独头掘进大功率长距离供电的可靠性设计与应用

摘 要：独头掘进的大功率长距离供电一直困扰着很多巷道的掘进施工，近年来大功率综掘机的使用，使其矛盾愈加凸显，特别是当瓦斯超限后，局部通风区域的所有动力设备及电源不能及时切断，给施工人员留下了很大的隐患。本文设计用切断高爆开关的方法来达到切断整个局部通风区域所有动力设备及电源问题，经过实践确认安全可靠。

关键词：独头掘进；大功率长距离供电；切断高爆开关

中图分类号： U223 文献标识码： A 文章编号：

一、引言

为加快巷道掘进进度,很多煤矿采用综掘机掘进，EBZ-318H型悬臂式掘进机是淮北矿业集团公司岩巷掘进使用最广的掘进机，其功率在572 KW（除尘风机和二运电滚筒不同，功率略微有差异）。后路跟皮带出货及其他设备，总功率可达800KW以上。大功率长距离供电面临着压降大、短路电流保护失效、瓦斯电闭锁断不掉所有回风巷的电等诸多问题，本文改变思路把原断低压馈电开关改为断进风流中的高爆开关，从而实现断掉整个局部通风区域所有动力设备及电源。

现以临涣煤矿II13采区进风排水巷为例进行计算。巷道概况如下：设计长度 1500m，由于其是在施工完II13轨道上山之后的掘进工程，II13轨道上山及上部车场全长800m，车场离I13变电所200m，巷道全长2500m；掘进巷道里还设备有充电机、耙矸机、喷浆机、电泵、照明、绞车、助行器、皮带机和局扇等；局扇其中局扇、充电机、助行器、提升绞车等为II13轨道原有使用设备。如使用原有线路，供电已远远不能满足条件，固需要敷设1200m高压铠装电缆，移变放于II13轨道上山下口，详见供电系统图。

二、供电系统的设计计算

1、供电系统构成

主、备局线路取自I13变电所，双回路供电；原II13轨道上山供电不变，供电电压等级660V；II13采区进风排水巷动力取I13变电所高爆开关，经高爆开关、高压电缆、移变、馈电开关，电压等级为1140V，原II13轨道上山供电在此不再计算，只对新该线路进行计算。

图1II13采区进风排水巷供电系统图

2、根据巷道施工情况选用设备

施工巷道的设备布置情况及负荷统计，见表1所列。

表1 施工巷道布置设备负荷统计

（1）根据负荷统计表计算变压器容量

移变动力：∑Pe =881.5KW

∑PN=318+22+11+75×2+10+110+45+10+5.5+200=881.5(KW)

式中：∑PN为所选设备的额定总功率。

KX=0.4+0.6×PN.max／∑PN=0.4+0.6×318／881.5=0.616

式中：KX为需要系数取0.65；PN.max为所选设备的最大额定功率。

COSФ取0.8，则变压器的计算容量：

Sb= KX∑PN／COSФ=0.65×881.5／0.8=716（KV.A）

式中：COSФ为加权平均功率因数

Sb为变压器实际负荷的计算容量；∑SN为变压器额定容量

（2）选择变压器

根据∑SN≧Sb选KBSGZY-1000移动变压器一台。

3、低压干线电缆的选择

掘进机干线的选择：

Ica= KX∑PN×103/UNCOSФ=0.65×897.26×103/×1200×0.8=343.85(A)＜IP

式中：Ica为流过电缆的实际长时最大工作电流；IP为电缆的长时允许电流；UN为变压器二次额定电压。

按其长时允许电流校验：选用MYP-3×120橡套电缆其长时允许电流为360A，故能满足要求。

4、低压系统电压损失校验

移动变压站电压损失：

该移动变电站型号为KBSGZY-1000，其相关参数：空载损耗为2950W，负载损耗为7000W，空载电流为1.2%，短路阻抗Uz=4%，Ur=0.563%，Ux=3.960%。Sb=716KVA；β=Sb/Se=716/1000=0.716

变压器电压百分数：ΔＵb％=β（ＵR％×cosф+ＵX％×sinф）

=0.716×(0.563×0.8+3.96×0.6) =2.032

ΔＵb＝ΔＵb％×Ｕe/100＝2.032×1200/100＝24.4(V)

其中：sinф＝0.6，COSф＝0.8。

允许损失电压为：UP=1200-1140×95％=117(V)

综掘机干线电压损失：

ΔＵg=[Ｋx×∑P×Ｌ×10３/（ｒ×Ue×Sg×η）]

=0.65×761.5×500×10３/（42.5×1140×120×0.95）+0.65×318×800×10３/（42.5×1140×120×0.95)

=44.8+29.9=74.7 (V)

其中：Ｋx取0.65,η取0.95

因综掘机支线最长，负荷功率也最大，所以只需计算其电压损失。

ΔＵZ=Ｋx×∑P×Ｌ×10３/（ｒ×Ue×Sg×η）

=1×318×20×10３/（42.5×1140×120×0.95）=1.15V

ΔＵ=ΔＵb+ΔＵg+ΔＵZ=24.4+74.7+1.15=100.3V ＜117V合格

5、低压电缆的选择

移变低压侧：

Ig1=∑Pe×Kx/×Ue×COSф=761.5×0.65/（×1.14×0.8）=313.36(A)

I g1：常时电流；其中：Kx取0.65，COSф取0.8。

选择MYP-0.66/1.14KV 3×120+1×50橡套电缆Iy=360A＞313.36A合格

Ig2=∑Pe2×Kx/×Ue×COSф

=（150+45+5.5+10）×0.65/（×1.14×0.8）=86.62(A)

Ig2：常时电流；其中：KX取0.65，COSф取0.8。

选择MYP-0.66/1.14KV3×70+1×25橡套电缆Iy=215A＞86.62A合格

6、整定线路馈电整定

（1）移变低压侧的过流整定

I≥KX∑PN×103／UNCosa≥1×897.26×103／×1200×0.8

≥530A 实际整定取550A

移变低压侧的短路整定：

IZ≥IQe+ KX∑Ie≥1131.6+0.65×（542.75-188.6）≥1361.8A

实际整定1400A。

动力线路120mm2电缆长度1300m换算长度为：416m，系统两相短路电流经查表得：2600A。

校验：Id(2)/IZ=2600／1400=1.86＞1.5校验合格

移变高压侧：变压器变压比：6/1.2=5,过载电流计算：550/5=110 A

（2）高压开关整定

变比300/5,负荷最大功率318kw,其余功率563.5kw

短路电流计算：Id=(318×0.14×6+563.5×0.14) /300=1.153

取1.6档

过载电流计算Ig=（318+563.5）×0.14/300=0.411,取0.6档

（3）馈电开关KBZ-630的短路整定

IZ≥IQe+ KX∑Ie≥1131.6+0.65×（542.75-188.6-66-4）≥1316.3

实际整定1350A。

动力线路120mm2电缆长度800m换算长度为：256m，系统两相短路电流经查表得：3570A

校验：Id(2)/IZ=3570/1350=2.64＞1.5校验合格

其它启动器的过载整定按常规整定即可，在此不再说明。

三、结语

通过对临涣煤矿II13采区进风排水巷供电系统的计算，可以看出该系统满足供电要求；并且局扇开关离高爆开关较近，风电闭锁接线距离较短，动作可靠。此方法现已在多个长距离的独头掘进工作面推广使用。

参考文献：

[1]张家淳编.煤矿技术操作规程.北京：中华人民共和国煤炭工业部,1988年.

[2]佟熙田,雷芳清编.北京：煤矿井下供电设计指导.煤炭工业出版社,1987年.

[3]刘长岭编.井下电工.北京：中国矿业大学出版社,2002年.

[4]刘兵编.矿山供电.北京：中国矿业大学出版社,2001年.

[5]骆琳编.煤矿安全规程.北京：国家安全监察局,2011年.