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浅谈煤矿井下掘进机的远距离供电策略分析

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：刘彪常虎强王创

[导读] 摘要：现如今，我国是经济快速发展的新时期，煤矿企业在我国发展十分迅速，针对掘进工作面远距离供电线路压降大、过流保护校验不合格等问题，结合矿井远距离掘进工程实际，阐述了远距离掘进供电优缺点，并针对性提出了优化改进方法，分析计算了远距离掘进供电方式的最佳配置参数，指出了应用该供电方式的注意事项，望对类似掘进工作面远距离供电工程有所借鉴。

        陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司 719300
        摘要：现如今，我国是经济快速发展的新时期，煤矿企业在我国发展十分迅速，针对掘进工作面远距离供电线路压降大、过流保护校验不合格等问题，结合矿井远距离掘进工程实际，阐述了远距离掘进供电优缺点，并针对性提出了优化改进方法，分析计算了远距离掘进供电方式的最佳配置参数，指出了应用该供电方式的注意事项，望对类似掘进工作面远距离供电工程有所借鉴。
        关键词：煤矿；掘进工作面；远距离供电；移动变电站
        引言
        煤矿井下掘进供电电压由上世纪60年代380V改660V，大功率机电设备在煤矿得到推广应用，同时巷道掘进也在朝着大断面、长距离发展，以提高资源回采率，660V的供电电压也不能满足掘进的长距离供电要求。2009年煤矿掘进面机组供电统一改成1140V，既改善了供电指标，同时也增加了供电距离。即使如此，随着掘进的推进，供电功率因素也在下降，再加上线路末端的大功率掘进机启动时对电网的冲击，在供电电缆一定的情况下往往供电距离达不到机组设计理论距离，更不能满足现场的工艺需求。另外，煤矿巷道掘进长度平均2000m以上，切眼300m左右，而掘进时必须有供电系统的跟进。在掘进面的供电系统中，从单纯的660V供电升级到现在的1140V和660V混合供电，但还是不能满足4000m的一次性低压供电，这就需要高压供电在工作面的跟进。而且，随着供电距离的增加，无功功率的损耗也在增加，造成电能浪费。
        1情况分析
        工作面采用的是美国久益JM6817连采机，它是一款连续采煤型掘进机，适应工作面倾角纵向±17°、横向5°，截割高度2.7-4.6m，最高单向抗压强度：≥40 ～ 100Mpa，生产能力（t/min）：15-27t/min。其主要是为煤矿综采及高档普采工作面巷道掘进的服务设备，适用于煤及半煤岩巷的掘进，所载两台170KW的切割电机；两台60KW的行走电机；两台45KW的收集头电机；一台52KW的油泵电机；一台19KW的风机电机。后配套两台250A软起动开关各带1台160kW胶带电机（YBS-160）位于胶带机头。掘进机及掘进工作面后配套设备的主要负荷均为感性负载，如果利用无功功率自动补偿装置中的电容器（电容两端电压不能突变）的技术特性，是可以解决切割电机启动难的问题。同时还可以实现就地无功补偿，降低总的线损，节约电能损耗。在提高供电系统功率因数的同时，还可使所补偿网络的线电流下降30%以上。
        2煤矿井下掘进机的远距离供电策略分析
        2.1掘进供电方式
        掘进工作面机械设备主要有8种，分别为JM6817连续采煤机、PZL460/150破碎机、10SC32-48B梭车、CMM25-4四臂锚杆机、DSP1080/1000胶带机、FBDNO6.7/2×30风机和BQS50-30-7.5/N水泵。其中，连续采煤机、破碎机、梭车、锚杆机额定电压为1140V，其余额定电压均为660V。结合煤矿掘进施工的特点，掘进供电方式已选用就近供电的方式，即变电站随着掘进工作面推进而不断前移。这种供电方式能够在最大程度上保证掘进工作面机电设备的电压稳定，起到很好的电流保护作用，但同时由于移动变电站外形尺寸较大，变电站外接配电站数量较多，使得移动变电站移动程序非常烦琐，安装维护工作量非常大，且不容易保障掘进工作面的供电质量。

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鉴于此，该矿井在独头掘进过程中应用远距离供电的方式，将移动变站固定在回风巷巷口位置，变电站高压侧和低压侧电压分别为10000V、1140（660V），干线总切选用馈电开关，电气设备控制应用电磁启动器。馈电开关与电气设备的连接使用电缆，其内部电源线设置中间接线盒，可根据工作需要增加与电气设备的连接数量。掘进工作面远距离供电方式的主要优点在于能够在很大程度上简化巷道布置，减少设备，缩减变电站安装、移动和维护工作量。但是该方式也存在一定的缺点，比如线路压降大、容易引起过流保护校验不到位等，需要采取相应的措施予以解决。
        2.2电气原理分析
        从异步电动机的等效电路中可知，异步电动机在运行时所需要的无功功率由两部分组成：一部分是励磁支路所需的无功功率；另一部分是负荷支路所需的无功功率。异步电动机主要是励磁支路所需的无功功率，当负荷从由零到满载时，其变化很小，随负荷的增加而略有下降；而负荷支路所需的无功功率随负荷增加而增加，其值一般要比励磁支路所需的无功功率要小，异步电动机容量越小，相对的比例也越小。纯电感负载中的电流IL滞后电压90°；纯电容负载的电流IC则超前电压90°。可见电容中的电流与电感中的电流相差180°，其能够相互抵消。相应达到了补偿目的。BBW1型矿用隔爆型无功功率自动补偿装置可以对煤矿井下的中、低压供电系统频繁变化的无功量及时跟踪，自动投切电容器组，具有安装简单、隔爆性能优良、保护完善、安全可靠、智能化程度高等特点。还可使所控制补偿网络的线电流下降30%以上，功率因数提高到0．95以上，提高线路端电压5%左右，减小因感性负载启动时浪涌电流的冲击50%以上。使供电电压波动平稳，减少供电系统的线路损耗，节能效果显著。由于是对掘进机进行远距离供电的端电压进行补偿，所以就不能采用某些类型馈电开关中的相敏短路保护功能，进行供电线路的短路保护，因为相敏保护是判断功率因数的，所以不适合该解决方法，采用鉴幅式的短路保护理论上还是可靠的，就掘进工作面的远距离供电技术实践，为保障掘进机正常运转和供电系统的可靠性也提供了一种思路。
        2.3注意事项
        a）远距离掘进供电系统中，可能由于输送线路压降作用，掘进工作面机械设备启动电压达不到要求，会出现无法正常启动的情况。解决这种问题时一般采用并联电缆和安装无功补偿装置的方法，但在应用无功补偿装置时，馈电开关中一些相敏短路保护功能无法发挥，因此并不适合采用无功补偿的方法；b）根据相关规定要求，井下低压电网所使用的电磁式过流继电器灵敏度系数应不小于1.5，井下掘进工作面如果采用远距离供电方式，馈电开关过流保护灵敏度校验会出现不符合标准的问题，需要采取相应的措施予以解决。解决上述问题的方法有很多种，A矿井选用更换馈电开关的方法，使用带有相敏保护器的馈电开关，使线路馈电保护器能够有效区分电动机故障电流和正常启动电流，从而达到降低短路电流整定值的目的；c）煤矿井下工作环境相对比较恶劣，尤其是掘进工作面，由于通风条件比较差，掘进工作面环境更加恶劣。同时，随着掘进工作面的不断推进，需要频繁搬迁配电点和控制设备，这不仅会造成不必要的施工麻烦，若操作不当甚至会引发安全事故。
        结语
        如果掘进工作面供电距离比较远，掘进机可能由于电压过低而无法正常启动。除了并联电缆的办法之外，还可以使用矿用无功补偿装置。由于掘进机电动机主要为感性负载，利用无功补偿装置中的电容电流补偿电感电流，从而实现就地无功补偿，降低线路压降，提高终端电压。但是，由于是对掘进机的端电压进行补偿，所以就不能采用某些类型馈电开关中的相敏短路保护功能，因为相敏保护是根据线路的功率因数进行判断，所以不适合无功补偿的方法。
        参考文献：
        ［1］佘明利.煤矿井下远距离工作面高压供电方案的研究［J］.山东煤炭科技，2018（6）：126-128.
        ［2］冯建通.邢台矿掘进工作面远距离供电应用探讨［J］.煤炭与化工，2015，38（1）：102-105.