地面排矸帶式輸送機的電氣設計實踐與思考

韓萍

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2104-5042-0156

摘? 要：地面排矸帶式輸送機的驅動電機是煤礦地面生產系統中較大的電力負荷，負荷級別較高。為實現安全可靠供電，兼顧節能要求，電氣設計中需要合理確定供配電系統形式、配電室的選址及平面布置等，使設備運行在經濟狀態，并做好防雷和接地等安全措施。現以一個設計實例為參考，探討地面排矸帶式輸送機的電氣設計思路和采取的有效措施。

關鍵詞：排矸帶式輸送機? 配電系統? 電氣節能? 配電室平面布置

中圖分類號：TD612? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）03（b）-0039-04

Case Analysis on Electrical Design of Dumping Belt Conveyor in Surface Mine

HAN Ping

（Huaibei Industrial Architectural Design Institute Co.， Ltd.， Huaibei， Anhui Province， 235000 China）

Abstract： Drive motors of dumping belt conveyor is major electric load in surface production system of coal mine， being in upper grade of load classification. For optimizing design scheme， it is necessary to collect the appropriate power supply and distribution system， the location and layout plan of substation and security protection measures， keeping system running in a condition of safety， reliability， economy and energy saving. Taking a design example as a reference， this paper discusses the electrical design ideas and effective measures of dumping belt conveyor in surface mine.

Key Words： Dumping belt conveyor; Power distribution system; Electrical energy saving; Layout of power distribution room

地面排矸帶式輸送機作為煤礦排矸系統的“最后一公里”，其安全可靠的運行有著重要的意義。現以某煤礦地面排矸帶式輸送機的電氣工程設計為例，探討設計過程中為實現對帶式輸送機的可靠供電、保障其安全穩定運行所采取的方法和措施。

1? 供電電源

1.1 電壓等級

該工程帶式輸送機總長約700 m，經機制專業設計的設備選型計算后確定設2臺驅動電機，每臺功率均為160 kW[1]。從電氣節能的角度考慮，電動機功率范圍在200～350 kW之間，選擇交流660 V較為節能。確定驅動電機的供電電壓等級為交流660 V。

1.2 負荷級別

根據《礦山電力設計規范》（GB50070-2020）中礦山電力負荷分級的相關規定，該工程電氣設備為二級負荷，由兩回線路供電[2]。輸送機的驅動電機靠近輸送機機頭，離機尾的井口房配電室較遠，因此設計選擇進線電源6 kV高壓引入，取自距離驅動電機位置更近的地面35 kV變電所內6 kV側不同母線段。

2? 配電系統

2.1 高壓配電系統

2.1.1 選擇變壓器容量

表1列出了該輸送機的各用電負荷情況，其中2臺驅動電機為主要的長時運行負荷。取保證最大負荷同時運行的極端情況，每臺變壓器的容量保證所有二級負荷的用電并且運行在經濟負載率狀態，經負荷計算，選擇2臺變壓器容量均為630 kVA，一用一備[3]。

2.1.2 確定高壓配電方案

根據《煤炭工業礦井設計規范》（GB 50215-2015）規定，礦井地面6 kV配電系統應簡單可靠。作為地面高壓配電系統6 kV電壓的第2級配電，該系統在保證可靠供電的情況下采用最簡配電方案：雙進線、單母線、單PT。即雙進線為一用一備，進線斷路器閉鎖，省去聯絡開關，母線不分段，單臺PT提供電壓測量和保護。

2.1.3 繪制高壓配電系統圖

根據方案，設置5臺高壓配電柜：2臺進線柜、1臺PT柜、2臺饋出柜，圖1為高壓配電系統圖（一次）。

2.1.4 高壓配電柜要求

除高壓配電柜的一般要求外，還應注意：未設聯絡柜，故兩臺進線柜要設電氣合閘閉鎖;為保證操作電源的可靠供電，另設置1臺壁掛式直流屏，以提供操作小母線直流220 V電源;進線柜內微機綜合保護裝置選用線路保護型，饋出柜內則選用變壓器保護型;對于6～35 kV中性點不接地電網，為保護電壓互感器，消除諧振，PT柜中還應設置消諧器。

2.2 低壓配電系統

低壓配電系統見圖2。共設6臺低壓配電柜。兩臺變壓器為一用一備，為簡化系統，也是省去聯絡柜，即兩臺進線柜中的斷路器實現合閘閉鎖。設置控制變壓器的目的是向接觸器控制回路、PLC柜等提供控制電源。要求所有饋出回路均安裝合閘指示燈，均設漏電跳閘功能。低壓柜面板上設各電機回路的轉換開關（集控/就地/零位）及啟停控制按鈕，以方便控制轉換。

地面660 V配電系統常采用中性點經高電阻接地方式，通過調整接地電阻值，限制電弧接地過電壓的同時，兼顧繼電保護裝置的選擇性。向輸送機驅動電機供電的回路設置軟起動裝置以保證起動過程的平穩，額定運行時用接觸器將軟起動裝置短接即可。因為此處運矸量較為穩定，未設置變頻調速裝置。

2.3 電氣節能措施

電氣節能是變配電系統設計中的重要方面。此例中主要從以下4個方面考慮。

2.3.1 提高電能質量

為減少諧波源和諧波量，首先將變壓器選為D/Y接線方式，其次考慮到該輸送機運量較穩定，可能長期運行在工頻電源狀態，調速要求不高，故未設變頻裝置起動。選用SCB12型低損耗節能干式變壓器，減少變壓器的電壓降，提高功率因數。

2.3.2 配電系統節電設計

配電系統設計采取了有效的節能措施。例如：高壓深入負荷中心，縮短低壓供電半徑，減少線路損耗;采用660 V供電系統相較普遍采用的380 V系統具有輸電能力強、電能損耗低的優點;合理選擇變壓器容量和電纜截面，兼顧節約金屬材料和降低電能損耗的節能需要[4]。

2.3.3 照明節能

各燈具均選用高效節能型，排矸走廊沿線各燈具選用防爆型，除安裝在機頭、機尾、驅動裝置及輸送機搭接等處外，其余沿走廊每100 m安裝1盞。

2.3.4 計量管理

在高壓饋出柜及低壓進線柜均設置計量電能表并遠傳，納入煤礦能效管理系統。

3? 配電室選址及平面布置

3.1 選址

配電室選址時首先避開多塵、潮濕、振動、火災危險等環境場所。現場考察后將配電室布置在輸送機驅動電機附近，使高壓深入負荷中心，進出線便利，而且節能、供電質量高[5]。

3.2 平面布置

配電室內設置5臺高壓配電柜、2臺變壓器和6臺低壓配電柜。隨著自動化程度的提高，輸送機的集控裝置集中度更高，現場只需設置1臺PLC集控柜，省去了就地操作的人工控制臺，控制信號上傳至排矸系統的總控裝置[6]。因此為節約土地，不再單設控制室，將輸送機的集控PLC柜也安裝在此配電室內。經過方案比較，確定配電室的平面布置，如圖3。

高、低壓配電柜雙排面對面布置，干式變壓器的金屬防護外殼選用IP3X等級，可以與低壓配電柜貼鄰布置。各柜后維護通道均設為1.2 m，柜側通道不小于1.2 m，柜前操作通道為2.4 m，各通道距離均符合安全凈距要求。在操作通道兩側設置外開門，符合疏散要求，寬門可用于進出及日常維護設備使用，窄門用于人員出入。高、低壓配電柜后設電纜溝，配電室內電纜沿電纜溝敷設。溝寬0.6 m，與各柜柜底的基礎溝相連通，用于電纜從柜內引出。兩側盡頭應預埋鍍鋅鋼管引出室外，用于穿設進出配電室的電纜。預埋管口略向室外找坡，做好防水措施。電纜溝內高、低壓電纜應安裝在不同層的電纜支架上。

4? 防雷與接地

4.1 防雷

因配電室所處地域開闊，建筑物較少，提高系數后設置第三類防雷。接閃器采用避雷帶，敷設于屋頂突出的屋檐及屋脊上。接閃器與各引下線可靠焊接。

輸送機走廊則利用金屬結構做接閃器，將各金屬結構連成一個電氣通路，并與基礎及接地裝置可靠連接。

4.2 接地

采用聯合接地系統，保護接地和防雷接地合并，實測接地電阻不得大于1Ω。配電室的接地裝置利用結構基礎樁及底板內主鋼筋做接地體并將引下線與接地體鋼筋可靠焊連。接地連接線采用40×4熱鍍鋅扁鋼在基礎底板處環行敷設（圈梁內可利用鋼筋通長焊接），與所有經過的柱內主鋼筋焊接。接地裝置圍繞建筑物敷設成環形接地體。輸送機走廊沿途各支柱利用基礎鋼筋做接地，土建施工時，每根鋼柱均用不小于φ10的鋼筋或圓鋼將基礎鋼筋和地腳螺栓可靠焊接;沿途每100 m做一次重復接地。該系統應設置總等電位聯結，包括各電氣設備的金屬外殼、金屬管道及結構、所有進出建筑物的預埋鋼管等。具體做法參見圖集《接地裝置安裝》（14D504）和《等電位聯結安裝》（15D502）。

5? 結語

綜上，地面排矸帶式輸送機作為大功率電力負荷，根據電機功率選用660 V或1140 V配電系統，高壓6 kV或10 kV深入負荷中心，并合理選擇電氣設備和材料，供電系統更可靠、更節能。

參考文獻

[1] 王笑，朱文秀，陳歡.鄂莊煤礦雙向帶式輸送機的改進與應用[J].科技創新導報，2018（4）：94-95.

[2] 住房和城鄉建設部.礦山電力設計標準：GB 50070-2020[S].北京：中國計劃出版社，2020：4，37.

[3] 張悅.帶式輸送機電氣控制系統設計與研究[D].西安科技大學，2018.

[4] 中國航空規劃設計研究總院有限公司.工業與民用供配電設計手冊[M].4版.北京：中國電力出版社，2016.

[5] 侯玉華.選煤廠配電柜及矸石運輸系統改造方案研究[J].機械管理開發，2017（2）：52-53.

[6] 牛禎祖.礦井帶式輸送機節能優化與智能控制系統研究[D].中國礦業大學，2017.