穆 成,楊軍梨,穆連生

（1.山西晉神河曲磁窯溝煤業(yè)有限公司，山西河曲036500；2.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同037003）

在煤礦井下低壓供電系統(tǒng)計(jì)算中,按功率最大的電動(dòng)機(jī)起動(dòng),他電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的條件來校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的最小端電壓。 《煤礦電工手冊》、煤炭院校的有關(guān)教科書等,都是以0.75倍電動(dòng)機(jī)額定電壓為最小值進(jìn)行計(jì)算,這對于空載起動(dòng)的負(fù)載是滿足要求的。但是,對于工作面刮板輸送機(jī)、運(yùn)輸巷道的帶式輸送機(jī)等負(fù)載,由于某種原因,出現(xiàn)運(yùn)行中的停機(jī)現(xiàn)象,導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng)的情況,原設(shè)計(jì)按0.75倍電動(dòng)機(jī)額定電壓計(jì)算,理論上是通過的,但是實(shí)際中這類滿載起動(dòng)的負(fù)載,起動(dòng)困難,甚至根本無法起動(dòng),迫使人工卸載,起動(dòng)后人工裝載,這樣的案例時(shí)有發(fā)生?；谶@種情況,本文提出,對于滿載起動(dòng)的煤礦井下輸送機(jī)類的負(fù)載,拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)校核計(jì)算時(shí),應(yīng)按0.9倍額定電壓計(jì)算。

由《電機(jī)學(xué)》可知,電網(wǎng)電壓降低,隔爆鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Mmax和起動(dòng)矩Mst基本與電源電壓U2成正比地降低,臨界轉(zhuǎn)差率sm與電壓U的降低無關(guān),同步轉(zhuǎn)速保持不變。電動(dòng)機(jī)的過載倍數(shù)（λ值可由產(chǎn)品目錄查到）,通常λ≈1.6～2.2;電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)值可由產(chǎn)品目錄查到），通常Kst≈1～2。 極限考慮,電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng)時(shí),當(dāng)電源電壓下降10%,最大轉(zhuǎn)矩變?yōu)?Mmax＝1.6×0.92MN＝1.3MN,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩變?yōu)?Mst＝0.92KstMN＝0.81 MN,Mst＞Ml, 即,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mst大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩Ml時(shí),電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)額定負(fù)載可以起動(dòng)。這樣的計(jì)算,勢必要增大變壓器的容量或增加低壓電纜的芯線橫截面積,初期投資增大。但是,確保了設(shè)備起動(dòng)及運(yùn)行的可靠性。

從電源容量來講,目前國產(chǎn)的礦用干式變壓器或隔爆移動(dòng)變電站,其容量最大可達(dá)4 000 kv·A,特別是卷繞鐵芯式干式變壓器,幾何尺寸較小,在煤礦井下應(yīng)用廣泛,完全能夠保證井下原煤生產(chǎn)用電的需求。

用全阻抗法計(jì)算電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng)時(shí)的端電壓,更近工程實(shí)際。

1 用全阻抗計(jì)算煤礦井下電動(dòng)機(jī)滿載啟動(dòng)時(shí)端電壓的幾點(diǎn)假設(shè)

1)一臺隔爆型動(dòng)力變壓器或一臺隔爆型移動(dòng)變電站為一個(gè)供電單元;

3)一個(gè)供電單元,主變壓器電源側(cè)的系統(tǒng)阻抗忽略不計(jì);

4)電動(dòng)機(jī)的額定功率滿足拖動(dòng)負(fù)載的要求,并有一定的功率富裕系數(shù);

5)設(shè)供電單元?jiǎng)恿ψ儔浩鳛閅接線,隔爆型鼠籠電動(dòng)機(jī)為Y型接線;

6)電源頻率不變。

2 煤礦井下電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng)時(shí)的電壓損失

電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng)時(shí),其最小起動(dòng)電壓按0.9倍額定電壓計(jì)算,其允許最大電壓損失ΔUp·st為

其中U2N為變壓器二次額定電壓(V),UN為電動(dòng)機(jī)額定電壓 (V)；電網(wǎng)電壓為380 V,電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng)時(shí)的允許電壓損失 ΔUp·st＝58 V;電網(wǎng)電壓為 660 V,電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng)時(shí)的允許電壓損失ΔUp·st＝99V;而電網(wǎng)電壓為 1 140 V,ΔUp·st＝174 V;電網(wǎng)電壓為 3 300 V,ΔUp·st＝495 V。

“哎呀，怎么也不說一聲就回來了，”大娘是又驚又喜，一時(shí)間不知道手該往哪里放，“怎么瘦這么多？哎喲喲，看看你這黑眼圈，幾天沒合眼了？”

電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng)時(shí),允許最小起動(dòng)電壓Up·st·min為

電網(wǎng)電壓為380 V,Up·st·min＝342 V;電網(wǎng)電壓為660 V,Up·st·min; ＝594 V；電網(wǎng)電壓為 1 140 V,Up·st·min＝1 026 V;電網(wǎng)電壓為3 300 V,Up·st·min＝2 970 V。

3 煤礦井下一臺隔爆型變壓器帶多臺電動(dòng)機(jī),功率最大的一臺或兩臺電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng),電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的起動(dòng)驗(yàn)算

用供電系統(tǒng)圖1來作一說明。設(shè)電動(dòng)機(jī)M2功率最大,且供電距離最遠(yuǎn)。M2滿載起動(dòng),M1電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行,進(jìn)行起動(dòng)驗(yàn)算。如果供電單元有多臺電動(dòng)機(jī),容量最大的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)驗(yàn)算與下述計(jì)算方法相同。

圖1 多臺電動(dòng)機(jī)供電系統(tǒng)和等值電路

分析思路:由供電系統(tǒng)圖畫出一相等值電路圖,如圖1(b)所示,先求出功率最大電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng),電動(dòng)機(jī)M1額定工作時(shí),變壓器T提供的實(shí)際起動(dòng)電流Ist,再求出并聯(lián)處的電壓UMN,計(jì)算出最大容量的電動(dòng)機(jī)M2的實(shí)際起動(dòng)電流Ist2,進(jìn)而求出電動(dòng)機(jī)M2的實(shí)際起動(dòng)電壓ULN,與允許最小滿載起動(dòng)電壓Up·st·min比較,判斷可否通過滿載起動(dòng)校驗(yàn)?；蛴?jì)算出功率最大電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的電壓損失與其允許電壓損失比較,判斷能否能夠通過。

3.1 各支路元件阻抗

1)正常工作的電動(dòng)機(jī)M1支路

Rbl1＝r01Lbl1,Xbl1＝x01Lbl1;XM1＝ZM1sinφN。 其中 ZM1，RM1，XM1，cosφN，sinφN為電動(dòng)機(jī)M1的額定阻抗、額定電阻、額定電抗、額定功率因數(shù)和對應(yīng)的正弦值;r0，x0為電纜線路單位長度的電阻、電抗值 (Ω/km),由產(chǎn)品目錄中可獲得;L為電纜線路的長度(km)。

M1支路的總阻抗Z1、電導(dǎo)G1、電納B1為

2)功率最大的電動(dòng)機(jī)M2

支路其中UN為電動(dòng)機(jī)額定電壓(V);IN·st為電動(dòng)機(jī)額定啟動(dòng)電流 (A),IN·st＝（5～7）IN,IN為電動(dòng)機(jī)額定電流(A),煤礦井下供電計(jì)算時(shí)取7倍;Zst，Rst，Xst為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)每相阻抗、電阻和電抗值 (Ω);cosφst和sinφst為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)和對應(yīng)的正弦值,通常礦用隔爆型鼠籠電動(dòng)機(jī)額定起動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)cosφst＝0.3～0.5。

3.2 電動(dòng)機(jī)支路并聯(lián)后的總電導(dǎo)GMN、總電納

BMN、總導(dǎo)納YMN和總阻抗ZMN

3.3 隔爆型變壓器每相電阻RT、電抗XT值,干線電阻 Rti、電抗 Xtl值

已知?jiǎng)恿ψ儔浩髯杩箟航蛋俜謹(jǐn)?shù)u%和負(fù)載損耗ΔP

干線電阻和電抗值:Ril＝r0Lil，Xil＝x0Lil

3.4 起動(dòng)回路總電阻R∑、總電抗X∑、總阻抗Z∑

3.5 功率最大的電動(dòng)機(jī)M2滿載起動(dòng)時(shí),變壓器提供的總電流Ist

3.6 M2滿載起動(dòng)時(shí)并聯(lián)支路處的總電壓UMN

3.7 M2滿載起動(dòng)時(shí)實(shí)際起動(dòng)電流Ica·st和實(shí)際起動(dòng)電壓Uca·st

當(dāng)電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng)時(shí),實(shí)際起動(dòng)電壓Ust小于最小允許起動(dòng)電壓Up·st·min,不能正常起動(dòng)。為此,采取的措施:

1)增加電纜的截面積;

2)縮短供電距離;

3)增加變壓器的容量;

4)重新分配供電系統(tǒng)負(fù)荷。

3.8 工程實(shí)例概述

大同煤礦集團(tuán)地煤公司焦煤礦,年產(chǎn)120萬t,井下運(yùn)輸轉(zhuǎn)彎皮帶,水平布置,由2臺40kw/660V的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),同時(shí)起動(dòng)。供電距離850 m,其中500 m為3×70 mm2礦用橡膠電纜,另350 m為3×35 mm2礦用橡膠電纜,變壓器容量滿足要求。在安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問題,只能空載起動(dòng);滿載起動(dòng)時(shí),保護(hù)裝置跳閘,不能起動(dòng)。實(shí)測兩臺電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)電壓為600 V和602 V,起動(dòng)電流266 A和260 A;實(shí)測滿載起動(dòng)時(shí)的電壓為558 V和560 V,滿載起動(dòng)電流334 A和330 A。

根據(jù)上述情況:①滿載起動(dòng)時(shí),按0.75倍額定電壓校核最小起動(dòng)電壓時(shí),滿載起動(dòng)電壓558V＞495V（U2N－0.75UN）,滿足要求,實(shí)際上不能起動(dòng)。對于滿載起動(dòng)的運(yùn)輸機(jī),電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的最小端電壓不能用0.75倍額定電壓校核計(jì)算；②滿載起動(dòng)時(shí),按0.9倍額定電壓計(jì)算,滿載起動(dòng)電壓,不滿足要求,不能起動(dòng)；③解決辦法,按0.9倍額定電壓計(jì)算不滿足要求,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,縮短供電距離,將一臺KSGB-315 kv·A,6000V/693V變壓器設(shè)置在拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)附近,直接向皮帶拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電,滿載起動(dòng)完全滿足要求,實(shí)測滿載起動(dòng)電壓612V＞594V（U2N－0.9UN）,與理論計(jì)算相符(供電計(jì)算略)。

4 結(jié)論

煤礦井下對經(jīng)常有滿載起動(dòng)可能性的運(yùn)輸機(jī),在起動(dòng)校核計(jì)算時(shí),應(yīng)按電動(dòng)機(jī)額定電壓的0.9倍來計(jì)算,避免在非正常情況下停車,滿載起動(dòng)困難,被迫人工裝卸貨載的作業(yè),影響原煤生產(chǎn)。采用全阻抗法計(jì)算電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng)時(shí)的電壓,在煤礦井下供電計(jì)算中是一種較好的方法。

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