謝東辰

(河南能源化工集團(tuán) 永煤公司城郊煤礦，河南 永城 476600)

近幾年，隨著煤礦采掘設(shè)備重型化的發(fā)展，采掘設(shè)備裝機(jī)功率及供電距離均不斷增加，大型煤礦部分巷道達(dá)到2 000 m以上，采面將達(dá)到300 m左右，采掘設(shè)備電壓壓降增大，設(shè)備啟動(dòng)困難，傳統(tǒng)礦井660、380 V工作面低壓供電系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)代化礦井安全生產(chǎn)的需求，將是制約煤礦安全高效生產(chǎn)的重要因素。

城郊煤礦21106工作面位于十一采區(qū)屬二2煤層，切眼長(zhǎng)度352 m，是城郊煤礦首個(gè)大采長(zhǎng)、重型化綜采工作面，工作面配套設(shè)備功率達(dá)到4 800 kW，裝機(jī)功率相當(dāng)于普通綜采工作面的2倍。采用傳統(tǒng)礦井1 140、660 V工作面低壓供電系統(tǒng)已不能滿足長(zhǎng)距離、重型化綜采工作面安全生產(chǎn)的需求，是制約城郊煤礦安全高效生產(chǎn)的重要因素。實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離安全供電的方法主要有增加電纜截面(主要是并聯(lián)電纜，電纜投入多)、提高功率因數(shù)(工作面需增加多臺(tái)無功補(bǔ)償裝置，設(shè)備列車更長(zhǎng))、提高電壓等級(jí)等，其中提高電壓等級(jí)能夠比較合理[1-6]。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 3 300 V電壓等級(jí)供電設(shè)備

21106綜采工作面采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備使用3 300 V電壓等級(jí)進(jìn)行供電。工作面采用3 300 V電壓等級(jí)供電有5條線路，即由動(dòng)力中心降壓后供工作面采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)的3條線路；由移變降壓后經(jīng)變頻器供刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾的2條線路，3 300 V電壓等級(jí)供電設(shè)備見表1。

表1 3 300 V電壓等級(jí)供電設(shè)備Tab.1 3 300 V voltage level power supply equipment

1.2 電壓等級(jí)及供電系統(tǒng)設(shè)置

(1)21106工作面電源來自二水平南翼2號(hào)變電所。根據(jù)工作面主要設(shè)備的容量與布置情況，采用660、1 140、3 300 V三種工作電壓，刮板輸送機(jī)設(shè)備的電壓為3 300 V(分別由1號(hào)移動(dòng)變電站供電)。上巷膠帶機(jī)設(shè)備的電壓等級(jí)為1 140 V(由5號(hào)移動(dòng)變電站供電)；巷道排水及絞車設(shè)備電壓等級(jí)為660 V(分別由3號(hào)和4號(hào)移動(dòng)變電站供電)。

(2)21106工作面設(shè)計(jì)2趟高壓回路供電。由二水平南翼2號(hào)變電所B6105號(hào)、D6205號(hào)高壓開關(guān)各引出1趟6 kV高壓，其中B6105號(hào)負(fù)擔(dān)1號(hào)移動(dòng)變電站(切眼刮板輸送機(jī)設(shè)備)和3號(hào)移動(dòng)變電站(工作面1回路排水)及5號(hào)移動(dòng)變電站(上巷膠帶機(jī))供電。D6205號(hào)負(fù)擔(dān)2號(hào)移動(dòng)變電站(切眼采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載、破碎、噴霧泵、乳化泵等設(shè)備)和4號(hào)移動(dòng)變電站(工作面二回路排水)供電。

(3)正常的甲烷斷電范圍是21106工作面所有非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備，通過二水平南翼2號(hào)變電所B6105號(hào)和D6205號(hào)執(zhí)行斷電，實(shí)現(xiàn)甲烷電閉鎖。

1.3 移動(dòng)變電站與配電點(diǎn)位置的確定

(1)擔(dān)負(fù)21106工作面切眼設(shè)備供電的1號(hào)、2號(hào)移動(dòng)變電站及其開關(guān)安裝在中間巷內(nèi)移動(dòng)設(shè)備列車上，可隨工作面的推進(jìn)，每隔500～600 m移動(dòng)1次。

(2)擔(dān)負(fù)21106工作面兩回路排水電源的3號(hào)、4號(hào)移動(dòng)變電站及低壓總饋電開關(guān)安裝在中間巷車場(chǎng)移變硐室和低壓配電硐室內(nèi)。擔(dān)負(fù)21106工作面上巷膠帶機(jī)電源的5號(hào)移動(dòng)變電站開關(guān)安裝在上巷車場(chǎng)移變硐室內(nèi)。在下巷車場(chǎng)移變硐室內(nèi)安裝2臺(tái)高爆開關(guān)，分別控制下巷工作面設(shè)備列車兩回路高壓供電。21106工作面供電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 21106工作面供電系統(tǒng)Fig.1 21106 working face power supply system

1.4 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)及移動(dòng)變電站選擇

21106工作面供電總負(fù)荷4 649.58 kW。據(jù)《綜采設(shè)備手冊(cè)》中對(duì)工作面供電系統(tǒng)擬定的原則，選擇4臺(tái)移動(dòng)變電站：①1號(hào)移動(dòng)變電站向切眼刮板機(jī)供電，輸出電壓等級(jí)3 300 V，選擇1臺(tái)KBSGZY-2000/6/2×1.905型移動(dòng)變電站，其額定容量為2 000 kVA>1 088 kVA能夠滿足要求。②2號(hào)動(dòng)力中心向切眼采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)供電，輸出電壓等級(jí)為3 300 V；選擇1臺(tái)KJZ-3200/6/3.3/1.2-6/8D型動(dòng)力中心，其3 300 V額定容量為2 500 kVA，其1 140 V額定容量為650 kVA。③3號(hào)移動(dòng)變電站向工作面一回路排水供電，選擇1臺(tái)KBSGZY-500/6/0.69型移動(dòng)變電站。④4號(hào)移動(dòng)變電站向工作面二回路排水供電，選擇1臺(tái)KBSGZY-500/6/0.69型移動(dòng)變電站。⑤5號(hào)移動(dòng)變電站向上巷膠帶機(jī)供電，選擇1臺(tái)KBSGZY-800/6/1.2型移動(dòng)變電站。

1.5 供電電纜的選擇

按設(shè)計(jì)選MYPTJ-3.6/6-3×70+3×25/3+3×2.5型的高壓電纜，其主芯線截面為70 mm2。其中一根電纜負(fù)擔(dān)1號(hào)、3號(hào)及5號(hào)移動(dòng)變電站，一根電纜負(fù)擔(dān)2號(hào)和4號(hào)移動(dòng)變電站，每根電纜長(zhǎng)度為實(shí)際敷設(shè)距離的1.1倍，選擇電纜長(zhǎng)度2 100 m。

2 關(guān)鍵技術(shù)

(1)采用移動(dòng)變電站深入綜采工作面的供電方式雖然能夠保證供電電源穩(wěn)定性，確保了采煤機(jī)、刮板機(jī)等大負(fù)荷功率設(shè)備的正常運(yùn)行，但每隔50～100 m移動(dòng)1次不方便，且隨著工作面采長(zhǎng)加大后，采煤機(jī)、刮板機(jī)功率功率增大，需要增加采煤機(jī)、刮板機(jī)電纜的長(zhǎng)度，采用1 140 V供電時(shí)允許的電纜長(zhǎng)度為400 m，電纜長(zhǎng)度增加后，會(huì)使供電線路的壓降超過規(guī)定，啟動(dòng)電流增大，刮板機(jī)在啟動(dòng)過程中接觸器由于欠壓維持不住造成跳電。

(2)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離安全供電的方法主要有增加電纜截面(主要是并聯(lián)電纜，電纜投入多)、提高功率因數(shù)(工作面需增加多臺(tái)無功補(bǔ)償裝置，設(shè)備列車更長(zhǎng))、提高電壓等級(jí)等，其中提高電壓等級(jí)能夠比較合理。

(3)考慮到末端電壓壓降和啟動(dòng)大功率電機(jī)時(shí)，會(huì)沖擊到電網(wǎng)，采用變頻調(diào)速和將供電電壓等級(jí)提高的方法進(jìn)行處理，對(duì)于3 300 V的供電系統(tǒng)中，線路需要最長(zhǎng)而且花費(fèi)的功率需要最大的為采煤機(jī)，如果采煤機(jī)的電壓損失可以滿足要求，其余設(shè)備的電壓損失也就可以滿足要求。所以，只需效驗(yàn)采煤機(jī)電纜即可。

(4)選擇MG500/1130-WD采煤機(jī)、SZZ800/250轉(zhuǎn)載機(jī)和PLM2000破碎機(jī)進(jìn)行驗(yàn)算。采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)共用1臺(tái)移動(dòng)變電站供電，現(xiàn)場(chǎng)3 300 V移動(dòng)變電站為2 500 kVA，1 140 V移動(dòng)變電站為650 kVA。因此，選用KBSGZY-3150/6/3.3(1.14)型移動(dòng)變電站。根據(jù)正常運(yùn)行和啟動(dòng)運(yùn)行壓降進(jìn)行計(jì)算，采用3 300 V采煤機(jī)常用95 mm2電纜安全供電距離2 077 m。綜采工作面選用1 140 V和3 300 V電壓等級(jí)供電，可有效解決因采掘設(shè)備裝機(jī)功率及供電距離均不斷增加而對(duì)煤礦安全生產(chǎn)供電造成的不利影響，延長(zhǎng)供電半徑，實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備列只固定存放在軌道集中大巷，而減少周期性挪移設(shè)備列車的麻煩，有效提高了煤礦生產(chǎn)效率。

3 3 300 V電壓等級(jí)供電安全措施

隨著綜采工作面電壓等級(jí)的提升，會(huì)給機(jī)電設(shè)備管理帶來了一系列的問題，應(yīng)從以下幾個(gè)方面做好機(jī)電設(shè)備管理[7-10]。

(1)根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，采區(qū)電氣設(shè)備使用3 300 V供電時(shí)，必須制定專門的安全技術(shù)措施。

(2)隨著電壓升級(jí)，對(duì)設(shè)備的各種保護(hù)、靈敏程度提出更高的要求，所以加大檢修力度，尤其是各種保護(hù)的靈敏程度，定期要對(duì)所有電氣開關(guān)進(jìn)行漏電、短路、斷相、過載等各種保護(hù)進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有保護(hù)不靈敏可靠的及時(shí)處理。

(3)電纜線徑變細(xì)，需減少電纜外皮的磨損，避免生產(chǎn)過程中拉移電纜時(shí)不小心拉傷，對(duì)采面拉架時(shí)頂板掉渣容易砸傷及劃傷拖移電纜，每天對(duì)采面所有電纜進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)。

(4)必須配齊各種防護(hù)用品及3 300 V專用儀器及工具。

(5)定期檢查電纜連接器的完好狀況，測(cè)量電纜頭的溫度并做好記錄。

(6)巷道內(nèi)的高壓電纜應(yīng)用電纜鉤吊掛整齊，嚴(yán)禁用鐵絲捆扎吊掛。

(7)隨電站前移而多余的電纜，以“8”字形整齊的盤放在專用電纜的平板車上。

(8)所有3 300 V的電纜外觀必須每天檢查一次，并建立記錄臺(tái)賬。

(9)電纜的折彎處、移動(dòng)處，必須用絕緣皮子或電纜卡保護(hù)。

(10)3 300 V電纜在移動(dòng)電站到工作面之間的拖移段必須用絕緣皮子包好，巷道內(nèi)要用電纜鉤吊掛整齊，嚴(yán)禁用鐵絲吊掛，并保證其有足夠的垂度。

4 社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益

(1)社會(huì)效益。①綜采工作面選用3 300 V電壓等級(jí)供電，可有效解決因采掘設(shè)備裝機(jī)功率及供電距離不斷增加而對(duì)煤礦安全生產(chǎn)供電造成的不利影響，延長(zhǎng)供電半徑，實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備列車固定存放在軌道集中大巷，而減少周期性挪移設(shè)備列車的麻煩，有效提高了煤礦生產(chǎn)效率。②減少了重型化設(shè)備啟動(dòng)困難、供電電壓壓降較大的問題，同時(shí)減少了供電線路和設(shè)備因裝機(jī)功率較大、電纜起熱引起的電氣故障，提高了生產(chǎn)效率，進(jìn)一步解放了生產(chǎn)力。

(2)經(jīng)濟(jì)效益。綜采工作面3 300 V長(zhǎng)距離高電壓等級(jí)供電設(shè)計(jì)，可提高綜采工作面安全生產(chǎn)可靠性，有效緩解礦井接替緊張?jiān)斐傻漠a(chǎn)能壓力。若每年減少生產(chǎn)影響時(shí)間約5 d，工作面每日生產(chǎn)原煤0.8萬t，按市價(jià)800元/t計(jì)算，每年可減少經(jīng)濟(jì)損失3 200萬元。

5 結(jié)語

城郊煤礦21106重型綜采工作面供電電壓初次采用3 300 V高壓供電，工作面電壓等級(jí)升高，采區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)對(duì)地電容增大，造成系統(tǒng)單相接地電流升高、接觸電壓增大，加大了人身觸電、短路故障、產(chǎn)生火花造成瓦斯爆炸的安全風(fēng)險(xiǎn)。 通過對(duì)3 300 V供電系統(tǒng)設(shè)備的日常巡檢、操作、檢修、停送電等全方位，研究和制定專項(xiàng)安全管控措施，有效預(yù)防了采掘工作面高壓供電帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，保障了安全生產(chǎn)。