煤矿采区远距离供电方案的设计

・１２２・　煤矿机　电　２０１４年第５期　

煤矿采区远距离供电方案的设计　

赵利杰，苗继军，姜明学　

（神华乌海能源有限责任公司机电动力部，内蒙古乌海０１６０００）　

摘　要：　为提高煤矿工作面单产效率，实现自动化采煤，降低工人劳动强度，神华乌海能源公司对　

综采工作面远距离供电系统进行了研究。首先，对该公司各矿井实施远距离供电技术的可行性进　行理论分析和验证；其次，结合综合装备水平和经济成本，对远距离供电方案进行设计；最后，设计　

远距离供电方案的安装示意图。该方案已在四个井下工作面成功实施，能满足井下的生产需求。　

关键词：　远距离供电；综采工作面；优化设计　中图分类号：ＴＤ６１１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１—０８７４（２０１４）０５—０１２２—０５　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｌｏｎｇ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｆａｃｅ　

Ｚｈａｏ　Ｌｉｊｉｅ，Ｍｉａｏ　Ｊｉｊｕｎ，Ｊｉａｎｇ　Ｍｉｎｇｘｕｅ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，Ｓｈｅｎｈｕａ　Ｗｕｈａｉ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｉ　０１６０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｆａｃｅ　ｙｉｅｌｄｓ，ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｌａｂｏｒ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｏｎ　ｌｏｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｔｈａｔ　ｗｏｒｋ　ｆｏｒ　ｆｕｌｌｙ　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｆａｃｅ．Ｆｉｒｓｔ，ｄｏ　

ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｌｏｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｈａｔ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｅａｃｈ　ｃｏａｌ　

ｍｉｎｉｎｇ　ｆａｃｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｄｅｓｉｇｎｓ　ｔｈｅ　ｌｏｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｃｈｅｍｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　

ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｃｏｓｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｄｅｓｉｇｎｓ　ｔｈｅ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｌｏｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｃｈｅｍｅ．Ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｍｉｎｉｎｇ　ｆａｃｅ，ａｎｄ　ｈａｓ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒ　ｍｉｎｉｎｇ　ｆａｃｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ；ｆｕｌｌｙ　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｆａｃｅ；ｏｐｔｉｍａｌｌｙ　ｄｅｓｉｇｎ　

０　引言　

随着矿井综采装备水平的提升，其顺槽设备的　供电方式已不能适应煤矿综采工作面高产高效的需　

要，诸多不安全因素也逐步显现出来。为实现安全　

高效供电，实施自动化采煤工艺，打造一流的数字化　矿山，神华乌海能源有限责任公司结合自身情况，组　

织技术骨干，对煤矿综采工作面远距离供电方案进　行了研究。　目前，采用远距离供电方式供电是采区供电技　术的主要发展方向，不少专家学者对此进行了研究，　

文献［１］研究了远距离供电中电压降等内容，文献　

［２］研究了采区供电中设备选型等内容。但这些文　献缺乏结合矿井生产工艺进行优化研究，尤其是配　

套设备的功率大，设备列车长度太长，在回采过程中　

移动麻烦，容易发生危险，导致回采即将结束时不少　于设备列车长度的原煤不能被回收，降低了资源回　收率。对此，根据公司矿井的实际情况，对采区的远　距离供电方案进行研究，对供电方式进行优化设计，　

以进一步提高供电质量，降低损耗，提高采区的资源　回收率，减少回采过程中设备列车的移动。　

１远距离供电的论证　

神华乌海能源有限责任公司的大采高综采工作　

面的最大负荷如表１所示。其中，工作面顺槽带式　输送机、无极绳绞车、调度绞车、排水泵及照明信号　电源取自工作面配电的变压器，在此不作考虑。在　

供电方式中，移动变电站和组合开关分开安置，中间　使用长距离干线输电。组合开关安置在采面处，使　

用较短的支线电缆对设备供电。在初步设计时，先　对供电设备选型，根据允许的电压降计算干线的最　

远供电距离。　

１．１设备选型　

１．１．１移动变电站选型计算　２０１４年第５期　煤矿机电　・１２３・　

表１　综采工作面的最大负荷　

由表１分析可知，设备满负荷运行时工作电流　

以及设备容量较大，故选用两台移动变电站进设备　提供电源。变压器的需用容量ｓ　分别为：　

Ｓｂ＝（０．４＋　×轰）罴　

式中，Ｐ　…为最大电动机功率，ＯＯＳ　为综采工作面　

的加权平均功率因数，根据《煤矿电工手册》，取值　为０．７。　

经过计算，Ｓｂ１为２　８９１　ｋＶＡ，Ｓｂ２为２　６４０　ｋＶＡ，选　用两台容量为３　１５０　ｋＶＡ的ＫＢＳＧＺＹ－３１５０／１０／３．３　

型移动变电站可满足最大工况的需求。　

１．１．２电缆截面选择　按照电工手册，向三台及以上电动机供电的电　

缆长时负荷电流进行计算，即下式为：　

式中，叩。ｉ为平均效率，取０．８～０．９，对于大功率电动　

机，一般取０．９。　经过计算，，　。为５２８　Ａ，　为５１３　Ａ。每台移动　

变电站使用两根截面为３×１２０　１＂１￣＿Ｉｌｌ　（２５　ｑＣ最大截　

流量为３２０　Ａ）的电缆对多功能组合开关供电可满　足工况需求。　

根据各设备的额定电流，支线电缆选取时，采煤　

机选用３×１５０　ｍｍ　（２５℃最大截流量为３６０　Ａ）的　电缆供电。刮板输送机选用３×１２０　ｍｍ　（２５℃最　大截流量为３２０　Ａ）的电缆供电。其它设备分别使　

用３　Ｘ　３５　ｍｍ　（２５　ｏＣ最大截流量为１４５　Ａ）的电缆供　电。　１．２计算最远供电距离　

在正常运行时，电动机端的电压不应低于额定　电压的９０％。ＫＢＳＧＺＹ．３１５０／１０／３．３移动变电站的　

出口电压为３　４５０　Ｖ，电压损失△　ＡＩ．Ｉ＿为３４５　Ｖ。这　样，干线允许的电压损失ＡＵ　应为：　

ＡＵＬ＝ＡＵＡＬＬ—ＡＵＢ—ＡＵｈ　式中，△　为移动变电站电压损失，△　为支线电压　损失。　

１．２．１移动变电站电压损失　正常负荷时，移动变电站内部电压损失百分数　

为ＡＵＢ：　

．　ＡＵＢ＝　（　ｃ０ｓ　Ｐｊ＋Ｕ　ｓｉｎ　ｐｊ）×　Ｎ　

式中，Ｕ　为移动变电站电阻压降百分数；　为移动　变电站电抗压降百分数；Ｓ　为移动变电站的额定容　

量；Ｓｂ为移动变电站的核定容量。ＫＢＳＧＺＹ，３１５０／　１０／３．３移动变电站的阻抗压降为５．５％，负载损耗　

为１２　８００　Ｗ，电阻压降　为０．４１％，电抗压降　为５．４８％。　

经过计算，电压损失ＡＵ　％为３．８７％时，电压　

损失绝对值为１３３　Ｖ。电压损失ＡＵ　％为３．５３％　时，电压损失绝对值为１２２　Ｖ。　１．２．２支线电缆电压损失　

正常负荷时，支线电压损失△　为：　

Ｐ。×Ｌ×Ｒ。ＡＵ　ＪＪｆ＝　—　—　Ｕ　ｅ　式中，　。为电缆单位长度电阻，ｌ￣／ｋｍ；Ｌ为电缆长　度，ｋｍ。　

经过计算，支线电缆最长距离为０．４　ｋｍ，其支　线电缆的电压降见表２。　

表２支线电缆电压降　

１．２．３干线电缆长度计算　

两台移动变电站都向同一采区工作面输电，但　电压损失均不同，故干线电缆允许的最大损失电压　

△　为１８１　Ｖ，此组干线电缆输送的负荷应为　１　３５３．５　ｋＶＡ，其允许的电缆最大长度应为：　

ＡＵＬ　Ｘ　Ｕ　１７８．９×３．３　一Ｐ　×Ｒ０—１　３５８．５×０．１７９　１．３按电动机启动压降校验　

电动机最小启动电压为　，计算公式为：　

ＵＳＴ＊ｍｉｎ　

式中，　为电机的额定电压，Ｖ；Ｋ为电动机的最小　

启动转矩倍数，见表３；Ｏｔ为电动机额定电压时的启　动转矩　与电动机额定转矩　之比，查电动机　技术参数值，对矿用隔爆电动机一般取２～２．５。　

经过计算，负载允许的最低电压Ｕ　的最大值　・１２４・　煤矿机　电　２０１４年第５期　

表３电动机最小启动转矩倍数　

设备　Ｋ　采煤机　１．０～１．２　刮板输送机　１．２～１．４　

为２　７６１　Ｖ，允许的电压损失ＡＵ枇　为６８９　Ｖ。　因支线的电缆的长度，Ｊ都为０．４　ｋｍ，按照最大　

功率的设备计算电压损失，即：　

…：盟　

式中，，　为电动机的额定启动电流，采煤机的额定　启动电流约为６倍额定电流；ＣＯ￥西为功率因数，为　

０．５。　经过计算，支线电压损失应为８３　Ｖ。　干线电压损失ＡＵ　…按刮板输送机启动时计　

算，即：　

ＡＵＩ．Ｉ＿　＝Ｌ×Ｒｏ×（√３，ｓＴＣＯＳ（　＋　

（Ｏ．４＋ｏ．６×　）∑Ｐｅ－　

Ｕ　

式中，∑Ｐ　为除刮板输送机以外的设备总功率，　

刮板机的额定启动电流为２倍额定电流（使用软启　

信　动器启动），功率因数为０．９。　经过计算，电压损失△　Ｌ＿ｍ　＝３２１　Ｖ。　移动变电站的电压损失按下列计算，即：　

，　△　Ｂ＝　＊ＳＴ×（ｃ，　ｃｏｓ　ｐＩ＋Ｕ　ｓｉｎ　Ｐ　Ｊ）×Ｕ２Ｎ　』Ｎ　式中，，　为移动变电站的启动电流，即等于干线电　

缆中的电流，为７４０　Ａ，电压损失为１９５　Ｖ。　

由此，电动机启动时总的电压损失应为５９９　Ｖ，　小于允许的电压损失６８９　Ｖ。因此，干线输电距离　

完全满足工矿的需求。　

２供电方案的优化设计　

通过方案论证能满足需求。但其泵站设备是安　装在工作面机头处考虑的，在实际运行中，液化液系　

统是按照远距离供液系统考虑的　Ｊ，在向工作面供　

电时，未考虑到泵站系统；考虑其成本，泵站系统使　

用１　１４０　Ｖ电压等级。对此应对供电系统重新设　

计，其供电系统图如图１所示，综采工作面远距离供　

电系统设备安装示意图如图２所示。　

图１中，当工作面为综采工作面时只连接前部　

刮板输送机。而在图２中，组合开关及刮板输送机　

ＭＹＰＴＧ一３×１２０＋３Ｘ５０／３＋３ｘ２　５－６５０　ｍ　ＭＹＰｒｒＧ一３×１２０＋３×５０／３＋３×２　５－２００　ｍ　

图１

综采工作面供电系统图