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煤在天山的博客

来自天山,感恩煤炭。

 
 
 

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【原创】新疆煤矿柴油发电机的经济选择与旁路接线研讨  

2013-02-22 17:59:49|  分类: 论文学术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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【原创】新疆煤矿柴油发电机的经济选择与旁路接线研讨 - 煤在天山 - 煤在天山的博客

 

吴利军 -------- 感恩矿山、研讨发展

 

摘要:针对新疆部分煤矿企业所在区域的电网未形成双电源,矿井只能一路引自网电的电源为主用,另一路多以使用柴油发电机作为紧急备用电源的客观情况,本文提出,充分利用矿井已有的井上下双母线分段受变配电供电设施,从经济、实用与安全的角度,研讨矿井负荷统计核算方法,进而提出规定条件矿井备用柴油发电机输出功率容量的经济选择、安装与旁路接线方式。

 

关键词: 煤矿  柴油发电机  供电  经济  安全

 

问题的引出:作为矿井紧急供电的备用柴油发电机,对于没有实现双电源网电供电的新疆绝大多数小型矿井,凸显重要。但煤矿企业产业升级改造,并没有受部分煤矿企业所在区域电网未形成双电源的干扰,依然经过正规设计,建成了相对完善的双电源受入、双母线分段、分列运行的井上下供配电线路。如利用柴油发电机作为矿井备用电源时,按常规另行建设柴油发电机紧急备用状态下的专用紧急供电线路,向主要安全生产用电设施供配电,而非利用这些已有并按设计建成的供配电设施,对煤矿企业来讲,一是不经济,特别是网电不稳定、柴油发电机应用相对较多时;二是供配电接线方式及其开关切换管理也更为复杂;三是难以达到《煤矿安全规程》规定的备用电源须保证主要通风机等在10min内可靠启动和运行要求。

由此,研讨柴油发电机的经济选择与旁路接线方式,以最大限度地提高规定条件矿井供配电的安全生产保障程度。

 

一、矿井柴油发电机容量的选取

1. 矿井负荷统计总论

按《煤矿安全规程》规定,难以实现两回路电源线路供电、可以使用备用电源的矿井,其备用电源容量必须满足通风、排水、提升等要求,并保证主要通风机等在10min内可靠启动和运行。所以矿井在确定使用柴油发电机作为备用电源时,首先必须首先统计全矿通风、排水、提升等主要设备运行总负荷(Pe,见下公式),并说明总负荷中电动机的起动方式;同时还应当根据实际需要,统计必要的照明、通信指挥和安保设施的用电负荷。另外,矿井柴油发电机所处地理位置的海拔、温度等工作环境参数也是正确选取柴油发电机容量所必须统计的要素条件。

 

2. 柴油发电机组容量选取的计算

柴油发电机容量的选取,目前国家尚无统一的计算公式,本文以《民用建筑电气设计规范》为主要依据,按受电总负荷及最大的单台电动机(组)的起动需要,计算出柴油发电机容量功率,作为主要选型依据。再按矿井通风、提升、排水等重要负荷统计核算选型容量,并用起动电动机母线容许电压降进一步核算选型容量,最后用环境因素等对选取的柴油发电机容量功率进行修正。最终选用最大值,作为选取的柴油发电机容量功率。

考虑到,按受电总负荷最大单台电动机(组)起动需要计算出的柴油发电机容量功率,往往是其它计算方法的最大值,更贴近煤矿供电可靠性、连续性和耐冲击要求,所以本文简化选取步骤,直接按最大的单台电动机(组)的起动需要选取柴油发电机容量,然后校核和修正。

柴油发电机容量选取计算公式如下:

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显然,当主要通风机、水泵、提升机等电动机采用直接起动时,冲击电流很大,所以,统计计算时,务必考虑主要负荷电动机启动方式,并分别输入影响较大的电动机的相关数据,择其最不利者,作为选定柴油发电机容量的依据。在此强调说明,为缩小柴油发电机容量、降低造价,减小对供电电流的冲击,针对煤矿通风、排水、提升等直接起动时电流过大(正常的6至7倍)情况,强列建议矿井应用变频、降压等软起动装备起动较大容量的电动机。

考虑到柴油机紧急供电方案仅适用于小型矿井,经济选型的柴油发电机起动正常后,应当首先起动主要通风机,正常后,再依次向提升机、水泵等供电和起动,以保证井下风流稳定,避免造成井下作业人员的恐慌。

另外,按照《民用建筑电气设计规范》,负载容量不超过800kW时,宜选用一台发电机为好,当容量超过800kW以上时,宜选择两台,且两台机组的各种物理参数应相同,便于发电机并车和经济运行,但并车总数也不宜超过2台。这里,笔者认为,煤矿企业可以按1000kW以内选一台为好,如需并车运行,总数不能超过2台。至于柴油发电机备用数量可另行考虑,充分体现紧急备用电源系统运行与维护的经济性、可靠性和起动主要通风机时间的要求。

3、选取的柴油发电机容量校核

一是按柴油发电机所要承担的矿井总负荷,统计计算柴油发电机容量,用于校核前述柴油发电机容量选型。

可用如下公式校核:

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二是按矿井环境条件,修正柴油发电机容量功率,最终确定选型。

海拔较高时,或室温过底过高,均会使柴油发电机的额定容量功率下降和漂移,而GB规范中,对柴油发电机的额定容量功率,是指工作环境外界大气压为760mm汞柱、摄氏度为20?、空气相对湿度为50%的情况下,能以额定方式连续运行12h的功率(包括超负荷10%运行1h)。如果气温、气压、湿度与上述规定不同,应对选取的柴油机进行额定功率修正。另外发电机实际工作效率也不会是100%,特此,最终选择的柴油发电机应当按矿井环境温湿度、海拔、及工作效率能等因素,适当加大发电机额定容量功率的选型。

修正后的实际功率 = 额定功率 × 校正系数C%

修正系数C%可参用常见发电机通用海拔、温度等参数表以及柴油发电机实际可能的工作效率和柴油发电机标准GB2820进行选取。

 

二、柴油发电机的安装

1. 先行检查

清点全部机组及附件、查看机组及附件的主要尺寸是否与图纸相符;检查机组及附件有无损坏和锈蚀;不能及时安装,应将拆卸过的机件精加工面上重新涂上防锈油,进行妥善保护。对机组的传动部分和滑动部分,在防锈油尚未清除之前不要转动。随机所配的柴油发电机电气与机械图纸矿井应当档案化管理。

2. 按图组装

宜按设计图施工组装,如果无图纸,应参照说明书,划定机组安装地点的纵、横基准线,确定各部关系尺寸,同时考虑水源、电源、维修和使用方便等情况,确定土建平面的大小及位置,画出机组布置平面图后安装。安装完成后,还应当利用垫铁将机器调至水平,垫铁和机座之间不能有间隔,使其受力均匀。

3. 排烟管

排烟管的暴露部分不应与木材或其他易燃性物质接触,烟管宜考虑热膨胀及防止雨水等进入措施。室内排气系统管路应尽可能减少弯头数量,且总长越短越好,否则会导致机组的排气压力增大而使机组产生过多的功率损失,严重时可能降低机组正常的使用寿命。

 

三、矿井柴油发电机供配电主接线方式

1. 电缆及路径

柴油发电机电源的主要输配电电缆应进行热稳定性和动稳定性校核计算后,确定线径,并考虑路径最短,如需穿越,电缆应当进行必要的穿管保护,钢管内径不宜小于电缆外径的2倍。电缆与不同管道一同埋设时,不允许在敷设煤气管、天然气管及液体燃料管路的沟道中敷设电缆;埋地电缆的埋深不宜小于0.7m ,其壕沟离建筑物基础不宜小于0.6m。

2. 主接线采用旁路接线方式

考虑到新疆各类矿井基本上都经过“十五、十一五”升级改造,地面中央变电所都按双电源线路供电方式完成设计和建设,为充分利用已建设完成的矿井变配电所等供电设施,不专设各主要设备的柴油发电机配电线路,这里提出利用现有设施的变电所“旁路接线方式”,力求经济、可靠、便捷。接线方式如下图(以受入为一路110kv网电,降压至10kv供井下的地面中央变电所为例,画出典型接线方式):

 

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柴油发电机与矿井地面中央变配电所旁路接线方式图

 

 

虚线框内为柴油发电机房,并应当另行建设,不能图省事而安装于中央变电所内。柴油发电机为矿井紧急供电电源,不允许与网电并网运行,当启用柴油发电机时,采用旁路接线方式,务必将2#受入隔离开关、2号主变上下隔离开关可靠断开,有条件的应当将柴油发电机的主断路器与网电有关断路器或隔离开关进行闭锁,防止柴油发电机向电网反送电,并能采用远端遥控方式,及时投入使用。起动柴油发电机时,应当分别加载负载,首先加载最重要或最大功率负荷,其余负荷可手动加载或自动分级加载。

上图的旁路接线方式,笔者建议接线于2#受入(已与网电接火)的常用侧,而非1#受入空闲侧,原因留给煤炭同仁思考与商讨。

应当指出的是,此接线方式,虽然经济,投入运行时间相对短,并能将矿井全部负荷接入供电范围,充分发挥发电机作用,增加人为进行合理管理的主动性,但是,当柴油发电机选型较小或紧凑时,必须采取限电措施,确保重要设备设施有电配电启动。更应当强调的是,此方法仅仅是用于无法实现双电源供电线路矿井的过度办法、权衡之计,仅适用于法规限定的小型矿井紧急保安用电。考虑到矿井供电要求耐冲击与可靠等特殊性,还是应当尽快形成两回路电源线路供电,确保安全生产。

 

四、应用中应当注意的一些问题

1. 为确保在网电停电时,能及时投入运行,应配备专人负责管理和维护,柴油发电机紧急供电系统,每10天至少进行一次起动和运行试验,且试验期间不得影响矿井通风,试验记录要存档。

2. 柴油发电机宜配套“记忆效应”小的起动电瓶,且宜配备两套,并制定相应充放电制度,充电电源接线宜采用网电和柴油发电机本身的两套电源进行充电,确保电瓶起动时,性能可靠。

3. 柴油发电机房、变配电所调度中心,必须配备紧急照明设施,以满足柴油发电机夜间起动和各种倒闸操作,保证主要通风机等在10min内可靠起动和运行。

4. 各主要变配电所,应当针对性的制定应用柴油发电机紧急供电时的限电制度,确保矿井主要安全环节供电可靠。

5. 对一台柴油发电机(组),额定功率往往按KW/KVA标注,KW是指有功功率,KVA是指无功功率,KW=电压X电流X功率因数,这需在选型时引起注意。

 

结束语:对一个应用柴油发电机作备用电源的矿井来讲,如利用率相对较高,选好柴油发电机可有效降低矿井运行的经济成本,其选型计算的技术理论相对复杂,为方便煤矿企业选型与接线,本文从经济与实用角度,结合经验,主观进行了简化,但是,受本人学识和认知水平的限制,难免有不妥之处,欢迎指正。

 

参考文献:

1. 民用建筑电气设计规范(JGJ/T 16-92),中华人民共和国建设部批准,中国建筑东北设计研究院主编

2. 《煤矿供电》,焦作矿院,1985年,大中专统编教材

 

煤在天山注:公式等符号不知为何贴不上去,只好变成图片格式贴上。2013年2月22日。

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