摘要：隨著綜采工作面的大型化，大功率異步電動(dòng)機(jī)使用越來(lái)越廣泛,設(shè)備起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊也日趨明顯，影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。新柳煤礦241103工作面在供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備選型及安裝過(guò)程中，分別采用軟起動(dòng)技術(shù)、提高供電電壓等級(jí)、變頻調(diào)速等方法來(lái)解決這一問(wèn)題，在實(shí)際使用中達(dá)到了預(yù)期效果，保證了供電的可靠性和設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足生產(chǎn)需要。
　　關(guān)鍵詞：綜采工作面，供電，電氣設(shè)備，變頻調(diào)速
　　0前言
　　隨著煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，采掘工作面機(jī)械化程度越來(lái)越高，機(jī)電設(shè)備的總裝機(jī)容量和單機(jī)容量在不斷增加，加快了工作面的推進(jìn)速度，這就要求采取走向長(zhǎng)度加長(zhǎng)，從而使供電距離增大，給供電帶來(lái)了新的問(wèn)題，新的要求。因?yàn)楣╇婋妷旱燃?jí)一定時(shí)，輸送的功率越大，電網(wǎng)的電壓損失越大，電動(dòng)機(jī)的端電壓越低，這就影響用電設(shè)備的正常工作。特別是在大型綜采工作面中，大功率電機(jī)以它強(qiáng)勁的動(dòng)力大大提高了工作面的產(chǎn)量。但是由于電機(jī)功率的逐漸增大，它對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的沖擊就越來(lái)越明顯，尤其是在煤礦井下使用的大部分為鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，它的起動(dòng)電流大，（一般為額定值的5~8倍，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩只為額定值的0.8~2倍）對(duì)電網(wǎng)沖擊影響較大。新柳煤礦241103工作面在設(shè)計(jì)之初就遇到了這樣問(wèn)題。
　　1、241103工作面電氣設(shè)備及供電情況
　　1.1工作面基本情況
　　新柳煤礦241103工作面是重點(diǎn)綜放工作面之一，該工作面走向1330m，長(zhǎng)198m。運(yùn)輸系統(tǒng)長(zhǎng)1500余米。設(shè)備總?cè)萘?287kW，變壓器總?cè)萘繛?050kVA，主要設(shè)備供電電壓等級(jí)為1140V、660V。單機(jī)最大功率為后部刮板輸送機(jī)2×400kW，轉(zhuǎn)載機(jī)功率為400kW，前部刮板輸送機(jī)2×315kW，采煤機(jī)600kW，破碎機(jī)250kW，1#乳化液泵250kW，2#乳化液泵250kW，1#噴霧泵45kW，2#噴霧泵45kW，頭部皮帶輸送機(jī)315kw，二部皮帶輸送機(jī)2×315kW。
　　1.2供電方式
　　該工作面的供電方式為：一條UGSP3×50+1×16/3電纜由四盤(pán)區(qū)變電所向運(yùn)巷移動(dòng)變電站供電，二條UGSP3×50+1×16/3、UGSP3×70+1×16/3電纜由四盤(pán)區(qū)變電所向材巷移動(dòng)變電站供電，由移動(dòng)變電站降壓至1140V供用電設(shè)備。
　　2、問(wèn)題的提出
　　(1)在實(shí)際的工作面供電中，運(yùn)輸系統(tǒng)具有負(fù)荷分散，而采面設(shè)備具有負(fù)荷集中的特點(diǎn)，如果設(shè)備全部采用直接起動(dòng)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大，設(shè)備的起動(dòng)與工作面的供電出現(xiàn)矛盾，直接影響整個(gè)采面的供電質(zhì)量。
　　(2)在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中電機(jī)能否直接起動(dòng)，取決于供電距離、電壓等級(jí)、電纜截面、電網(wǎng)容量的大小等。在選用的電動(dòng)機(jī)由移變供電時(shí)，不經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)其容量一般不宜超過(guò)變壓器容量的30％。經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)其容量則不宜超過(guò)變壓器容量的20％。
　　(3)以工作面設(shè)備為例，后部刮板運(yùn)輸機(jī)2×400kW雙機(jī)直接起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊就很?chē)?yán)重，不但影響同一處供電的其他設(shè)備，重載起動(dòng)時(shí)甚至?xí)�影響到井下盤(pán)區(qū)變電所。
　　(4)以帶式輸送機(jī)為例（功率2×315kW）全壓起動(dòng)按理論數(shù)值計(jì)算至少需要2100kVA電壓為1140V變壓器供電才能正常啟動(dòng)，這樣增加了空載損耗、功率因數(shù)降低、增大設(shè)備投入。既浪費(fèi)了設(shè)備，又因變壓器損失浪費(fèi)了電能。
　　3、問(wèn)題的解決
　　在241103工作面供電設(shè)計(jì)、安裝過(guò)程中，根據(jù)具體情況，對(duì)于工作面設(shè)備、運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備，根據(jù)性能及使用情況按如下方式予以解決。具體設(shè)備布置情況見(jiàn)表1。
　　表1241103工作面1140V系統(tǒng)設(shè)備供電及起動(dòng)方式一覽表

　　(1)對(duì)于功率相對(duì)較小對(duì)電網(wǎng)沖擊不大的設(shè)備采用直接起動(dòng)方式。如工作面破碎機(jī)250kW就采用帶延時(shí)直接起動(dòng)的方式。直接起動(dòng)即全壓起動(dòng)是一種簡(jiǎn)單的起動(dòng)方法，起動(dòng)時(shí)不需特殊的裝置，直接起動(dòng)操作簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在煤炭生產(chǎn)中多數(shù)異步電動(dòng)機(jī)一般采用這種方式起動(dòng)。
　　(2)對(duì)于功率較大并且能夠空載起動(dòng)對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不特別嚴(yán)格的電機(jī)采用降壓起動(dòng)方式。如運(yùn)輸系統(tǒng)中的后部刮板輸送機(jī)，由于礦用鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)不能采用在轉(zhuǎn)子電路中加入起動(dòng)電阻的方法改善起動(dòng)性能，只能靠降低外施電壓這種方式來(lái)達(dá)到減少起動(dòng)電流的目的。在煤礦井下工作面生產(chǎn)中由于要求調(diào)速條件不高，所以還是比較適用的，但這種方式起動(dòng)性能較差。我礦在241103工作面供電實(shí)際應(yīng)用中，為防止電機(jī)直接起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，采用浙江中煤礦業(yè)有限公司生產(chǎn)的QJZ-400/1140R型軟起動(dòng)器，這種設(shè)備起動(dòng)器以反并聯(lián)的三組大功率晶閘管為軟開(kāi)關(guān)，其軟起動(dòng)核心由改裝后的英國(guó)歐陸SSD-591傳動(dòng)控制器和監(jiān)控版RQD4-C組成，由ZCS-1或KCS系列帶速傳感器構(gòu)成速度反饋外閉環(huán)，電流反饋?zhàn)鳛閮?nèi)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，來(lái)控制大功率晶閘管元件，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程完成后，由監(jiān)控板RQD4-C控制旁路交流接觸器吸合，短接所有的晶閘管，是電機(jī)直接投入電網(wǎng)全壓運(yùn)行。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，具有磁力起動(dòng)器的所有保護(hù)功能。采用這種啟動(dòng)方式，電機(jī)起動(dòng)時(shí)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，起動(dòng)電流小，對(duì)電網(wǎng)沖擊不大。既減少了大功率電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，又保證了刮板輸送機(jī)起動(dòng)的平穩(wěn)。
　　(3)對(duì)于功率大、負(fù)荷集中、并且必須重載起車(chē)的電機(jī)采用提高電壓等級(jí)和變頻調(diào)速的方法來(lái)減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。如工作面皮帶輸送機(jī)最大功率2×315kW，起動(dòng)時(shí)要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，重載起車(chē)。因此選用唐山開(kāi)誠(chéng)電器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的ZJT型礦業(yè)隔爆兼本質(zhì)變頻調(diào)試裝置，ZJT系列隔爆變頻具備的保護(hù)功能過(guò)流、過(guò)/欠壓、過(guò)載、變頻過(guò)溫、電機(jī)過(guò)溫、內(nèi)部故障、漏電閉鎖、輸出短路保護(hù)、具有超導(dǎo)熱管散熱技術(shù)。選用的主要器件為高品質(zhì)進(jìn)口器件，IGBT為德國(guó)西門(mén)子半導(dǎo)體公司EUPEC分公司產(chǎn)品，630KW/1140V選用3300VDC400A三模塊并聯(lián)(最大工作能力可達(dá)750KW),總沖擊電流可達(dá)1800A，可形成啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定的2-3倍，這樣解決皮帶重載啟動(dòng)、大電流沖擊。控制系統(tǒng)采用無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)，軟件技術(shù)與德國(guó)合作開(kāi)發(fā)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用光纖驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在功率平衡方面，自動(dòng)調(diào)整各驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的功率分配，從而達(dá)到系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)。輸出電纜采用屏蔽電纜以消除變頻器輸出的高頻對(duì)其他電子設(shè)備的干擾。變頻器與操作控制室的信號(hào)良好隔離、采用屏蔽控制電纜連接。變頻內(nèi)部安裝輸入電抗器，以減小對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾。輸出電纜的長(zhǎng)度問(wèn)題，內(nèi)部配置正弦波濾波器，并加裝輸出電抗器，并改變軟件采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。使輸出電壓電流均為正弦波，降低了由于輸出電纜的影響造成的電機(jī)過(guò)電壓?jiǎn)栴}。1140V/630KW輸出電纜可長(zhǎng)達(dá)500米。由于工作面的供電距離較遠(yuǎn)，電壓波動(dòng)較為嚴(yán)重，為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件，改變控制軟件，變頻器的電壓波動(dòng)設(shè)置范圍可達(dá)到75%-125%，在該波動(dòng)范圍內(nèi)，變頻器自動(dòng)調(diào)整輸出電壓以保證輸出電壓的恒定，解決了電壓波動(dòng)問(wèn)題。通過(guò)改變電源頻率來(lái)改變交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的驅(qū)動(dòng)器。
　　(4)供電系統(tǒng)的完善。對(duì)于供電系統(tǒng)，針對(duì)241103工作面可采儲(chǔ)量180萬(wàn)t以上水平及工作面設(shè)備特點(diǎn)。選用雙回路電源供電，電源由四盤(pán)區(qū)變電所供電，四盤(pán)區(qū)變電所電源來(lái)自西辛莊35kv變電站603、604高壓開(kāi)關(guān)柜供電，正常情況下分列運(yùn)行，確保了供電可靠。
　　4、實(shí)際效果
　　241103工作面自2007年11月份正式投產(chǎn)以來(lái)，在各種設(shè)備頻繁起動(dòng)的情況下供電質(zhì)量仍保持良好，對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)沖擊不大，沒(méi)有波及到同一線路中的其它設(shè)備。每天產(chǎn)量保持在6000t水平。
　　5、結(jié)論
　　在新柳礦241103綜采工作面的供電優(yōu)化設(shè)計(jì)中，采用軟起動(dòng)技術(shù)、提高供電電壓等級(jí)、變頻調(diào)速等方法，不僅保證了供電質(zhì)量，而且還降低了電網(wǎng)輸電損耗。將來(lái)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求也日益增長(zhǎng)，煤炭事業(yè)的發(fā)展越來(lái)越快，設(shè)備越來(lái)越趨于大型化，根據(jù)設(shè)備的使用地點(diǎn)、具體參數(shù)、供電系統(tǒng)的情況，只有選擇合理的供電方案及電氣設(shè)備，才能滿足煤礦生產(chǎn)的需要。
　　參考文獻(xiàn)：
　　（1） 高亞軍.淺談采煤工作面的供電[J]科協(xié)論壇,2007(11)