综采工作面3.3kV供电系统在官地矿的应用研究

仝金厚

（山西焦煤西山煤电官地矿，山西 太原 030022）

煤矿井下生产技术能力不断提升，综采工作面的总装机功率已从几百千瓦提高到几千千瓦，1140V供电系统已无法满足现代化矿井的采煤要求，特别是在官地矿北大巷3#煤层，采高均超过3.5m，采煤机选型为MG500/1140-GWD，总功率达到1140kW，运输机功率达到1050kW，为适应大型采煤设备的使用需求，提高电能利用率，该矿将北四新区3#煤层综采工作面供电系统的电压升级为3300V[1-3]。

1 工作面负荷的确定

以该矿北四新区33417综采工作面为例，由两趟6kV高压线路送至工作面控制列车，KBSGZY-3150/3.45和KBSGZY1250/6/1.2移动变压器为工作面采煤机、转载机、破碎机、乳化液泵和运输机供电。根据工作面各设备电压等级选用2台移动变电站，按变电站分组统计负荷见表1。

表1 移动变电站分组统计负荷

2 3.3kV负荷控制中心的选型及参数

2.1 负荷控制中心的选型

根据煤矿井下电气设备选型原则，该矿选择天津华宁电子有限公司生产的QJZ1-1600/3300-6型组合开关，该开关特别适合含有瓦斯及煤尘混合物等爆炸性气体环境中使用，它由一个防爆外壳和内部多个真空接触器及相应的驱动部分组成，不仅可以控制工作面多台设备电机的开停、转动方向，还可以对各个电动机及其系统进行保护。QJZ1-1600/3300-6型组合开关能够实现最多6回路的主回路驱动单元进行实时控制，而且能够实时地监控和保护每一驱动单元的线路与负荷，其过流、漏电、断相、欠压、过压等保护功能均由PLC实现，当保护起作用时，该组合开关能够自动切断电源，保护设备。

2.2 QJZ1-1600/3300-6型组合开关技术参数

2.2.1 过载保护

过载倍速 1.05，动作时间t＞2h；

过载倍速 1.2，动作时间 5min＜t＜20min；

过载倍速 1.5，动作时间 1min＜t＜3min；

过载倍速 6，动作时间 8s＜t＜16s。

2.2.2 断相保护

过电流倍数和时间动作见下表2。

表2 过电流倍数和时间动作

2.2.3 短路保护

短路保护由隔离开关完成，当电流超过额定电流的8～10倍时，先跳隔离开关再跳接触器。

3 变压器选型及能力校核

根据《煤矿电工手册(修订本)－矿井供电》[4]，视在功率计算公式为：

式中：

Kx-需用系数；

Ks-同时系数；

cosφ-功率因数；

Ps-最大电动机功率，kW。

根据该矿北四新区设计说明书，确定该区变电所共布置4台变压器，分别校验其视在功率，其中1#～4#变压器用电额定功率与最大电动机功率统计如表3所示。

表3 北四新区变压器负荷统计表

3.1 1#变压器视在功率计算与校验

1#变压器选型为KBSGZY-3150/6/3.45。

根据计算公式需用系数：

视在功率计算：

校验结果：合格。

3.2 2#变压器视在功率计算与校验

2#变压器选型为KBSGZY-1250/6/1.2。

根据计算公式需用系数：

视在功率计算：

校验结果：合格。

3.3 3#变压器视在功率计算与校验

3#变压器选型为KBSG-1000/6/1.2。

根据计算公式需用系数：

视在功率计算：

校验结果：合格。

3.4 4#变压器视在功率计算与校验

4#变压器选型为KBSG-500/6/1.2。

视在功率计算：

校验结果：合格。

4 3.3kV高压电缆截面校验及选型

4.1 准备巷道高压电缆选型

《煤矿安全规程》463条规定，电缆主线芯的截面应当满足供电线路负荷的要求，电缆应当带有供保护接地用的足够截面的导体，以北四区33417综采工作面为例，采区变电所至移变高压电缆选型如表4所示。

表4 33417高压电缆选型表

4.2 高压电缆截面校验

高压电缆校验从四个角度进行：（1）按持续工作电流校验；（2）按电压损失校验；（3）按经济电流密度校验；（4）按热稳定性校验。

4.2.1 综采面采机、运输机进线电缆

电缆编号为g1，截面校验如下：

（1）按持续工作电流校验：

校验结果：合格。

（2）按电压损失校验

电压损失绝对值：

校验结果：合格。

（3）按经济电流密度校验

电缆截面：

校验结果：合格。

（4）按热稳定性校验

电缆截面：

校验结果：合格。

4.2.2 综采工作面转载机、破碎机进线电缆

电缆编号为g2，截面校验如下：

（1）按持续工作电流校验

校验结果：合格。

（2）按电压损失校验

电压损失绝对值：

校验结果：合格。

（3）按经济电流密度校验

电缆截面：

校验结果：合格。

（4）按热稳定性计算与校验

电缆截面：

校验结果：合格。

5 综采工作面3.3kV供电系统的特点

通过华宁QJZ1-1600/3300-6型组合开关配合MG500/1140-GWD型交流电牵引采煤机及SGZ-900/1050型可弯曲刮板运输机的使用，为该矿的安全生产带来了很大的经济效益，所选用QJZ1-1600/3300-6型组合开关以PLC控制核心，与传统的单片机相比，具有以下优势：

（1）可靠性高，抗干扰能力强。传统低压控制系统中采用了大量机械结构，在煤矿井下潮湿的环境中，很容易出现接触不良的现象，对于井下正常生产影响较大，而可编程控制系统使用编程语言对大部分机械结构进行代替，减少了中间环节，大大减少了因接触不良造成的故障。

（2）系统的维修工作量小，维修方便。当开关显示发生异常现象时，首先可以通过PLC自带的故障诊断功能迅速判断问题，同时由于本开关所带接触器为输出模块，一旦确定为接触器损坏，直接更换该接触器模块即可排除设备故障，确保井下正常生产不受影响。

（3）能耗低，操作方便。由于PLC减少了大量的中间继电器和时间集线器，降低了能耗，正反转只需在屏幕上进行操作，为工作面的正常安全生产节省大量的时间。

（4）高电压的使用，降低了电缆的额定电流，电缆的横截面积减小，也大幅度地提升了电缆远距离铺设的便捷性。

6 结语

（1）综采工作面3.3kV供电系统的成功应用极大提升了该矿生产能力，保证了综采面的设备开机率，有效地解决了大功率设备启动困难、电压损失大等问题。

（2）QJZ1-1600/3300-6型组合开关具有可靠性高、抗干扰能力强、维修方便等优点，为综采工作面设备提供可靠保障。