1、概述

為了適應我國能源發(fā)展方針，建設千萬噸級安全高效現(xiàn)代化礦井是發(fā)展方向。大采高綜放是達到一井一面千萬噸級產(chǎn)能的有效途徑。大采高綜放是采用采煤機將3.5～6.0 m厚煤層一次采出的綜合機械化長壁采煤法。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)已無法滿足高產(chǎn)高效開采設備對電力的需求。近年來，國內(nèi)井下3.3kV供電設備如移動變電站、控制開關技術隨著煤炭技術發(fā)展，技術性能有所提升，但總體性能和技術水平與現(xiàn)場需求有較大差距，造成目前我國高產(chǎn)高效礦井采區(qū)工作面3.3kV供電設備仍以進口為主。因此，大采高綜放開采工作面供電系統(tǒng)關鍵裝備國產(chǎn)化研制須放在首位。為此，國家科技部將其列入“十一五”國家科技支撐項目進行了研發(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行了生產(chǎn)應用，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，供電系統(tǒng)運行安全可靠，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由移動變電站，通過負荷中心（3.3kV組合開關），向設備供電，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荷中心，通過連接法蘭組成一體，稱為動力中心（Power Center）。由動力中心向綜放工作面各采、運、支設備供電，并提供完善可靠的控制與保護。動力中心整體座落在帶牽引掛鉤的小車上，（單臺最大的）額定容量3150kVA，一次電壓10kV，二次可同時提供3.3 kV等多種工作電壓，減少設備數(shù)量，適應集約化礦井安全、高效開采。工作面設備供電參數(shù)見表1. 總功率達到了8033kW，是目前最大供電容量，其全部由四臺移動變電站等組成的聯(lián)合供電設備列車，隨工作面開采推進供電。

                                                表1

2.1采煤機供電回路

采煤機總功率為1945kW，由2500kVA/3.3采煤機動力中心（2路）1臺供電。采煤機動力中心包括三個部分：PBG60-630/10Y礦用隔爆型移動變電站用高壓真空開關、KJZ6-600/3300-2礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空組合開關、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采煤機動力中心

2.2前刮板輸送機供電回路

前刮板輸送機總功率1710kW，由2500kVA/3.3刮板輸送機動力中心（3路）1臺供電。其動力中心的組成比采煤機動力中增加了1路負載輸出，即配置了KJZ6-600/3300-3礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空組合開關。

2.3后刮板輸送機供電回路

后刮板輸送機總功率為2000kW，由3150kVA/3.3刮板輸送機動力中心（3路）1臺供電。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動力中心一樣。

2.4其它設備供電回路

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

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

2.5工作面及順槽設備控制系統(tǒng)

工作面前、后刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、膠帶輸送機等監(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、溫度等進行自動監(jiān)測配置了上海普昱泵站控制系統(tǒng)。其中安全閉鎖和運行聯(lián)鎖通過KJ50將采煤機與各設備聯(lián)通。

3供電系統(tǒng)實施特點

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

當綜放工作面裝機功率超過8000kW時，要求采、運、支等生產(chǎn)環(huán)節(jié)有機配合，協(xié)調(diào)動作，而原來常規(guī)的供電方式，因無法使工作面設備實現(xiàn)聯(lián)動控制，不能提供完善的保護功能，已無法滿足千萬噸級綜放工作面安全、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技術的系列化礦用組合開關的總體解決方案，完成千萬噸級綜放工作面供電與控制系統(tǒng)設計。確定礦用動力中心和負荷中心的工作電壓3300V，總工作電流600～1500A，2～14路輸出，對工作面采煤機、刮板運輸機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、乳化液泵等綜放設備進行起動、停止、反轉(zhuǎn)、雙速切換及主、從順序控制，并能對電動機及供電線路進行過載、短路、斷相、漏電、漏電閉鎖、高壓絕緣監(jiān)視、接觸器粘連、過壓、欠壓等保護。（為以后擴展使用內(nèi)置了國外JOY、Eickhoff公司生產(chǎn)的采煤機監(jiān)測、顯示裝置， 能對JOY公司的TTT耦合器進行運行控制、充液控制和狀態(tài)檢測，并將TTT耦合器的一些信息通過MODBUS協(xié)議在組合開關上顯示）。實現(xiàn)采煤機與運輸機間閉鎖；實現(xiàn)運輸機負荷狀況向采煤機的傳送；實現(xiàn)采煤機速度的自動控制。組合開關與移動變電站一起構(gòu)成了綜放工作面安全、高效、可靠的一體化供電系統(tǒng)。

4應用情況

該套供電設備常州聯(lián)力自動化科技有限公司、大同煤礦集團有限責任公司和中國礦業(yè)大學承擔研發(fā)，于2010年9月5 日使用于同煤集團塔山礦一盤區(qū)3～5號煤層8105工作面，工作面走向長2965.9m，傾斜長207.0m，煤厚12.18～18.17（14.81）m，容重1.45t/m3，可采儲量10895161.9t，皮帶巷：5500×3600mm（凈寬×凈高）回風巷：5500×3600mm（凈寬×凈高）。截止12月5日工作面推進了425m，最高日產(chǎn)達到了3.3萬噸,累計192.6萬t。圖4為后刮板輸送機供電動力中心井下使用情景。

 

圖4后刮板輸送機供電動力中心3150kVA/3.3井下使用情景

通過檢測和記錄表明供電系統(tǒng)及其設備運行正常，控制功能和安全保護措施準確可靠。動力中心具有的短路、過載、斷相、漏電、漏電閉鎖、過電壓、欠壓、高壓絕緣檢測、后備保護等功能和單臺3.3kV組合開關總工作電流1500A，所具有的漏電保護、高壓絕緣檢測、參數(shù)動態(tài)設置、在線檢測功能，以及具有全數(shù)字化處理、控制、保護、中文顯示、故障診斷、實時監(jiān)控與通訊功能在現(xiàn)場使用發(fā)揮很好的作用，為采、運、支設備合理運行提供了保障。實測供電功率值如圖4所示。

圖4實時功率圖

5結(jié)論

大容量綜合機械化工作面供電設備和系統(tǒng)，在我國的綜合機械化裝備中是比較薄弱的環(huán)節(jié)，但需求不少。國內(nèi)研究院所和廠家都在積極研發(fā)，本套≥11300kVA供電設備及系統(tǒng)研制與應用，為我國綜合機械化開采提供更經(jīng)濟合理的選擇供電設備。

作者簡介：陳廷理，男，1962年12月出生，1983年畢業(yè)于太原工學院，工程師，現(xiàn)任大同煤礦集團大斗溝煤業(yè)公司副董事長、黨委書記。

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