1、概述

為了適應(yīng)我國(guó)能源發(fā)展方針，建設(shè)千萬(wàn)噸級(jí)安全高效現(xiàn)代化礦井是發(fā)展方向。大采高綜放是達(dá)到一井一面千萬(wàn)噸級(jí)產(chǎn)能的有效途徑。大采高綜放是采用采煤機(jī)將3.5～6.0 m厚煤層一次采出的綜合機(jī)械化長(zhǎng)壁采煤法。由于大采高綜放工作面割煤高度加大，工作面單產(chǎn)能力提高，原有的采區(qū)工作面1140V供電系統(tǒng)已無(wú)法滿足高產(chǎn)高效開(kāi)采設(shè)備對(duì)電力的需求。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)井下3.3kV供電設(shè)備如移動(dòng)變電站、控制開(kāi)關(guān)技術(shù)隨著煤炭技術(shù)發(fā)展，技術(shù)性能有所提升，但總體性能和技術(shù)水平與現(xiàn)場(chǎng)需求有較大差距，造成目前我國(guó)高產(chǎn)高效礦井采區(qū)工作面3.3kV供電設(shè)備仍以進(jìn)口為主。因此，大采高綜放開(kāi)采工作面供電系統(tǒng)關(guān)鍵裝備國(guó)產(chǎn)化研制須放在首位。為此，國(guó)家科技部將其列入“十一五”國(guó)家科技支撐項(xiàng)目進(jìn)行了研發(fā)，并于2010年9月5日在同煤大唐塔山礦8105大采高綜放工作面進(jìn)行了生產(chǎn)應(yīng)用，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，供電系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，滿足工作面總功率8033kW供電及其控制要求。

2、工作面供電系統(tǒng)

8105大采高綜放工作面供電方式是采用以下形式：①由移動(dòng)變電站，通過(guò)負(fù)荷中心（3.3kV組合開(kāi)關(guān)），向設(shè)備供電，一次電壓10kV，二次電壓3.3 kV。②將高壓配電裝置、干式變壓器和多回路負(fù)荷中心，通過(guò)連接法蘭組成一體，稱為動(dòng)力中心（Power Center）。由動(dòng)力中心向綜放工作面各采、運(yùn)、支設(shè)備供電，并提供完善可靠的控制與保護(hù)。動(dòng)力中心整體座落在帶牽引掛鉤的小車(chē)上，（單臺(tái)最大的）額定容量3150kVA，一次電壓10kV，二次可同時(shí)提供3.3 kV等多種工作電壓，減少設(shè)備數(shù)量，適應(yīng)集約化礦井安全、高效開(kāi)采。工作面設(shè)備供電參數(shù)見(jiàn)表1. 總功率達(dá)到了8033kW，是目前最大供電容量，其全部由四臺(tái)移動(dòng)變電站等組成的聯(lián)合供電設(shè)備列車(chē)，隨工作面開(kāi)采推進(jìn)供電。

                                                表1

2.1采煤機(jī)供電回路

采煤機(jī)總功率為1945kW，由2500kVA/3.3采煤機(jī)動(dòng)力中心（2路）1臺(tái)供電。采煤機(jī)動(dòng)力中心包括三個(gè)部分：PBG60-630/10Y礦用隔爆型移動(dòng)變電站用高壓真空開(kāi)關(guān)、KJZ6-600/3300-2礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空組合開(kāi)關(guān)、2500kVA/10/3.3礦用隔爆干式變壓器。電氣原理和結(jié)構(gòu)布置如圖2所示。

 

圖2采煤機(jī)動(dòng)力中心

2.2前刮板輸送機(jī)供電回路

前刮板輸送機(jī)總功率1710kW，由2500kVA/3.3刮板輸送機(jī)動(dòng)力中心（3路）1臺(tái)供電。其動(dòng)力中心的組成比采煤機(jī)動(dòng)力中增加了1路負(fù)載輸出，即配置了KJZ6-600/3300-3礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空組合開(kāi)關(guān)。

2.3后刮板輸送機(jī)供電回路

后刮板輸送機(jī)總功率為2000kW，由3150kVA/3.3刮板輸送機(jī)動(dòng)力中心（3路）1臺(tái)供電。其組成只是變壓器容量增加了，即配置了31500kVA/10/3.3礦用隔爆干式變壓器，其它與前刮板輸送機(jī)動(dòng)力中心一樣。

2.4其它設(shè)備供電回路

轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、乳化液泵站、噴霧泵站總功率為2378kW，由3150kVA/3.3型負(fù)荷中心（12組合）1臺(tái)供電。其組成與后刮板輸送機(jī)動(dòng)力中心的移動(dòng)變電站相同，用電纜與KJZ3-1800/3300-12礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空組合開(kāi)關(guān)連接，集成泵站負(fù)荷中心，有12路負(fù)載輸出接頭。結(jié)構(gòu)外形如圖3所示。

圖3KJZ3-1800/3300-12礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空組合開(kāi)關(guān)

2.5工作面及順槽設(shè)備控制系統(tǒng)

工作面前、后刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、膠帶輸送機(jī)等監(jiān)控選用貝克公司生產(chǎn)的KJ50型PROMOS監(jiān)控系統(tǒng)；乳化液泵站、噴霧泵站的壓力、溫度等進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)配置了上海普昱泵站控制系統(tǒng)。其中安全閉鎖和運(yùn)行聯(lián)鎖通過(guò)KJ50將采煤機(jī)與各設(shè)備聯(lián)通。

3供電系統(tǒng)實(shí)施特點(diǎn)

大采高綜放工作面供電能力要求≥11300kVA，采用3300V組合開(kāi)關(guān)以及多電壓供電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工作面安全、高效、可靠的一體化供電。對(duì)眾多功率設(shè)備（如：采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、泵站、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、可伸縮膠帶輸送機(jī)等）的安全可靠供電和協(xié)調(diào)控制。

當(dāng)綜放工作面裝機(jī)功率超過(guò)8000kW時(shí)，要求采、運(yùn)、支等生產(chǎn)環(huán)節(jié)有機(jī)配合，協(xié)調(diào)動(dòng)作，而原來(lái)常規(guī)的供電方式，因無(wú)法使工作面設(shè)備實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，不能提供完善的保護(hù)功能，已無(wú)法滿足千萬(wàn)噸級(jí)綜放工作面安全、高效生產(chǎn)的需要。根據(jù)大容量和集成化要求，采用了基于DSP技術(shù)的系列化礦用組合開(kāi)關(guān)的總體解決方案，完成千萬(wàn)噸級(jí)綜放工作面供電與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。確定礦用動(dòng)力中心和負(fù)荷中心的工作電壓3300V，總工作電流600～1500A，2～14路輸出，對(duì)工作面采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、乳化液泵等綜放設(shè)備進(jìn)行起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)、雙速切換及主、從順序控制，并能對(duì)電動(dòng)機(jī)及供電線路進(jìn)行過(guò)載、短路、斷相、漏電、漏電閉鎖、高壓絕緣監(jiān)視、接觸器粘連、過(guò)壓、欠壓等保護(hù)。（為以后擴(kuò)展使用內(nèi)置了國(guó)外JOY、Eickhoff公司生產(chǎn)的采煤機(jī)監(jiān)測(cè)、顯示裝置， 能對(duì)JOY公司的TTT耦合器進(jìn)行運(yùn)行控制、充液控制和狀態(tài)檢測(cè)，并將TTT耦合器的一些信息通過(guò)MODBUS協(xié)議在組合開(kāi)關(guān)上顯示）。實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)與運(yùn)輸機(jī)間閉鎖；實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)負(fù)荷狀況向采煤機(jī)的傳送；實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)速度的自動(dòng)控制。組合開(kāi)關(guān)與移動(dòng)變電站一起構(gòu)成了綜放工作面安全、高效、可靠的一體化供電系統(tǒng)。

4應(yīng)用情況

該套供電設(shè)備常州聯(lián)力自動(dòng)化科技有限公司、大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)承擔(dān)研發(fā)，于2010年9月5 日使用于同煤集團(tuán)塔山礦一盤(pán)區(qū)3～5號(hào)煤層8105工作面，工作面走向長(zhǎng)2965.9m，傾斜長(zhǎng)207.0m，煤厚12.18～18.17（14.81）m，容重1.45t/m3，可采儲(chǔ)量10895161.9t，皮帶巷：5500×3600mm（凈寬×凈高）回風(fēng)巷：5500×3600mm（凈寬×凈高）。截止12月5日工作面推進(jìn)了425m，最高日產(chǎn)達(dá)到了3.3萬(wàn)噸,累計(jì)192.6萬(wàn)t。圖4為后刮板輸送機(jī)供電動(dòng)力中心井下使用情景。

 

圖4后刮板輸送機(jī)供電動(dòng)力中心3150kVA/3.3井下使用情景

通過(guò)檢測(cè)和記錄表明供電系統(tǒng)及其設(shè)備運(yùn)行正常，控制功能和安全保護(hù)措施準(zhǔn)確可靠。動(dòng)力中心具有的短路、過(guò)載、斷相、漏電、漏電閉鎖、過(guò)電壓、欠壓、高壓絕緣檢測(cè)、后備保護(hù)等功能和單臺(tái)3.3kV組合開(kāi)關(guān)總工作電流1500A，所具有的漏電保護(hù)、高壓絕緣檢測(cè)、參數(shù)動(dòng)態(tài)設(shè)置、在線檢測(cè)功能，以及具有全數(shù)字化處理、控制、保護(hù)、中文顯示、故障診斷、實(shí)時(shí)監(jiān)控與通訊功能在現(xiàn)場(chǎng)使用發(fā)揮很好的作用，為采、運(yùn)、支設(shè)備合理運(yùn)行提供了保障。實(shí)測(cè)供電功率值如圖4所示。

圖4實(shí)時(shí)功率圖

5結(jié)論

大容量綜合機(jī)械化工作面供電設(shè)備和系統(tǒng)，在我國(guó)的綜合機(jī)械化裝備中是比較薄弱的環(huán)節(jié)，但需求不少。國(guó)內(nèi)研究院所和廠家都在積極研發(fā)，本套≥11300kVA供電設(shè)備及系統(tǒng)研制與應(yīng)用，為我國(guó)綜合機(jī)械化開(kāi)采提供更經(jīng)濟(jì)合理的選擇供電設(shè)備。

作者簡(jiǎn)介：陳廷理，男，1962年12月出生，1983年畢業(yè)于太原工學(xué)院，工程師，現(xiàn)任大同煤礦集團(tuán)大斗溝煤業(yè)公司副董事長(zhǎng)、黨委書(shū)記。

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