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DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2104-5042-0156
摘 要：地面排矸带式输送机的驱动电机是煤矿地面生产系统中较大的电力负荷，负荷级别较高。为实现安全可靠供电，兼顾节能要求，电气设计中需要合理确定供配电系统形式、配电室的选址及平面布置等，使设备运行在经济状态，并做好防雷和接地等安全措施。现以一个设计实例为参考，探讨地面排矸带式输送机的电气设计思路和采取的有效措施。
关键词：排矸带式输送机 配电系统 电气节能 配电室平面布置
中图分类号：TD612 文献标识码：A文章编号：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
地面排矸帶式输送机作为煤矿排矸系统的“最后一公里”，其安全可靠的运行有着重要的意义。现以某煤矿地面排矸带式输送机的电气工程设计为例，探讨设计过程中为实现对带式输送机的可靠供电、保障其安全稳定运行所采取的方法和措施。
1 供电电源
1.1 电压等级
该工程带式输送机总长约700 m，经机制专业设计的设备选型计算后确定设2台驱动电机，每台功率均为160 kW[1]。从电气节能的角度考虑，电动机功率范围在200～350 kW之间，选择交流660 V较为节能。确定驱动电机的供电电压等级为交流660 V。
1.2 负荷级别
根据《矿山电力设计规范》（GB50070-2020）中矿山电力负荷分级的相关规定，该工程电气设备为二级负荷，由两回线路供电[2]。输送机的驱动电机靠近输送机机头，离机尾的井口房配电室较远，因此设计选择进线电源6 kV高压引入，取自距离驱动电机位置更近的地面35 kV变电所内6 kV侧不同母线段。
2 配电系统
2.1 高压配电系统
2.1.1 选择变压器容量
表1列出了该输送机的各用电负荷情况，其中2台驱动电机为主要的长时运行负荷。取保证最大负荷同时运行的极端情况，每台变压器的容量保证所有二级负荷的用电并且运行在经济负载率状态，经负荷计算，选择2台变压器容量均为630 kVA，一用一备[3]。
2.1.2 确定高压配电方案
根据《煤炭工业矿井设计规范》（GB 50215-2015）规定，矿井地面6 kV配电系统应简单可靠。作为地面高压配电系统6 kV电压的第2级配电，该系统在保证可靠供电的情况下采用最简配电方案：双进线、单母线、单PT。即双进线为一用一备，进线断路器闭锁，省去联络开关，母线不分段，单台PT提供电压测量和保护。
2.1.3 绘制高压配电系统图
根据方案，设置5台高压配电柜：2台进线柜、1台PT柜、2台馈出柜，图1为高压配电系统图（一次）。
2.1.4 高压配电柜要求
除高压配电柜的一般要求外，还应注意：未设联络柜，故两台进线柜要设电气合闸闭锁;为保证操作电源的可靠供电，另设置1台壁挂式直流屏，以提供操作小母线直流220 V电源;进线柜内微机综合保护装置选用线路保护型，馈出柜内则选用变压器保护型;对于6～35 kV中性点不接地电网，为保护电压互感器，消除谐振，PT柜中还应设置消谐器。
2.2 低压配电系统 低压配电系统见图2。共设6台低压配电柜。两台变压器为一用一备，为简化系统，也是省去联络柜，即两台进线柜中的断路器实现合闸闭锁。设置控制变压器的目的是向接触器控制回路、PLC柜等提供控制电源。要求所有馈出回路均安装合闸指示灯，均设漏电跳闸功能。低压柜面板上设各电机回路的转换开关（集控/就地/零位）及启停控制按钮，以方便控制转换。
地面660 V配电系统常采用中性点经高电阻接地方式，通过调整接地电阻值，限制电弧接地过电压的同时，兼顾继电保护装置的选择性。向输送机驱动电机供电的回路设置软起动装置以保证起动过程的平稳，额定运行时用接触器将软起动装置短接即可。因为此处运矸量较为稳定，未设置变频调速装置。
2.3 电气节能措施
电气节能是变配电系统设计中的重要方面。此例中主要从以下4个方面考虑。
2.3.1 提高电能质量
为减少谐波源和谐波量，首先将变压器选为D/Y接线方式，其次考虑到该输送机运量较稳定，可能长期运行在工频电源状态，调速要求不高，故未设变频装置起动。选用SCB12型低损耗节能干式变压器，减少变压器的电压降，提高功率因数。
2.3.2 配电系统节电设计
配电系统设计采取了有效的节能措施。例如：高压深入负荷中心，缩短低压供电半径，减少线路损耗;采用660 V供电系统相较普遍采用的380 V系统具有输电能力强、电能损耗低的优点;合理选择变压器容量和电缆截面，兼顾节约金属材料和降低电能损耗的节能需要[4]。
2.3.3 照明节能
各灯具均选用高效节能型，排矸走廊沿线各灯具选用防爆型，除安装在机头、机尾、驱动装置及输送机搭接等处外，其余沿走廊每100 m安装1盏。
2.3.4 计量管理
在高压馈出柜及低压进线柜均设置计量电能表并远传，纳入煤矿能效管理系统。
3 配电室选址及平面布置
3.1 选址
配电室选址时首先避开多尘、潮湿、振动、火灾危险等环境场所。现场考察后将配电室布置在输送机驱动电机附近，使高压深入负荷中心，进出线便利，而且节能、供电质量高[5]。
3.2 平面布置
配电室内设置5台高压配电柜、2台变压器和6台低压配电柜。随着自动化程度的提高，输送机的集控装置集中度更高，现场只需设置1台PLC集控柜，省去了就地操作的人工控制台，控制信号上传至排矸系统的总控装置[6]。因此为节约土地，不再单设控制室，将输送机的集控PLC柜也安装在此配电室内。经过方案比较，确定配电室的平面布置，如图3。
高、低压配电柜双排面对面布置，干式变压器的金属防护外壳选用IP3X等级，可以与低压配电柜贴邻布置。各柜后维护通道均设为1.2 m，柜侧通道不小于1.2 m，柜前操作通道为2.4 m，各通道距离均符合安全净距要求。在操作通道两侧设置外开门，符合疏散要求，宽门可用于进出及日常维护设备使用，窄门用于人员出入。高、低压配电柜后设电缆沟，配电室内电缆沿电缆沟敷设。沟宽0.6 m，与各柜柜底的基础沟相连通，用于电缆从柜内引出。两侧尽头应预埋镀锌钢管引出室外，用于穿设进出配电室的电缆。预埋管口略向室外找坡，做好防水措施。电缆沟内高、低压电缆应安装在不同层的电缆支架上。
4 防雷与接地
4.1 防雷
因配电室所处地域开阔，建筑物较少，提高系数后设置第三类防雷。接闪器采用避雷带，敷设于屋顶突出的屋檐及屋脊上。接闪器与各引下线可靠焊接。
输送机走廊则利用金属结构做接闪器，将各金属结构连成一个电气通路，并与基础及接地装置可靠连接。
4.2 接地
采用联合接地系统，保护接地和防雷接地合并，实测接地电阻不得大于1Ω。配电室的接地装置利用结构基础桩及底板内主钢筋做接地体并将引下线与接地体钢筋可靠焊连。接地连接线采用40×4热镀锌扁钢在基础底板处环行敷设（圈梁内可利用钢筋通长焊接），与所有经过的柱内主钢筋焊接。接地装置围绕建筑物敷设成环形接地体。输送机走廊沿途各支柱利用基础钢筋做接地，土建施工时，每根钢柱均用不小于φ10的钢筋或圆钢将基础钢筋和地脚螺栓可靠焊接;沿途每100 m做一次重复接地。该系统应设置总等电位联结，包括各电气设备的金属外壳、金属管道及结构、所有进出建筑物的预埋钢管等。具体做法参见图集《接地装置安装》（14D504）和《等电位联结安装》（15D502）。
5 结语
综上，地面排矸带式输送机作为大功率电力负荷，根据电机功率选用660 V或1140 V配电系统，高压6 kV或10 kV深入负荷中心，并合理选择电气设备和材料，供电系统更可靠、更节能。
参考文献
[1] 王笑，朱文秀，陈欢.鄂庄煤矿双向带式输送机的改进与应用[J].科技创新导报，2018（4）：94-95.
[2] 住房和城乡建设部.矿山电力设计标准：GB 50070-2020[S].北京：中国计划出版社，2020：4，37.
[3] 张悦.带式输送机电气控制系统设计与研究[D].西安科技大学，2018.
[4] 中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册[M].4版.北京：中国电力出版社，2016.
[5] 侯玉华.选煤厂配电柜及矸石运输系统改造方案研究[J].机械管理開发，2017（2）：52-53.
[6] 牛祯祖.矿井带式输送机节能优化与智能控制系统研究[D].中国矿业大学，2017.
摘 要：地面排矸带式输送机的驱动电机是煤矿地面生产系统中较大的电力负荷，负荷级别较高。为实现安全可靠供电，兼顾节能要求，电气设计中需要合理确定供配电系统形式、配电室的选址及平面布置等，使设备运行在经济状态，并做好防雷和接地等安全措施。现以一个设计实例为参考，探讨地面排矸带式输送机的电气设计思路和采取的有效措施。
关键词：排矸带式输送机 配电系统 电气节能 配电室平面布置
中图分类号：TD612 文献标识码：A文章编号：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
地面排矸帶式输送机作为煤矿排矸系统的“最后一公里”，其安全可靠的运行有着重要的意义。现以某煤矿地面排矸带式输送机的电气工程设计为例，探讨设计过程中为实现对带式输送机的可靠供电、保障其安全稳定运行所采取的方法和措施。
1 供电电源
1.1 电压等级
该工程带式输送机总长约700 m，经机制专业设计的设备选型计算后确定设2台驱动电机，每台功率均为160 kW[1]。从电气节能的角度考虑，电动机功率范围在200～350 kW之间，选择交流660 V较为节能。确定驱动电机的供电电压等级为交流660 V。
1.2 负荷级别
根据《矿山电力设计规范》（GB50070-2020）中矿山电力负荷分级的相关规定，该工程电气设备为二级负荷，由两回线路供电[2]。输送机的驱动电机靠近输送机机头，离机尾的井口房配电室较远，因此设计选择进线电源6 kV高压引入，取自距离驱动电机位置更近的地面35 kV变电所内6 kV侧不同母线段。
2 配电系统
2.1 高压配电系统
2.1.1 选择变压器容量
表1列出了该输送机的各用电负荷情况，其中2台驱动电机为主要的长时运行负荷。取保证最大负荷同时运行的极端情况，每台变压器的容量保证所有二级负荷的用电并且运行在经济负载率状态，经负荷计算，选择2台变压器容量均为630 kVA，一用一备[3]。
2.1.2 确定高压配电方案
根据《煤炭工业矿井设计规范》（GB 50215-2015）规定，矿井地面6 kV配电系统应简单可靠。作为地面高压配电系统6 kV电压的第2级配电，该系统在保证可靠供电的情况下采用最简配电方案：双进线、单母线、单PT。即双进线为一用一备，进线断路器闭锁，省去联络开关，母线不分段，单台PT提供电压测量和保护。
2.1.3 绘制高压配电系统图
根据方案，设置5台高压配电柜：2台进线柜、1台PT柜、2台馈出柜，图1为高压配电系统图（一次）。
2.1.4 高压配电柜要求
除高压配电柜的一般要求外，还应注意：未设联络柜，故两台进线柜要设电气合闸闭锁;为保证操作电源的可靠供电，另设置1台壁挂式直流屏，以提供操作小母线直流220 V电源;进线柜内微机综合保护装置选用线路保护型，馈出柜内则选用变压器保护型;对于6～35 kV中性点不接地电网，为保护电压互感器，消除谐振，PT柜中还应设置消谐器。
2.2 低压配电系统 低压配电系统见图2。共设6台低压配电柜。两台变压器为一用一备，为简化系统，也是省去联络柜，即两台进线柜中的断路器实现合闸闭锁。设置控制变压器的目的是向接触器控制回路、PLC柜等提供控制电源。要求所有馈出回路均安装合闸指示灯，均设漏电跳闸功能。低压柜面板上设各电机回路的转换开关（集控/就地/零位）及启停控制按钮，以方便控制转换。
地面660 V配电系统常采用中性点经高电阻接地方式，通过调整接地电阻值，限制电弧接地过电压的同时，兼顾继电保护装置的选择性。向输送机驱动电机供电的回路设置软起动装置以保证起动过程的平稳，额定运行时用接触器将软起动装置短接即可。因为此处运矸量较为稳定，未设置变频调速装置。
2.3 电气节能措施
电气节能是变配电系统设计中的重要方面。此例中主要从以下4个方面考虑。
2.3.1 提高电能质量
为减少谐波源和谐波量，首先将变压器选为D/Y接线方式，其次考虑到该输送机运量较稳定，可能长期运行在工频电源状态，调速要求不高，故未设变频装置起动。选用SCB12型低损耗节能干式变压器，减少变压器的电压降，提高功率因数。
2.3.2 配电系统节电设计
配电系统设计采取了有效的节能措施。例如：高压深入负荷中心，缩短低压供电半径，减少线路损耗;采用660 V供电系统相较普遍采用的380 V系统具有输电能力强、电能损耗低的优点;合理选择变压器容量和电缆截面，兼顾节约金属材料和降低电能损耗的节能需要[4]。
2.3.3 照明节能
各灯具均选用高效节能型，排矸走廊沿线各灯具选用防爆型，除安装在机头、机尾、驱动装置及输送机搭接等处外，其余沿走廊每100 m安装1盏。
2.3.4 计量管理
在高压馈出柜及低压进线柜均设置计量电能表并远传，纳入煤矿能效管理系统。
3 配电室选址及平面布置
3.1 选址
配电室选址时首先避开多尘、潮湿、振动、火灾危险等环境场所。现场考察后将配电室布置在输送机驱动电机附近，使高压深入负荷中心，进出线便利，而且节能、供电质量高[5]。
3.2 平面布置
配电室内设置5台高压配电柜、2台变压器和6台低压配电柜。随着自动化程度的提高，输送机的集控装置集中度更高，现场只需设置1台PLC集控柜，省去了就地操作的人工控制台，控制信号上传至排矸系统的总控装置[6]。因此为节约土地，不再单设控制室，将输送机的集控PLC柜也安装在此配电室内。经过方案比较，确定配电室的平面布置，如图3。
高、低压配电柜双排面对面布置，干式变压器的金属防护外壳选用IP3X等级，可以与低压配电柜贴邻布置。各柜后维护通道均设为1.2 m，柜侧通道不小于1.2 m，柜前操作通道为2.4 m，各通道距离均符合安全净距要求。在操作通道两侧设置外开门，符合疏散要求，宽门可用于进出及日常维护设备使用，窄门用于人员出入。高、低压配电柜后设电缆沟，配电室内电缆沿电缆沟敷设。沟宽0.6 m，与各柜柜底的基础沟相连通，用于电缆从柜内引出。两侧尽头应预埋镀锌钢管引出室外，用于穿设进出配电室的电缆。预埋管口略向室外找坡，做好防水措施。电缆沟内高、低压电缆应安装在不同层的电缆支架上。
4 防雷与接地
4.1 防雷
因配电室所处地域开阔，建筑物较少，提高系数后设置第三类防雷。接闪器采用避雷带，敷设于屋顶突出的屋檐及屋脊上。接闪器与各引下线可靠焊接。
输送机走廊则利用金属结构做接闪器，将各金属结构连成一个电气通路，并与基础及接地装置可靠连接。
4.2 接地
采用联合接地系统，保护接地和防雷接地合并，实测接地电阻不得大于1Ω。配电室的接地装置利用结构基础桩及底板内主钢筋做接地体并将引下线与接地体钢筋可靠焊连。接地连接线采用40×4热镀锌扁钢在基础底板处环行敷设（圈梁内可利用钢筋通长焊接），与所有经过的柱内主钢筋焊接。接地装置围绕建筑物敷设成环形接地体。输送机走廊沿途各支柱利用基础钢筋做接地，土建施工时，每根钢柱均用不小于φ10的钢筋或圆钢将基础钢筋和地脚螺栓可靠焊接;沿途每100 m做一次重复接地。该系统应设置总等电位联结，包括各电气设备的金属外壳、金属管道及结构、所有进出建筑物的预埋钢管等。具体做法参见图集《接地装置安装》（14D504）和《等电位联结安装》（15D502）。
5 结语
综上，地面排矸带式输送机作为大功率电力负荷，根据电机功率选用660 V或1140 V配电系统，高压6 kV或10 kV深入负荷中心，并合理选择电气设备和材料，供电系统更可靠、更节能。
参考文献
[1] 王笑，朱文秀，陈欢.鄂庄煤矿双向带式输送机的改进与应用[J].科技创新导报，2018（4）：94-95.
[2] 住房和城乡建设部.矿山电力设计标准：GB 50070-2020[S].北京：中国计划出版社，2020：4，37.
[3] 张悦.带式输送机电气控制系统设计与研究[D].西安科技大学，2018.
[4] 中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册[M].4版.北京：中国电力出版社，2016.
[5] 侯玉华.选煤厂配电柜及矸石运输系统改造方案研究[J].机械管理開发，2017（2）：52-53.
[6] 牛祯祖.矿井带式输送机节能优化与智能控制系统研究[D].中国矿业大学，2017.