煤矿地面供电系统的研究与设计.pdf

引言 随着煤矿生产技术的变革，井下工作面不断延 伸扩展，对煤矿供电系统网络的安全性与可靠性提 出新的要求[1]。根据国家煤矿安全监督局统计的数 据显示，由煤矿供电系统故障直接或间接引起的事 故， 在所有安全事故中的比例逐渐上升[2]。 如煤矿瓦 斯爆炸，其中一半以上的事故都是由于通风设备断 电， 造成井下瓦斯积聚， 而井下生产环境恶劣， 电气 设备或绝缘组件受到腐蚀后， 工作性能下降， 在二次 通电时极易造成绝缘击穿， 引起爆炸事故[3-4]。所以 对煤矿供电系统进行合理优化与设计，有助于提高 煤矿生产过程的安全性。本文将针对煤矿地面供电 系统进行研究与设计。 1供电系统特性与问题的分析 本文对影响供电系统安全性的因素进行总结， 具体包括 煤矿井上各主要电气设备 （提升机、 通风 机及空压机等） 与井下各主要电气设备 （采煤机、 皮 带运输机、 刮板输送机等） 电力分配的情况； 煤矿开 采方式与井田大小； 瓦斯等级及通风方式的选择； 矿 井生产能力； 综采工作面自动化程度[5]。 煤矿生产过程主要可分为六大系统，具体为提 升系统、 运输系统、 掘进系统、 综采系统、 通风系统与 排水系统[6]。 提升系统主要负责联系井上与井下， 运 输工人、 矸石与设备等， 其工作地点固定， 由地面变 电所直接供电， 完成周期循环的提升下降任务。 运输 系统主要负载将工作面的矿石、煤炭等物料运输到 井下车场， 将设备与材料从井上运输到工作面。 运输 系统主要包括皮带运输、刮板运输与其他辅助运输 方式等， 其中部分运输方式由地面变电所直接供电， 部分运输方式由各采区变电所供电。掘进系统与综 采系统为煤矿的两个基本环节， 分别负责井下巷道、 工作面的开拓与工作面的破煤、 转载等工作。 掘进系 统与综采系统供电距离长，通常采用变电站或移动 变电站对工作面机电设备供电。通风系统负责排放 与抑制瓦斯等有害气体与煤尘，向工作面输送新鲜 空气等任务，排水系统负责将井下掘进工作面等渗 出的地下水排放到井上， 避免积水威胁生产安全。 通 风与排水系统根据设备安装位置的不同，供电来源 不同， 如主通风机由地面变电所直接供电， 局部通风 机由各采区变电所供电。无论各系统是否由地面变 电所直接供电， 一旦地面供电系统瘫痪， 矿井将无法 生产， 甚至引起瓦斯积聚、 透水积水等事故， 所以对 煤矿地面变电所进行合理分析设计是十分重要的[7]。 由上节所述，煤矿地面供电系统应当首先保障 通风系统与排水系统的供电需求与安全，避免危险 事故的发生。 除此之外， 系统还应当考虑各电网的短 路问题与电气设备的保护措施等。 供电系统中最危险的是短路故障，当系统电网 中某一线路短路时， 将形成上万安的短路电流， 在短 时间内破坏电气设备， 引起火灾与爆炸等危险事故。 所以， 为了提高煤矿整个供电系统的安全， 应当安装 电流保护系统， 监测供电网络中电流参数的变化， 通 过设定各线路的阙值，实现供电系统网络的速断保 护与过流保护等功能。 2供电系统结构分析与方案设计 煤矿供电系统采用分层结构，分为井上部分与 井下部分， 本节将主要介绍井上供电系统， 即从地面 变电所电源端到各 6 kV 线路末端。地面变电所负责 接收电能，并将电能合理分配到主要电气设备与采 区变电所等。本文所设计的地面变电所由下页图 1 煤矿地面供电系统的研究与设计 邬瑞 （西山煤电集团公司杜儿坪矿， 山西太原030022） 摘要 针对煤矿地面供电系统的主要工作对象， 提出了一种供电系统方案。首先分析煤矿供电系统的特性， 研 究了六大生产系统的供电需求与问题， 其次针对存在的问题提出了一种供电系统方案， 对一种电源快速切换装 置进行了选型设计， 可保证通风系统与排水系统的不间断工作， 最后设计介绍了供电系统的保护方案， 实现供 电网络的继电保护功能。供电系统提高了容错率， 当某一支路断电时， 仍能保障矿井生产系统安全稳定的工作。 关键词 供电系统快速切换继电保护 中图分类号 TD612文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 05-0021-02 收稿日期 2020-03-19 作者简介 邬瑞 （1984） ， 男， 本科， 毕业于太原理工大学机械工 程及其自动化专业， 机电工程师。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.05.009 总第 205 期 2020 年第5 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 205 No.5， 2020 设计理论与方法 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 所示， 包括 35 kV 线路与 6 kV 线路。变电所设有进 线端两路电源与两台主变压器设备，通过隔离开关 与断路器将两部分跨接起来，控制开关刀闸的状态 实现供电线路与变压器的切换。本文在 35 kV 母线 设有 FZ 避雷器与 TV 电压互感器， 起到监测保护的 作用。系统通过变压器 T1 与 T2 将 35 kV 转换为 6 kV 电压， 满足煤矿提升机、 通风机、 工人村用电与井 下用电需求。本文在 6 kV 母线两端设置 FB 型避雷 器与 TV 三相电压互感器， 负责监视， 保护 6 kV 供电 线路。 本文为了保证通风系统与排水系统的不间断工 作， 选型设计了一种电源快速切换装置。PCS-9655S 为南京南瑞继保电气有限公司生产的一款电源切换 装置， 当某一支路电源发生故障时， 可通过手动与自 动的方式切换该支路的供电电源。PCS-9655S 装置 采用 32 位 CPU， 易于扩展维护， 具有良好的人机交 互界面， 灵活的通讯方式， 支持 RS485 串口通信与 以太网通信， 抗干扰能力强， 可满足煤矿地面变电所 的控制需求[8]。 3供电系统保护方案的设计 本文设计的继电保护方案如图 2 所示，由保护 装置、 测控装置、 交换机、 智能终端与互感器等设备 组成。 本文选用的互感器为电子式， 测量线路中电流 与电压信号， 相对于传统互感器， 电子式互感器结构 简单、 质量轻、 故障测量的准确率高， 有益于系统的 集成。合并单元的功能是将电流信息与电压信息合 成， 利用时钟装置传递的信号， 将合并后的信息打上 时间标签传输到保护装置，减少了互感器于保护装 置之间的接线工作。同步时钟装置的功能是为系统 的信号采集与传输提供时间基准，保证信息传输的 有序性与有效性，并且可在事故分析中记录断路器 状态、 线路电流与电压变化等。 交换机作为保护系统 的中枢神经， 将传统电缆传输替换为以太网传输， 建 立可靠的信息传输渠道，保证局域网与远程终端的 信息传输。 智能终端主要有两个功能接收保护装置的控 制信息， 实现对断路器的状态控制； 向测控装置上传 信息， 方便工程师对断路器状态的远程监控。 保护装 置主要负责采集信号的处理与分析工作，通过与系 统设定阙值的比较， 判断电网线路是否出现故障， 并 将控制信息传输到智能终端。测控装置负责将测量 信号上传与调度到站控层， 方便工程师的远程控制， 并通过控制回路对断路器的分合状态与储能情况进 行监控。 4结语 本文设计的煤矿地面供电系统方案， 以及电源 快速切换装置， 在系统供电支路发生故障时， 可保 证煤矿的生产安全系统快速高效的切换电源， 实现 不间断工作。继电保护系统可完成供电系统的信息 采集、 故障诊断与自动切换等工作， 实现供电线路 的速断保护与过流保护等， 保障供电系统安全稳定 的工作。 参考文献 [1]田秋香， 田培成， 陈国强.矿用隔爆型移动变电站在煤矿供电中 的应用与发展[J].煤炭工程， 2004 （12） 40-41. 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[5]朱耀祥， 浦林祥.现代夹具设计手册[M].北京 机械工业出版社， 2010. （编辑 胡玉香） 61.9800 61.9850 61.9900 61.9950 62.0000 LA187LA149LA152LA143LA211LA208LA116 压销前 压销后 零件编号 图 8内孔孔径压销前后趋势图 Analysis of Gear Pin Pressing Process Mu Wenhui （China Heavy Auto Datong Gear Company, Datong Shanxi 037000） Abstract In view of the engine power, environmental protection, safety, economy, stability and low noise has become the engine design and manufacturing process must pay attention to the perance, a novel engine crankshaft gear machining . The machining solves the problems of special parts, deation in special working procedure and poor assembly of crankshaft gear and flywheel of automobile engine. It has the practicability of solving the problems of machining and assembling crankshaft gear and solving the problems of engine crankshaft pin hole installation and crankshaft flywheel group installation. Key words press process; crankshaft connection; process upgrade Research and Design of Coal Mine Ground Power Supply System Wu Rui （Du’ erping Mine of Xishan Coal and Power Group Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030022） Abstract Aiming at the main working object of coal mine ground power supply system, a power supply system scheme is proposed. Firstly, the characteristics of power supply system in coal mine are analyzed, the demand and problems of power supply in six production systems are studied, then a power supply system scheme is put forward for the existing problems, and a power supply quick switching device is selected to ensure the uninterrupted work of ventilation system and drainage system. Finally, the protection scheme of power supply system is introduced to realize the relay protection function of power supply network. The power supply system improves the fault tolerance rate, and can still ensure the safe and stable work of the mine production system when a certain road is cut off. Key words power supply system; quick switching; relay protection （上接第 22 页） Study on Operation Characteristics of Circulating Fluidized Bed Boiler Li Zhiqiang （Yangquan Coal Chemical Group Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030006） Abstract Aiming at the pollution of environment caused by sulfide, nitrogen oxide and other harmful gases and particles in the process of coal combustion and utilization, and 450 t/h circulating fluidized bed boiler is taken as the research object. Based on the analysis of its key parameters and system composition, the simulation model of steam, wind smoke, fuel and combustion analysis system is put forward. Key words CFB boiler; fluidization effect; fluidized air volume; bed pressure; operating characteristics （上接第 65 页） 68