望云煤矿供电系统设计.pdf

2023 年 8 月2023 年第 8 期望云煤矿 15102 工作面一切眼长为 145 m，二切眼长为 179.5 m，151021 巷长为 1 643.6 m（顺槽皮带巷），151022 巷长为 1 670 m（回风巷）。采煤机的型号为MG300/730-WD，额定功率 730 kW，额定电压 1 140 V，额定电流 206 A。交流牵引电机 2 台，每台额定功率50 kW，额定电压 380 V，额定电流 97 A。泵站电机1 台，额定功率 30 kW，额定电压 1 140 V，额定电流19.5 A。前刮板输送机的型号为 SGZ 764/400，额定功率 2200 kW，额定电压 1 140 V，额定电流 123.5 A，功率因数 0.88；后刮板输送机采用山西多尔晋泽煤机股份有限公司生产的 SGZ 800/800 型刮板输送机，总装机功率 2400 kW，机头和机尾电机额定功率 400 kW，额定电压 1 140 V，额定电流 226 A，功率因数 0.9。为了保证安全生产，需要选择合适的供电设备和保护设备。1工作面供电设备选择望云煤矿 15102 工作面电源来自井下 5#层采区变电所（1109#，1111#，1112#），电压等级为 10 kV，工作面所有设备的电压等级均为 1 140 V。根据设备的装机总功率和分布情况，拟采用 6 台移动变电站进行供电。15102 工作面的主要负荷如表 1 所示。1.1移动变电站由于采煤机的装机总功率达到了 730 kW，单机容量较大，为了保证用电安全，用单台移动变电站来供电。按需用系数法计算移动变电站的容量和数量。15102 工作面的需用系数可以由式(1)确定1-2：Kx=0.4+0.6Pd移Pe，(1)式中：Kx为需用系数；Pd为最大一台电动机功率的数值，单位 kW；移Pe为用电设备额定功率之和的数值，单位 kW。移动变电站的容量可以由式(2)确定3-4：Sca=Kx移PNcos 渍wm，(2)收稿日期：2022-11-14作者简介：郭小卫袁 1983 年生袁 男袁 山西高平人袁 助理工程师袁 主要从事采矿工程及煤矿智能化开采技术方面的研究遥望云煤矿供电系统设计郭小卫（山西兰花科技创业股份有限公司望云煤矿分公司，山西 高平 048400）摘要：供电系统对于煤矿开采十分重要袁 需要进行合理的设计遥 结合望云煤矿 15102 工作面的具体情况袁 分析了工作面供电设备选择和高压开关整定参数遥 对于供电设备的选择袁 重点分析了移动变电站尧 高压配电装置和供电线缆的选择遥 此次研究可以为煤矿供电系统设计提供一定的参考遥关键词：煤矿开采曰 供电系统曰 移动变电站曰 高压配电装置中图分类号：TD611文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)08-0015-03Design of Power Supply System for Wangyun Coal MineGUO Xiaowei(Wangyun Coal Mine Branch Company,Shanxi Lanhua Sci-tech Venture Co.,Ltd.,Gaoping 048400,Shanxi,China)Abstract:The power supply system is very important for coal mining and requires reasonable design.Based on the specificsituation of the 15102 working face of Wangyun Coal Mine,this paper analyzed the selection of power supply equipment and thesetting parameters of high-voltage switches in the working face.For the selection of power supply equipment,it focused onanalyzing the selection of mobile substations,high-voltage distribution devices,and power supply cables.This study can provide acertain reference for the design of coal mine power supply systems.Key words:coal mining;power supply system;mobile substation;high-voltage distribution device（总第 215 期）能源产业设备名称设备型号额定功率/kW数量额定电压/V备注采煤机MG300/730-WD7301 台1 140前刮板输送机SGZ 764/4004001 台1 140后刮板输送机SGZ 800/8008001 台1 140转载机SZZ 800/3153151 台1 140破碎机PLM-15001601 台1 140乳化液泵BRW 315/31.52002 台1 140 一备一用喷雾泵BPW 320/161252 台1 140 一备一用顺槽皮带DSJ 100/90/3 伊 3159451 台1 140回柱绞车JH-1418.5 1 台1 140张紧车JH-1418.5 2 台1 140表 115102 工作面主要负荷统计152023 年第 8 期2023 年 8 月式中：Sca为变电站的容量；PN为设备的功率；cos 渍wm为电网的功率因数，不低于 0.8。1 号移动变电站拟向顺槽皮带巷用电设备供电，其计算负荷为 551 kV A，选取 1 台 KBSGZY-800/10/1.2型移动变电站，额定容量为 800 kV A（551 kV A），满足供电的需求；2 号移动变电站拟向两巷用电设备供电，其计算负荷为 93 kV A，选取 1 台 KBSGZY-500/10/1.2 型移动变电站，额定容量为 500 kV A（93 kV A），满足供电的需求；3 号移动变电站拟向采煤机供电，其计算负荷为 593 kV A，选取 1 台 KBSGZY-800/10/1.2型移动变电站，额定容量为 800 kV A（593 kV A），满足供电的需求；4 号移动变电站拟向后刮板输送机供电，其计算负荷为 751.5 kV A，选取 1 台 KBSGZY-1000/10/1 型移动变电站，额定容量 为 1 000 kV A（751.5 kV A），满足供电的需求；5 号移动变电站拟向转载机、乳化液泵、破碎机、阻化剂泵、照明综保供电，其计算负荷为 571 kV A，选取 1 台 KBSGZY-800/10/1.2 型移动变电站；6 号移动变电站拟向前刮板输送机供电，其计算负荷为 589.8 kV A，选取 1 台KBSGZY-800/10/1.2 型移动变电站。1.2高压配电装置高压配电装置选定为采区变电所（1109#，1111#，1112#）高压开关，额定电压 10 kV。其中，1109#，1111#高压配电装置给 15102 综采设备列车 4 台移动变压器供电，1112#高压配电装置给 15102 综采配电点2 台移动变压器供电；高压配电装置额定电流应大于变压器的最大长时间工作电流。配电点 1109#，1111#，1112#高开额定电流计算式为：Ie=Se3姨Ue，(3)式中：Ie为额定电流的数值，单位 A；Se为负荷容量的数值，单位 kV A；Ue为额定电压的数值，单位 kV。配电点 1109#高开额定电流Ie=1 6553姨伊 10 95A200A，配电点 1111#高开额定电流Ie=1 3933姨伊 1080A 200A，配 电 点 1112#高 开 额 定 电 流Ie=7833姨伊 10 45A 200A。三相短路稳态电流为：ISS=Sbr3姨U=50 伊 1063姨伊 104 2 887A，(4)式中：ISS为稳态电流的数值，单位 A；Sbr为稳态功率的数值，单位 V A；U为供电电压的数值，单位 V。根据计算结果选择高压配电装置能满足要求。高压开关使用的 PJG-200（100，50）/10Y 型矿用隔爆兼本质安全型永磁机构高压配电装置，相关参数如下：额定短路开断电流 12.5 kA，额定短路耐受电流 12.5 kA，额定峰值耐受电流 31.5 kA。图 1 所示为 PJG-200/10Y型矿用隔爆配电装置实物图。图 1PJG-200/10Y 型矿用隔爆配电装置实物图开断能力、热稳定性校验：ISS=I(3)s=2.887 kA 12.5 kA。其中，I(3)s为三相短路电流的数值。动稳定性校验：最大三相短路电流稳态值 2.887 kA，冲击系数Kah=2.55，该开关承受的最大短路电流冲击值iim=2.55ISS=2.552.887 7.4 kA 31.5 kA。所选高压配电装置（见表 2）的分断能力和动、热稳定性均满足要求。表 2高压配电装置选择结果表1.3高压电缆根据设计规定及矿用高压电缆选型，初选 MYPTJ型矿用移动金属屏蔽监视型橡套软电缆，井下高压电缆敷设的实际长度应比巷道计算长度多 10%余量5-6。1)电缆型号确定。1109#高压配电装置向 2 台移动变电站供电的总负荷电流为：Imax=Ica=Kde移PN伊 1033姨Uecos渍wm=0.54 伊 1 655 伊 1033姨伊 10 000 伊 0.864 A，(5)式中：Imax为最大电流的数值，单位 A；Ica为变压器电流的数值，单位 A；Kde为不均衡系数；Ue为额定电压的数值，单位 V。为此，1109#高压电缆选取的 MYPTJ-3伊50+3伊25型电缆的长度为 1 800 m。1111#高压配电装置向 2 台移动变电站供电的总负荷电流为：Imax=0.53伊1393伊1033姨伊10000伊0.8 53 A，为此，1111#高压电缆选取的 MYPTJ-3伊50+3伊25 型电缆的长度为 1 800 m。1112#高压配电装置向 2 台移动变电站供电的总负荷电流Imax=0.64伊783伊1033姨伊10000伊0.8 36 A，为此，1112#高控制负荷名称型号额定电流/A 额定电压/kV备注1109#高开PJG-20020010采区变电所1111#高开PJG-20020010采区变电所1112#高开PJG-10010010采区变电所162023 年 8 月2023 年第 8 期压电缆选取的 MYPTJ-3伊50+3伊25 型电缆的长度为 150 m。2)按经济电流密度选择电缆截面。电缆截面面积计算式为：Ae=Ica/Jed，(6)式中：Ae为电缆截面积的数值，单位 mm2；Jed为电流密度的数值，单位 A/mm2。1109#高压电缆：Ae=64/2.25 28 mm2。1111#高压电缆：Ae=53/2.25 24 mm2。1112#高压电缆：Ae=36/2.25=16 mm2。3)按长时最大允许负荷电流校验。查表可得，MYPTJ-3伊50+3伊25 型电缆的长时最大允许负荷电流IP=210A，1109#，1111#，1112#高压电缆长时最大负荷电流分别为Ica=64A（210A），Ica=53A（210A），Ica=36A（1.5。1111#高开灵敏度系数：Kr=5 7418.75100 6.6 1.5。1112#高开灵敏度系数：Kr=4 1698.7560 7.9 1.5。1109#，1111#，1112#高开灵敏度系数均符合要求。3结束语结合望云煤矿 15102 工作面的具体情况，分析了工作面供电设备的选择，计算了高压开关设备的保护整定值，为煤矿供电系统中关键设备的选型提供了具体的方法，可以为煤矿供电系统的设计提供一定的参考。参考文献：1白伟伟.双柳煤矿工作面供电系统的设计 J.煤炭与化工，2022，45(9)：58-60.2张瑞斌.矿山供电系统技术改造及优化 J.能源与节能，2022(5)：144-146.3朱小军.煤矿井下供电智能监控系统设计与研究 J.机械工程与自动化，2022(2)：195-196.负荷名称机械强度要求最小截面积/mm2长时负荷电流/A初选标准截面积/mm2长度/m采煤机50 耀 9519070300刮板输送机（前）25 耀 5011570300刮板输送机（后）25 耀 5018170300转载机25 耀 501155090破碎机25 耀 507550130乳化液泵16 耀 351265025喷雾泵6 耀 16903515顺槽皮带25 耀 501157070表 3选择的低压电缆参数（下转第 22 页）郭小卫：望云煤矿供电系统设计172023 年第 8 期2023 年 8 月率最高在 12 月，高达 31.18%，最低在 5 月，为 0.26%；气象站数据在全年偏差率最高在 6 月，为-22.75%，偏差率最低在 10 月，为-1.06%。从数据整体分析，模拟发电小时数最高偏差率为 12 月 SolarGIS 数据库数据，为 31.18%，最低偏差率为 5 月 SolarGIS 数据库数据，为 0.26%。从全年发电小时数偏差分析，SolarGIS 数据库数据模拟发电小时数偏差率最高，为 4.84%，其次为 Meteo-norm 软件数据，偏差率为 3.88%，NASA 数据偏差率为-0.75%，气象站数据偏差率最低，为-0.17%。5结论主要以西北天水地区 A 光伏发电项目为例，采用PVsyst 软件，借助 Meteonorm 软件数据、NASA 数据、SolarGIS 数据库数据、气象站数据进行模拟研究，并与实际光伏电站辐照量与发电小时数进行了对比研究分析。主要得出以下结论。1)4 类光资源数据与实际光伏电站各月水平面辐照量变化趋势基本一致，其中 Meteonorm 软件数据趋势与实际光伏电站各月水平面辐照量趋势最接近。2)从各月光资源数据分析，4 类光资源数据与实际光伏电站各月水平面辐照量偏差率最高为 12 月SolarGIS 数据库数据，达 25.43%，偏差率最低为 9 月NASA 数据，仅为 0.15%。3)从全年光资料数据分析，4 类光资源数据与实际光伏电站实测水平面总辐照量相比，气象站数据偏差率最高，为-1.88%，SolarGIS 数据库数据偏差率最低，为 1.56%。4)从全年发电小时数分析，气象站数据模拟发电小时数与实际光伏电站发电小时数最接近，偏差率为-0.17%，而 SolarGIS 数据库数据偏差率最高，为 4.84%。Meteonorm 软件数据模拟发电小时数与实际光伏电站发电小时数偏差率为 3.88%，NASA 数据模拟发电小时数与实际光伏电站发电小时数偏差率为-0.75%。参考文献：1黄强，郭怿，江建华，等.“双碳”目标下中国清洁电力发展路径 J.上海交通大学学报，2021，55(12)：1499-1509.2刘孝敏，刘叶瑞，杨庆，等.基于 METEONORM 的甘肃地区太阳能短期蓄热系统集热器补偿面积比模拟分析 J.建设科技，2016(17)：86-89.3龚强，徐红，蔺娜，等.辽宁省太阳能资源评估及 NASA 数据适用性分析 J.中国电力，2018，51(2)：105-111.4李光伟，胡延龙.基于数字规划技术的孟加拉国吉大港区域可再生能源资源评估及开发潜力分析 J.四川水力发电，2019，38(6)：126-132.5GEEKIAYANGE V，ASHAN I.Validation of Meteonorm8 for energyestimation of solar power plants in Sri Lanka，using PVsyst soft-ware C/2021 3rd International Conference on Electrical Enginee-ring(EECon).Colombo：IEEE，2021.6胡小韦.太阳辐射气象站实测数据与 NASA 数据对比分析：以吐鲁番地区光资源为例 J.西北水电，2016(3)：75-78.7申彦波.我国太阳能资源评估方法研究进展 J.气象科技进展，2017，7(1)：77-84.8譒U忆RI M，CEBECAUER T.SolarGIS：New web based service offeringsolar radiation data and tools for Europe，North Africa and MiddleEast C/EuroSun 2010.Graz：IEA SHC，2010.9杨刚，陈鸣，姚少雄，等.太阳能光伏发电系统数据采集和测试平台 J.微计算机信息，2009，25(10)：86-88.10 SALMI M，BACI A B，INC M，et al.Desing and simulation of anautonomous 12.6 kW solar plant in the Algerias Msila regionusing PVsyst software J.Optik，2022，262：169294.11ALYANA，RAHIM NA，MUBIN M，etal.New topologythreephasemultilevel inverter for grid-connected photovoltaic system C/2014 IEEE 23rd International Symposium on Industrial Electro-nics(ISIE).Istanbul：IEEE，2014.12FRISCH M，TEMESI E，韩军，等.最新高效率光伏逆变器拓扑结构及功率器件介绍 J.变频器世界，2009(3)：31-36.13马琳，孙凯，TEODORESCU R，等.高效率中点钳位型光伏逆变器拓扑比较 J.电工技术学报，2011，26(2)：108-114.14 JAIN P，AGARWAL V，MUNI B P.Hybrid phase locked loopforcontrolling centralized lnverters in large solar photovoltaic powerplants C/2016 IEEE International Conference on Power Ele-ctronics，Drives and Energy Systems(PEDES).Trivandrum：IEEE，2016.15 FAMOSO F，LANZAFAME R，MAENZA S，et al.Performancecomparison between micro-inverter and string-inverter photo-voltaic systems J.Energy procedia，2015，81：526-539.16 XIAO X，XIE N，ZHOU Y Y，et al.Study on high voltage grid-connected PV inverter based on modular multilevel converter C/2018 International Conference on Power System Technology（POWERCON）.Guangzhou：IEEE：2018.（编辑：高志凤）4张军.杭来湾煤矿超大采高综采工作面供电系统设计 J.现代工业经济和信息化，2022，12(2)：57-60.5张浩，赵曰铭.分析煤矿供电系统和电气设备的保护 J.中国设备工程，2022(2)：203-204.6李琦.刍议煤矿井下采区供电系统设计技术要点 J.当代化工研究，2021(13)：31-32.7马燕庆.临汾宏大豁口煤矿矿井自动化供电系统设计研究 J.山东煤炭科技，2021，39(3)：119-120.8靳瑞俊.煤矿井下分区供电关键技术研究及应用 J.中国设备工程，2021(3)：217-218.9牛晓东.煤矿井下采区供电系统设计技术要点 J.当代化工研究，2020(4)：24-25.10郝计娥.煤矿井下供电系统设计与实现 J.当代化工研究，2020(2)：65-66.（编辑：刘晓芳）（上接第 17 页）22