA,變壓器的變比為10 000 V/690 V的KBSGZY-800/1.2/0.69型移動(dòng)變電站，為帶式輸送機(jī)、水泵供電。主控設(shè)備供電系統(tǒng)如圖1所示。

2) 風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)包括：1臺(tái)容量為200 kVA, 變壓器的變比為10 000 V/690 V的KBSGZY-200/10/0.693型移動(dòng)變電站，為備用局部通風(fēng)機(jī)供電；1臺(tái)容量為200 kVA, 變壓器的變比為10 000 V/690 V的KBSGZY-200/10/0.693型移動(dòng)變電站，為專(zhuān)用局部通風(fēng)機(jī)供電。風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)如圖2所示。

3 高壓配電裝置確定

移動(dòng)變電站的高壓配電設(shè)備是用于動(dòng)力主線與變壓器之間通斷、控制或保護(hù)的重要設(shè)備，是掘、支、運(yùn)一體化設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的支柱,選用時(shí)要符合電氣參數(shù)和校驗(yàn)斷流容量?jī)身?xiàng)依據(jù)。高壓配電設(shè)備明細(xì)見(jiàn)表3。

表3 高壓配電設(shè)備明細(xì)

3.1 電氣參數(shù)選擇

1) 高壓配電裝置的型式應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定的設(shè)備選用的有關(guān)要求，以及在國(guó)標(biāo)《礦山電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定。

2) 井下高壓配電裝置的額定電壓應(yīng)與井下高壓網(wǎng)絡(luò)的額定電壓等級(jí)相符，即設(shè)備的額定電壓不應(yīng)小于其裝設(shè)處的額定電壓。

圖1 主控設(shè)備供電系統(tǒng)

3.2 校驗(yàn)斷流容量

1) 由高開(kāi)保護(hù)的最大三相短路電流計(jì)算的短路容量應(yīng)小于礦用高開(kāi)斷流容量。

2) 當(dāng)井下采用非礦用斷路器時(shí)，其額定開(kāi)斷容量折半使用。

4 保護(hù)裝置整定

4.1 短路電流計(jì)算

短路電流的計(jì)算是保護(hù)裝置整定值的重要依據(jù)，均通過(guò)以下公式計(jì)算:

1) 兩相短路電流：

2) 三相短路電流：

3) 短路回路內(nèi)一相電阻值的總和：

4) 短路回路內(nèi)一相電抗值的總和:

式中：R1、X1、Xx、Uav、Rb、Xb、Kb、R2、X2分別為高壓電纜的電阻電抗、系統(tǒng)電抗、變壓器二次側(cè)額定電壓、變壓比、變壓器的電阻電抗、低壓電纜的電阻電抗。

系統(tǒng)電抗計(jì)算公式為：

式中，Uav為平均電壓。

根據(jù)以上計(jì)算公式，得到設(shè)備短路電流計(jì)算值見(jiàn)表4。

表4 短路電流計(jì)算

4.2 高壓開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置整定

根據(jù)表2中參數(shù)，負(fù)荷額定總功率P,最大電動(dòng)機(jī)功率P1，再通過(guò)以下公式計(jì)算，得出各移動(dòng)變壓器高壓開(kāi)關(guān)整定值,詳見(jiàn)表5。

表5 高壓開(kāi)關(guān)整定明細(xì)

1) 通過(guò)開(kāi)關(guān)負(fù)荷電流：

2) 過(guò)流保護(hù)：

即為一次側(cè)實(shí)際電流值。

3) 短路保護(hù)：

即為一次側(cè)實(shí)際電流值。

4) 短路電流計(jì)算：

5 結(jié)論

高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)完善了掘錨分離、平行作業(yè)、連續(xù)運(yùn)輸?shù)母呒苫枷?，?shí)現(xiàn)了掘進(jìn)、支護(hù)和運(yùn)輸?shù)囊惑w化、連續(xù)作業(yè)，大大提高了采掘工作效率?？焖倬蜻M(jìn)供電設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)的采掘工作面供電設(shè)計(jì)的配置方式，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 掘、支、運(yùn)設(shè)備的一體化運(yùn)行與供電設(shè)備選擇的匹配，直接影響設(shè)備的可靠運(yùn)行，將通過(guò)計(jì)算得到的理論依據(jù)與實(shí)踐探索相結(jié)合，匹配出可靠的供電設(shè)備及保護(hù)參數(shù),為快速掘進(jìn)系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了有力保障。

2) 快速掘進(jìn)系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)在掘進(jìn)工作面設(shè)備列車(chē)上及后續(xù)巷道內(nèi)布置了很多供電設(shè)備，各個(gè)工序之間實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。

3) 快速掘進(jìn)系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)中，按照適當(dāng)集中、合理分布的原則，將所有設(shè)備的配電、控制、操作以及泵站、通信、監(jiān)控等分散在各個(gè)設(shè)備上，統(tǒng)一安排、集中設(shè)計(jì)、合理布置，在空間布置、動(dòng)力源分配等方面布局合理。

4) 強(qiáng)電系統(tǒng)與弱電系統(tǒng)相結(jié)合，應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)備保護(hù)、故障診斷等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工況監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)距控制、數(shù)據(jù)觀測(cè)及上傳、巷道走向監(jiān)測(cè)以及斷面監(jiān)測(cè)，為機(jī)械化掘進(jìn)工作面的整體自動(dòng)化、信息化打下基礎(chǔ)。