摘要阐述了矿井采区工作面供电设备选型方法、供电设计的步骤, 及提高采区供电电压的意义。
关键词煤矿开采; 采区工作面; 供电设计
中图分类号TD822+.1;TD611 文献标识码A 文章编号1000- 4866 ( 2008) 01- 0037- 02
煤矿供电, 因其工作场所特殊, 对供电要求特别
严格。在供电方面要求:
①供电的可靠性;
②供电的安全性;
③供电的质量;
④供电的经济合理。
因而, 合理地选择供电方案和设备, 是一个值得
探讨的课题。
1 采区工作面供电设计
一个工作面的供电系统一般由高压开关、变压
器、低压馈电开关、动力电缆、用电设备等组成, 见
图1 ( 以普通综采工作面为例) 。
图1 普通综采工作面供电系统图
1.1 高压开关的选择及整定
高压开关主要保护动力变压器低压侧发生的两相
短路, 因此选择高压开关的关键是电流互感器的容
量, 要求其灵敏度系数Km>1.5。高压开关的保护性
能要齐全, 具有良好的防爆性能, 要便于运输, 断流
容量大。矿井中多使用BGP- 6 型高压真空开关。该
开关保护性能齐全, 具有过流、漏电、短路、断相、
失电压等保护, 应用广泛, 以此开关为例进行整定计
算。
1.1.1 短路电流整定
短路电流整定倍数: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10,
12, 14, 16, 共11 档。
1.1.2 过载保护整定
过载保护整定倍数: 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8,
1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0, 共11 档。
1.1.3 漏电保护整定
漏电保护整定: 0.015 A～1.0 A。
1.1.4 过载整定
Iz= ( 1.2～1.4) ×ΣIe/(Ki×Kb) 。
式中: Iz———过载整定电流, A;
Ki———电流互感器变流比;
Kb———变压器电压变比;
ΣIe———所有负荷额定电流之和, A。
例如: Iz=10 A, 二次电流为5 A, Iz/5=10/5=2,
即整定在2.0 档。
1.1.5 短路整定
Iz= ( 1.2～1.4) ×( IQ+ΣIe) /(Ki×Kb) 。
式中: IQ———最大电机的启动电流;
ΣIe———其余电机的额定电流之和。
例如: Iz=15 A, 二次电流为5 A, Iz/5=3, 即整
定在3 档。
当Km 达不到要求时, 可适当更换电流互感器的
变比容量, 使之在保护范围之内。
1.2 变压器的选择
Sb= ( ΣPe×KX) /cosφpj 。
式中: Sb———变压器容量, kVA;
ΣPe———所有负荷的电机额定功率之和, kW;
KX———需用系数;
cosφpj———平均加权功率因数。
KX 和cosφpj 的经验数据见第38 页表1。
1.3 低压开关的选择
1 140 V 低压开关启动器选择300 A/1 140 V 和
·采
区
用户条件
系数
KX cosφpj
缓倾斜煤层0.45～0.5 0.6
缓倾斜用滚筒式联合机组0.6～0.75 0.6～0.7
急倾斜煤层0.6～0.65 0.7
掘进工作0.3～0.4 0.6
表1 KX和cosφpj经验数据
200 A/1 140 V 真空磁力启动器。
整定计算: Iz≥Ie=0.63Pe, A。
660 V 系统馈电总开关和分路开关选择DW350A
型开关。在短路电流小, 供电距离长, 灵敏度系数
Km 达不到要求时, 可选用DW200A 型开关作为分路
开关或增加电缆截面积, 可达到保护的目的。
DW350A 型开关的整定刻度范围: 400 A～
1 200 A。
DW200A 型开关的整定刻度范围: 200 A～600 A。
整定计算: Iz≥IQ+ΣIe, A。
660 V 系统各分支负荷的开关选用QC83- 80A
( 120 A, 225 A) 型磁力启动器。开关中装设电机综
合保护装置JDB。整定计算: Iz≥Ie。装设保险丝的
整定: IZ≥IQ/( 1.8～2) , A。
1.4 电缆截面及型号的选择
基本的选择方法有以下几种:
①按电压损失选择;
②按经济电流密度选择;
③按长期允许电流选择;
④按短路热稳定条件选择;
⑤按机械强度要求选择。
动力电缆, 一般按允许电压损失计算得出的电缆
截面积最大, 所以在选择电缆的截面时按允许电压损
失计算, 然后按长期允许电流和启动条件验算是否符
合要求即可。按以下步骤计算电缆截面。
1.4.1 计算支线电压损失
在采煤工作面中, 采煤机的功率最大, 且供电电
缆最长, 电压损失最大。根据实际工作经验, 采煤机
的负荷率为0.9, 效率为0.85, 则其电压损失:
ΔUZ = ( P×r) /Ue= (Kf×Pe×L) /(Ue×r×S×η) 。
式中: P———送电功率, kW;
Kf———负荷率;
Pe ——采煤机功率, kW;
L———采煤机电缆长度, m;
Ue———额定电压, V;
r———电缆系数(橡套电缆为42.5, 铠装电缆
为48.5) ;
S———电缆截面, mm2;
η———效率。
1.4.2 变压器的电压损失
ΔUb=ΔUb%×( ΔUbe/100) 。
式中: ΔUb———变压器的电压损失, V;
ΔUb%———变压器内部电压损失的百分比;
ΔUbe———变压器二次额定电压, V。
1.4.3 干线电压损失
ΔUg=Ue- ΔUb- ΔUz 。
1.4.4 按允许电压损失计算干线电缆截面
S= ( P×L) /(Ue×r×ΔUg) =
(KX×ΣPe×L) /(Ue×r×ΔUg) 。
式中: ΣPe———干线上电机功率总和;
L———干线电缆长度;
Ue———额定电压;
r———电缆系数;
ΔUg———干线电压损失。
1.4.5 按允许电流校验干线电缆截面
干线电缆负荷电流:
I= (KX×ΣPe) /( Ue×cosφpj) 。
2 提高采区供电电压的意义
根据线路电压损失的相对额定值计算公式:
ΔU*e=ΔU/Ue= ( P×L) /(Ue2×r×S) ,
可得下述结论:
①供电时线路的电压损失都有一个限定, 由于用
电器的要求, 一般不得低于Ue 的75%, 否则电动机
不能正常启动, 须保持电压损失的相对值ΔU*e 在一
定范围。随着机械化采煤的发展, 供电距离越来越
长, 电动机的功率逐渐增大, 造成电压损失的相对额
定值ΔU*e 增大。这就要求相应地增大电缆的截面或
提高用电器的额定电压。由于搬运和制作等要求, 电
缆截面不能提高很大, 在国内外采区工作面的供电中
均采用提高电压等级的方法, 使用的电压等级大于
1 140 V 以上。如大同煤矿集团公司普通的综采工作
面电压等级多为1 140 V; 一些大采高综采工作面,
由于采煤机功率近2 000 kW, 电压等级相应地提高
3 两种校验装置对比
通过对电子式电能表校验装置和YC- 1893 型校
验装置工作原理及线路图的对比得出, 后者因脉冲转
换线路与控制系统没形成回路而导致信号不能输出,
但通过查电路图发现装置中有一脉冲插座, 因此只要
把脉冲转换线路与控制系统连接, 再采用一脉冲转换
器, 就能实现脉冲转换。
4 YC- 1893 型校验装置的改进
对照线路图一路一路查线, 利用万用表, 查找每
一趟线路的进出线路, 找出脉冲线路的端子; 按照装
置光电转换线路工作原理, 把转换器与脉冲线路端子
焊接, 实现多路转换。改进后的YC- 1893 型校验装
置的原理图见图2。这样, 通过脉冲转换器, 将电子
表和标准表的反馈信号和程控信号在反馈电路板上进
行比较, 通过数据处理, 使误差计显示误差。上机试
验, 将电脉冲输入/输出电缆插头插入校验装置的电
图2 改进后的YC- 1893 型校验装置原理图
脉冲输入/输出插座, 电缆的另一端接电子式电能表
( 黑色夹子为地线, 红色夹子为电能脉冲信号输出) ,
启动装置, 电流、电压指示正常, 误差计显示误差。
又校验感应系交流电能表, 误差计显示正常。改进后
的装置既能校电子式电能表, 又能校感应系交流电能
表。
经过几个月的试用, 改进后的校验装置工作正
常。
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