浅谈柴油发电系统煤矿供电的应用

浅谈柴油发电系统煤矿供电的应用

库昊杰

河南天通电力有限公司   河南  平顶山  467000

摘  要：煤矿安全供电历来是矿井安全生产的重要一环，事实上，由于变电站双回路电源不可靠问题和恶劣天气的影响，一系列停电事故的发生极大威胁着煤矿企业正常生产，无疑也给“高突”矿井的安全生产带来了极大的安全隐患。因此，如何快速恢复煤矿供电，主动预防灾害事故引发的煤矿停电事故发生，已是当务之急。当今，应急发电系统的运用已经日趋成熟，如果能用于地理位置比较偏僻的单回路电源的煤矿的生产，则为解决供电可靠性，预防因供电事故可能引发的井下事故起到积极作用。

关键词：变电站 柴油发电  煤矿  供电

1.柴油发电机组的构成

柴油机发电机组是以柴油发动机作为动力，驱动同步交流发电机而发电的电源设备。由柴油机、发电机和控制系统这三部分构成，整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成。整体可以固定在基础上，定位使用，亦可装在拖车上，供移动使用。

2.柴油发电机的工作原理

发电机主要由转子、定子、电刷、端盖及轴承等部件构成。定子是由定子铁芯、机座、线包绕组、及固定这些部件的其他结构件组成。转子由转子磁极、转子铁芯、滑环、(又称铜环.集电环)、转轴及风扇等部件组成。发电机电流的产生是通过轴承、机座及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子在定子中旋转，通过滑环通入一定励磁电流，使转子成为一个旋转磁场，定子线圈做切割磁力线的运动，从而产生感应电势。通过接线端子引出，接在回路中，这样就产生了电流。由于电刷与转子相连处有断路处，使转子按一定方向转动，产生交变电流，简称交流电。柴油发电机转速一般在1500转/分，它制造比较简单。因此，柴油发电机的结构部件，特别是转轴要有足够的强度和刚度，以防止这些部件因振动而断裂。此外，为防止因转矩脉动而引起发电机旋转角速度不均匀，造成电压波动，引起灯光闪烁。柴油发电机的转子也要求有较大的转动惯量，而且应使轴系的固有扭振频率与柴油机的转矩脉动中任一交变分量的频率相差20%以上，以免发生共振，造成断轴事故。发电机和柴油机有两种连接方式，一种是柔性连接，用连轴器把两部分对接起来；第二种是刚性连接，也是目前使用最多的一种连接方式，它是用高强度螺栓将发电机钢性连接片和柴油机飞轮盘连接而成。发电机和柴油机连接好后固定安装在公共底架上，然后配上冷却系统、控制系统及各种传感器。如转速、油压、电压、水温等传感器，通过这些传感器，操作人员就可以清楚的知道把柴油机的运行状态。同时有这些传感器就可以给发电机组设定一个上限，当达到或超过这个限定值时，控制系统就会报警，如果操作员此时没有采取措施，控制系统将会发出停机指定。柴油发电机组就是采取这种方式起到自我保护作用的，从而延长发电机组的使用寿命。传感器起接收和反馈各种信息的作用，真正显示这些数据和执行保护功能的是机组本身的控制系统。以柴油为燃料的内燃机驱动的发电机，它起动迅速，操作方便，但内燃机发电成本较高。柴油发电机组一般是作为应急备用电源，或者流动电站和一些大电网还没有到达的地区使用。

3.发电机应用于煤矿供电时容量的选择及验证

《煤炭工业小型矿井设计规范》（GB50399-2006）中柴油发电机作为备用电源，其容量的计算方法（按下列方法选择其最大者）。

①P=KPj/η(kW)

式中：P—发电机功率（kW）

      Pj—负荷设备的计算容量（kW）

      K—可靠系数，一般取1.1

η—发电机运行不均匀系数，并联取0.9，单台取1。

②按成组电动机启动计算发电机容量：Sf= Sjf +√3UIe（Kgd·K－1）10-3（KVA）

式中：Sjf—负荷计算容量（KVA）

U—额定电压（V）

      Ie—最大一台电动机的额定电流（A）

      Kgd—最大一台电动机的启动电流系数：全压、Y-Δ、自耦变压器、电抗器：1/0.33/0.46～0.68/0.65～0.8

      K—最大一台电动机的启动电流倍数。

若依据上述方法计算数据对于单个供电矿井适用，但对于方山站中枢站其下6座矿井的供电容量调度负荷偏差大。经与发电机设备厂家反复商议，决定遵循方山站保安负荷统计表（附表一）及《火力发电厂厂用电设计规定DLT 5153-2002》计算柴油发电机组的计算容量，并对厂家提供的Perkins 1台1800KW长行连续功率合计1800KW/2250KVA，经过柴油发电机的首次加载50%校验及发电机压降校验，各个负载顺序启动的校验，能满足两台250KW风机负载的直接启动和一台500KW提升机的转子变频启动。确保适用于我公司煤矿供电的需求。详细计算如下：

①发电机组容量需同时满足以下条件：

a. 发电机组容量（Se1）需大于或等于全部启动电负载正常运行的总负荷。

全部负载正常运行时需要的发电机组容量Se1。

Se1≥∑Pi/COSφa(KVA)

b. 发电机组的最大短时过负荷能力（Se2）应大于最大负载启动时的瞬时过载容量。

Se2≥∑{Se1+[(1.25Kq-K)×Pm]}/1.5(KVA)

c. 发电机组容量选择需满足最大负载加载时系统的电压降要求的容量（Se3）。

Se3≥Pm×Kq×X’d×Um/[(1-Um)×COSφb] (KVA)

式中：Pm：最大起动负荷容量（KW）

d. 发电机组容量需满足最大负载启动时的有功需求。

P=(Pm/COSφb)×Kq×COSφ1 (KW)

② 柴油机输出功率的复核

   根据发电机组容量计算，计算出发电机组容量后，尚需要对柴油机输出功率进行环境系数修正。

实际使用地点的环境条件不同于标准使用条件时，对柴油机输出功率需进行修正：Px＝aPr                                                                                 

式中：

Px——实际输出功率(kW)；

Pr——标准使用条件(海拔高度0m，空气温度20℃)下的输出功率(kW)；

a——海拔高度和空气温度综合修正系数，由发动机制造厂提供。

③ 要求用于启动的柴油发电机组需满足下列运行工况：

a)当柴油发电机组空载时,直接起动两台6KV/250KW的风机用电动机（顺序启动）,并维持系统的电压降不超过额定电压的20%(考虑风机电动机起动电流倍数为5.5倍,额定功率因数为0.8).

b)当柴油发电机组带载量为两台6KV/250KW风机时,转子变频启动6KV/500KW的提升机电动机，并维持系统的电压降不超过额定电压的20%(考虑燃机马达的启动电流倍数为1.5~2倍,额定功率因数为0.75)。

c)计算系统电压降时,应考虑5%的线损

d)系统负荷表

④根据项1的发电机组容量计算方法和计算公式，进行计算，并将参数选择及计算结果列表如下：

经上述计算，需安装的柴油发电机组输出功率：长行1800KW。

应急发电机容量选择计算将启动时的线路电压降一并考虑进去，使计算值更接近实际值，保证了设备容量正确选用。应急发电机的现场安装安装、运行流程都有严格的工序。在改造施工中，我公司技术人员在充分研究设备及控制系统后，设计并制定安装、操作流程图确保施工工序正确，安装质量达标，设备运行操作步骤无误。在地理位置偏僻并远离城市供电网络的矿山，不能实现双回路电源供电时，采用应急发电机组对应对矿井突发停电及大面积停电保证

煤矿安全生产的具有重大意义，也充分印证了：“安全就是效益“。