2022年矿山供电系统方案设计书 .pdf

9 矿山生产系统设计94 供电系统设计9.4.1 概述一供电的重要性和基本要求电力是企业生产的主要能源。对企业应做到可靠、安全全和生产的需要，企业对供电提出以下基本要求：供电安全、供电可靠、供电优质、供电经济。1. 供电安全在电能的供应、分配和使用过程中，不应发生人身伤亡和设备损坏事故。对于煤矿生产来说，由于主要是地下作业，工作环境特殊，供电线路和电气设备易受损坏，可能造成人身触电、电气火灾和电火花引起的瓦斯煤尘爆炸等事故，所以必须严格按照煤矿安全规程的有关规定进行供电，确保安全生产。2. 供电可靠供电可靠就是要求供电具有连续可靠性。供电中断时不仅影响企业生产，而且可能损坏设备，产生废品，甚至发生人身伤亡事故。而煤矿一旦断电，不仅影响产量，还有可能引发瓦斯集聚、淹井、人身伤广和设备损坏，严重时将造成矿井的破坏。为了保证供电的可靠性，通常采用双电源。双电源可来自不同变电所或发电厂或同一变电所的不同母线上。对于煤矿，在一个电源发生故障的情况下，另一电源应能满足对主要个产设备的供电，以保证通风、排水以及生产的正常进行。3. 供电优质在保证安全和可靠供电的前提下，还要保证供电的质量，用电设备在额定值下运行性能最好。因此要求供电质量方面有稳定的电压和频率，电压和频率足衡量电能质量的重要指标。具体有以下 4 项指标：(1) 电压：额定电压电压偏差不得超过允许值，电动机5，白炽灯 +3-2.5 。(2) 频率：额定频率 50Hz，频率偏差不得大于 0.4 1。(3) 波形：正弦波形，波形上不得有高次谐波产生的毛刺，以防造成电力污染。(4) 平衡度：三相电网电压平衡。4供电经济一般考虑下列 3 个方面；(1) 尽量降低企业变电所与电网的基本建设投资。(2) 尽量降低设备材料及有色金属的消耗量。 (3)注意降低供电系统的电能损耗及维护费用。此外，企业还要求有足够的电能。这不仅要求电力系统或发电厂能提供充裕的电能而且要求企业供电系统的各项供电设施具有足够的供电能力。二 电力负荷分类为了满足电力用户对供电可靠性的要求，即停电所造成的影响不同同时又考虑到供电的经济件，根据用电设备在企业中所处的重要地位，以方便在不同情况下区别对待，通常将电力负荷分为3 类。1一类负荷 (一级负荷 ) 凡因突然小断供电，可能造成人身伤亡事故或重要设备损坏事故，给国民经济造成重大损失的或在政治上产生不良影响的负荷，均属于一类负荷。如钢精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 30 页厂炼钢炉，停电 30min，即造成炼钢炉报废；电解铝厂，停电15min，即造成电解槽破坏；煤矿主通风设备，井下主排水泵，副井提升机等有内个独立的电源供电。一类负荷应有两个独立的电源供电，对行特殊要求的一类负荷，两个独立电源应火自不同的地点，以保证供电的可靠连续性要求。一类负荷中影响人身与设备安全的负荷又叫保安负荷。2二类负荷 ( 二级负荷 ) 凡因突然停电，造成大量度仍或大量减产形成较大经济损失的负荷，属于二类负荷：如工厂的主要生产车间，煤矿的集中提煤设备、地面空气压缩机、井下采区变电所等。对于中小型企业的二类负荷一般由专用线路供电。而对于大型企业的二类负荷，也应有两个电源，并且两回路电源应尽量取自不同的变电所或母线段。另外，为了减少长时间停电对生产的影响，供电设备应有一定数量的库存，以便及时更换。3三类负荷 ( 三级负荷 ) 除了一类、二类以外的所有其他负荷均为三类负荷，如企业的附属车间及办公、生活福利设施，煤矿井门机修厂等。三类负荷对供电没有特殊的要求，一般只设一回路供电，不考虑备用电源。根据需要各负荷还可共用一条输电线路。对于电力用户分类的门的是分级管理，便于调整电力负荷，合理供电。对于重要负福保证供电是第一位的，对于次要负荷应更多地考虑其供电的经济性。在电力系统中，发生故障或检修、限制用电负荷时，府根据具体情况区别对待，停止三类负荷供电，有必要时切除部分二类负荷，以确保对一类负荷的不间断供电。三 电力系统电力系统是指由发电厂、升乐和降压变电所以及各种不同电压等级的输电线路组成的整体。某电力系统简图如图所示。发电机发出的电压一般是3.15Kv、6.3kv 、105kv。发电厂设有升压变压器将电压升高后再输送山去。输电容量越大，输电距离越长，要求输电线路的电压越高，在高压或超高压范围(35500kv) 。为厂经济合理地利用国家资源，发电厂一般建在煤炭或水利资源丰富的地区。发电厂对附近的工矿企业供电，可直接用发电机发出的电压。根据发电厂电源距用户的距离和容量不同，输送的电压等级也不同。所以发电厂或区域变电所通常使用几种不同的电压供电。电力系统中各发电厂之间，以输电线路连接，称并网发电。这样不但可以提高供电的可靠性，同时还可调节各发电厂的负荷，综合发挥电力系统的供屯经济效益。企业用电设备的额定电压较低，为了将电力系统高压降低为用户所需要的低压电能，需设置降压变电所( 或称变电站 )，将电压降低后再输送出去。一般送到煤矿地面变电所的电压是35kv。若矿区的用电容量很大，距离发电厂又很远时，则发电厂使用更高的电压对矿区进行供电，这时就需要建立区域变电所( 一次变电所 )。反之距离区域变电所很近的矿区，就不需要设置35kv6kv 主变压器，使变电所设备简化，同时也会使供电的安全性和可靠性更高。煤矿地面变电所应有两个独方的电源。距离电力系统电源近时，使用平行双回路供电；当相邻的煤矿之间距离较近，而距离电力系统电源父较远时，一精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 30 页般由电源送一回路，另外相邻的煤矿地面变电所之间设一回路联络线，形成环形电网供电。某电力系统简图四 供电电压等级现行企业所使用的电气设备都是按照一定的标难电压设计和制造的，这个标准电压称为电气设备的额定电压。为了便于批量生产和统一供电，国家规定了标准的额定电压等级(包括煤矿企业电压等级在内)，见表额定电压等级 Kv 电网和用电设备的额定电压发电机的额定电压变压器的额定电压直流三相交流交流三相交流交流三相单相线电压相电压线电压原绕阻副绕组原绕组副绕组0.11 0.115 0.127 0.127 （0.133（0.127（0.133（0.127（0.133 ）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 30 页）0.22 0.22 0.22 0.23 0.23 0.22 （0.23 ）0.22 （0.23 ）0.38 0.40 0.38 0.40 0.38 0.44 3.0 3.15 3.0 、3.15 3.15 、3.3 6.0 6.3 6.0 、6.3 6.3 、6.6 10 10.5 10、10.5 10.5 、11 35 35 38.5 63 63 66 110 110 121 154 154 169 220 220 242 330 330 363 500 500 550 注： 1. 本表括号内的数字只用于井下或其他安全要求较高的场所。2目前我目煤矿井下电机车使用0.25kv 和 0. 55kv电压，对应的变电所输出电压为0.275kv 和 0.6Kw 两种。 3.露天煤矿工业用电机车，使用的直流电压有0.75kv 、1.5kv ，变电所输出电压为0.825Kv 和065kv 两种。 4.原绕组电压为3.15kv 、6.3Kv 、105kv 的变压器，适用于直接接十发电机山线上；副绕组电压为3.3Kv 、 66kv 、11kv 的变压器，适用于供电半径大的场合。电力线路的额定电压应等于与其相连接的用电设备的额定电压。发电机的额定电压可比线路的额定电压高5。电力变压器次、二次侧的空载额定电压，有一边可调3 5。用于升压的变比器，一次侧的主载额定电压与发电机相同，二次侧的空载额定电压可比线路额定电压高10，如 6300V385003675035000V。用于降压的变压器，次侧的空载额定电压为线路额定电压5，二次侧的空载额定电压勺发电机额定电压相同，如367503500033250V6300V。输电线路电压等级的选择与确定，主要是根据输送距离的远近和输送电力功率的大小，通过经济技术指标的比较确定的，大致范围见表。电压等级与输送距离和功率的范围电压等级 /KV 输送功率 /KW 输送距离 /Km 0.38 100 以下0.6 以下0.66 100150 0.61 3 1001000 13 6 10001200 415 10 2002000 620 35 100010000 2027 60 350030000 30100 110 1000050000 50150 由于企业一般从电力系统取得供电电源，其电压应根据企业的负荷、电源至企业的距离以及地区电力网可能供给的电压与有关电力部门进行共同协商确定。一般用电负荷较小的小型企业可选择10Kv用电负荷较大的大中型企业可选择35kv 用电负荷很大的大型企业可选择110Kv 或 220Kv。一个企业可根据需要选择一种或几种电源电压。9.4.2 矿山供电系统矿山供电系统按照矿山类型的不同分为尽同的形式，我国现阶段的矿山有矿井式和露精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 30 页天矿山式，所以其矿山供电系统也不同，下面分别加以介绍。一 矿井供电系统矿井供电系统决定于井田范围、煤层倾角、埋藏深度、设计年产量、开采方式、涌水量以及井下负荷等因素，其供电系统必须符合安全、可靠、经济的原则。下面介绍矿井供电系统的类型。（一）深井供电系统埋藏深、倾角小、负荷大和涌水量大，多采用将610kv 高压直接送入井下的供电方式，称为深并供电系统。这种供电方式由设于地面的矿山变电所引出6kv10kv 高压电缆，通过井筒送至井下中央变电所，然后从井下中央变电所沿铺设的高压电缆送到井下各高压用电设备和采区变电所，直至工作面配电点，形成地面变电所中央变电所 采区变电所 工作面配电点的4 级供电系统，如图118 所示。井底车场及附近的低压用电设备的供电，是由设在中央变电所的变压器降压后供给的；采区内的低压用电设备的供电，是由来区变电所降压后供给的。采区的综采设备高压由采区变电所高压或中央变电所高压电缆供给，低压通常由采区变电所引出的高压电缆，送至工作面附近巷道的移动变电站降压后供给；若距离近也可由采区变电所变压器降压后供给。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 30 页（二）浅井供电系统埋藏浅 (100 200m)、井田范围大、负荷小和涌水量不大的矿井，可采用浅井供电系统，如图119 所示。浅井供电系统的特征是两级供电，高压电缆不下井。浅井供电主要有以下3 种方式。 1井底车场及附近低压用电地面降压后，由低压电缆通过井筒送到井底车场配电所，再分配给各级低压用电设备。井下架线式电机车所用直流电源，也是由地面变电所整流后，将直流电用电缆沿井筒送到井底车场配电所供给。 2采区负荷小且无高压设备精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 30 页由地面变电所通过高压架空线将电能送到采区工作面的地面上的变电室或变电亭，然后就地降压后，用低压电缆经钻孔送到井下采区配电所，再由其分配给工作面配电点和低压用电设备。 3. 采区负荷大且有高压设备使用高压电缆将高压电能经钻孔送到井下采区变电所，再由采区变电所分配供电。在浅井供电系统中，采区用电基本都是通道采区地面直通井下的钻孔完成的，所以也称为钻孔供电系统。为了防止钻孔壁塌落挤压电缆，钻孔中敷设有钢管保护，电缆穿过钢管送到井下采区。浅井供电系统可节省井下价格昂贵的高压电气设备和电缆，并减少井下变电铜室的开拓量，投资少，所以经济、安全。不足之处是需打钻孔和敷设钢管，而且钢管使用完不能回收。矿井采用哪种供电方式，应根据矿井的具体情况并进行经济技术比较后确定。（三）井下中央变电所1. 井下中央变电所结线井下中央变电所是井下供电的核心担负着井下供电的重要任务，其结线如图1 20所示。结线原则是高压母线采用单母线分段方式，母线数与下井电缆数对应，各段母线通过高压开关联络。正常情况下，多采用分列运行的方式；当某一厂井电线出现故障时，才将联络开关闭合。井下高压水泵是井下中央变电所的重要负荷，应分别接在母线各段上，以保证供电的可靠。向采区供电的电缆也应分别按在母线各段上，这样当某段母线出现故障时不会造成全矿采区的停电，从而影响煤炭生产。井下电机车需要的直流电源，通常采用的是硅整流装置，为了保证供电的可靠，也应分别接在母线各段上。井底车场及附近低压动力和照明用电，一般设置两台变压器供电。当主排水泵为低压水泵时，变压器的容量和台数的选择，应保证备用变压器能提供排出最大涌水量所需的容量。井下中央变电所应留有高、低压配电装置的备用位置，其数量一般不少于各自安装总数的 20，以适应发展的需要。2井下中央变电所的位置和硐室布置精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 30 页选择井下中央变电所的位置，应遵循以下原则：(1) 尽量靠近负荷中心，以节省电缆，减少电能和电压损失。(2) 井下中央变电所通风要良好。(3) 进出线方便，交通运输便利。(4) 井下中央变电所的顶底板要坚固，无淋水现象。按上述条件，通常变电所硐室设在井底车场附近，直接与中央水泵房相连，有条件时应与电机车用的变流所联合建筑，如图121 所示。井下个央变电所应特别注意防水、防火与通风问题。为了防水，井下中央变电所的地面应比并底车场的轨道面标高高出0.5m。为了防火，硐室应用耐火材料支护，出口5m以内的巷道也用耐火材料支护；硐室内电缆应用不带黄麻保护层的；硐室还应设有砂箱和干式灭火器材。井下中央变电所设备布置如图1 22 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 30 页井下中央变电所的变压器与配电装置分开布置；高压与低压配装装置及直流设备也应分开布置；设备与墙壁间要留有0.5m 以上的过道。各设备之间应留0.8m 以上的间距或根据具体情况留设间距，以方便维护和检修。完全不需要从两侧或后面进行检修维护的设备，可以不留间隙放置。3采区变电所与移动变电站( 车) 采区变电所是采区供电的中心，其任务是将井下中央变电所送来的高压电变为低压电，并将此电力配送至采掘工作面及附近的用电设备。1) 采区变电所结线采区变电所结线如图123 所示。由图可知，变电所每台动力变压器高压侧都装有一台高压配电箱，低压侧各装有一台总开关；采掘工作面及附近的供电都经过各磁力分开关配送处去。照明变压器一般用手动开关控制。另外还装有绝缘监视用的检漏继电器等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 30 页单电源进线的采区变电所，如变压用不超过两台且无高压配出线的，可不设电源进线开关；否则，为了操作的方便，范设电源进线开关。双电源进线的采区变电所，采用单母线结线时，应一路工作一路备用；若需同时工作，母联开关应断开，使两电源回路分列运行。双电源进线适用于综采工作面或下山采区行排水泵的采变电所。采区变电所变压器通常采用分列运行的结线方式，低压侧各装有台总馈电开关，各变压器形成独立的供电系统。每台变压器的低压侧都装有检漏继电器，它与变压器低压侧总馈电开关配合使用，起漏电保护作用。若总馈电并关内有漏电保护时，可不再装设检漏继电器。 2)采区变电所位置和硐室布置精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 30 页采区变电所位置的确定原则向中央变电所类似，但根据采区生产的特殊性还要求每个采区应只设一个变电所对全采区供电；如不可能，也应尽量少设变电所，以减少变电所迁移的次数。因此，通常将采区变电所设置在采区装车站附近，或设置在上( 下) 山巷道与运输平巷交叉处或两个上( 下) 山巷道之间的中间位置。采区变电所的防水、防火、通风等安全措施与中央变电所相同。硕室长度若超过10m ，应有两个出口，以保证通风的良好。采区变电所硐室布置如图124 所示。变压器可与配电设备布置在向硕室内但分开布置，高、低压设备应分开布置，检漏继电器放置于闲空墙壁的支架上。各设备间及与墙壁间根据实际需要可预留检修维护通道。 3)移动变电站 (车) 由于综采工作面设备多，容量大，采区范围广，回采速度快，使用固定的采区变电所不经济，也满足不了技术上的要求，所以必须采用移动变电站。移动变电站是由特制的高压配电装置、干式变压器及低压配电装量组成的整体，放置在一辆车上，可以移动，距工作面一般50300m 。随工作面每推进100200m ，移动一次。由于高压进线电缆每100m就采用防爆插销连接一次，可以仲缩，故低压供电距离般小于500m 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 30 页 4工作面配电点为了便于操作采掘工作面的电气设备，必须在工作面附近的巷道中设置控制开关和启动器，由这些装置组成的电器总体叫做工作面配电点。工作面配电点分为采煤和掘进两种。采煤工作面配电点距采煤工作面5080m ；掘进工作面配电点距掘进工作面80100m 。工作面配电点也随工作面的推进而相应前移，图1 25为采煤工作面配电点的布置及配电示意图。二 露天矿供电系统露天矿供电系统一般分为两类，分别是地面供电系统与坑内供电系统。地面供电系统与矿山变电所的供电系统很相似，在此不多阐述。下面主要介绍坑内供电系统。露天矿坑内供电系统主要由坑内的配电所、配电线路和配电点等联成的系统所组成。坑内配电方式的选择原则是易架设；随工作面可推进，移动方便；受爆破影响小，可以保证安全、经济、可靠地供电；坑内配电系统比较典型的方式有横式配电系统、纵式配电系统、边缘式配电系统和放射式配电系统。1. 横式配电系统横式配电系统适合于台阶数多而不太长的大型露天矿坑内配电，如图126 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 30 页3kv/6kv架空线路沿横向工作面或台阶敷设。其配电线路电杆必须加固和架高，以防倒杆和碰线事故。该配电系统受爆破作业影响小，但随工作面的推进，输电线路的缩短和延伸较为困难。2. 纵式配电系统纵式配电系统如图l 27 所示。 3Lv 6kv 架空线路由变电所引出，顺开采工作面架在可移动式的电杆上，300400m设一配电点，三个开采台阶架设一趟线路。纵式配电系统的特点是；架空线路敷设力向与电铲等移动方向平行，避免了生产过程小的碰线事故；架线工作较容易；但受爆破影响大，移动工作量大时间长。该系统适用于大而长的露天矿坑配电。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 30 页3. 边缘式配电系统小型露天矿的坑内配电，通常采用边缘式配电系统，如图128 所示。 3kv6kv 架空线路由变配电所引出，沿坑的边缘敷设。采用橡套电缆将电送至单斗电铲等机械设备所用的低压变压器。该配电系统结构简单，而且沿坑线路可采用永久性的水泥杆。延伸到坑内的线路可采用木杆架设，再经跌落式熔断器和橡套电缆向各用电设备供电。4. 放射式配电系统 6KV架空线路内变电所引至露天矿坑帮的配电点，再通过高压橡套电缆送到坑内各工作台阶上的单斗电铲及其他设备的低压变压器。如图129 所示为放射式配电系统，该配电系统接线点和配电点接线简单，有的甚至就安装在电杆上。电缆和架空线之间，有的只需安装隔离开关即可。配出线的过流保护讨利用变电所内的配电开关拒来保护，有的在隔离开关负荷侧加装高压熔断器或跌落式熔断器来进行短路保护。放射式配电方式较为简单，适用于小型露天矿的坑内配电。943 供配电系统负荷计算与变压器选择9.4.3.1 概述精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 30 页供配电系统的负荷计算是为了选择变压器的台数和容量大小。根据实际正确计算负荷的大小十分重要，它将对供电的安全、可靠和经济有重要的意义。变压器容量过大不仅投资大，而且空载损耗也大，系统功率因数低；反之容量过小，变压器就将长期过负荷运行，铜损增加，线圈过热，可能烧坏线圈的绝缘或缩短变压器的寿命，既不经济也不安全可靠。下面介绍几种负荷的计算方法。目前，我国负荷计算的方法主要有需用系数法和二项式法。需用系数法计算简便，其计算结果能满足工程上的要求，所以应用广泛。二项式法通常用于设备数量少而容量变化大的负荷计算，其计算过分突出了最大用电设备的影响，因而计算结果往往偏大，但可弥补需用系数法的不足。一、电力负荷有关概念1. 长期连续工作制负荷长期连续工作制设备长期连续工作，负荷比较稳定，如通风机、水泵、机床电动机和照明灯等。2. 短时工作制负荷短时工作制设备工作的时间短，停歇的时间相对较长，如机床上的辅助步进电动机和升降电动机、小绞车等。3. 断续周期工作制负荷断续周期工作制设备周期性地工作停歇一工作，如此反复进行，而且工作周期不超过 10min，如电焊机、吊车电动机等。二、 用电设备容量的确定用电设备的额定容量是指用电设备在额定电压下，在规定的使用寿命内能连续输出或耗用的最大的功率。对电动机巾言，额定容量则是指其轴上正常输山的最大功率。因此其耗用的功率应为其额定容量除以其效率。对电灯和电炉等，额定容量是指其在额定电压下耗用的功率，而非其输出的功率。不同工作制的用电设备其功率统计有所不同。长期连续工作制用电设备的功率就等于其铭牌上的额定功率。短时工作制用电设备的功率，按额定功率考虑。若该类设备只在故障或检修时用，是支线负荷按额定功率确定，干线上就不用考虑了。但若容量较大，影响干线设备选择时，应适当考虑。断续周期工作制设备的功率，是将用电设备在不同暂载率下的额定容量统一换算为规定的暂载率下的额定功率。当然换算是以“热量等效”原则进行的。暂载率又称负荷持续卒或相对工作时间，用符号表示。通常用一个工作周期内的工作时间 t 与上作周期T 的百分比来表示%100ttt0%10Tt0式中 T 工作周期； t工作周期内工作时间； t0工作周期内停歇时间。采用断续周期工作制设备的额定容量PN，对应于某一标淮负荷暂载率N。如实际运行的负荷暂载率 N，则实际容量Pe应按向周期内等效发热条件进行换算。由于电流I通过电阻为R的设备在t 时间内产生的热量为I2Rt，因此在设备产生相同热量的条件下，I t1。由式 (2 1)可知，同一周期T 的负荷暂载率为。因此，设备容量与负荷暂载率精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 30 页的平方根成反比。所以，如设备在N下的容量为PN，则换算到 下的设备容量P。为NNPPe三、负荷曲线负荷曲线是表水电力负荷随时间变化情况的图形。绘制在直角坐标系中，纵坐标表示负荷功率，横坐标表示负荷变动所对应的时间。负荷曲线按负荷绘制方式分为依点连接负荷曲线，如图2la 所示；梯形负荷曲线，如图 2 1b 所示。负荷曲线按负荷对象分为企业、车间和设备的负荷曲线。负荷曲线按负荷功率性质分为有功和无功负荷曲线。负荷曲线按所表不的负荷变动时间分为年、月、日和工作班的负荷曲线。年负荷曲线。般是根据冬口和夏日来绘制。这种负荷曲线从大到小依次排列，反映了全午负荷变化与对应的负荷持续时间( 全年按 876Dh)的关系。这种年负荷曲线全称为年负荷持续时间曲线，如图22a 所示。年负荷曲线的另一种形式是按全年每日的最大半小时负荷来绘制，全称为年每口最大负荷曲线，如图22b 所示。这种年负荷曲线主要用来确定何时段投入多少台变压器适宜，而为一时段又怎样投入变压器合适，从而使供电系统的能耗达到最小，以求得最大的经济效益。下面讨论一下负荷曲线与负荷计算有关的物理量。年最大负荷PMax，全年中有代表性的为最大负荷的最大半小时平均负荷P30。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 30 页年最大负荷利用小时Tmax为一假想的时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。图 23 为年最大负荷和年最大负荷利用小时。Pmax、Tmax与两坐标轴所包同的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，即全年实际消耗的电能Wa所以年最大负荷利用小时为maxamaxPWT年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的重要参数，它与企业的生产班制有关系。例如一班制，Tmax18003000h；两班制， Tmax35004800h；三班制， Tmax50007000h。9.4.3 负荷计算一、需用系数法计算负荷由于一台设备的额定容量，往往大于其实际负荷的容量；一组设备中，根据生产的需要。所有设备一般不同时工作；同时工作的设备其最大负荷出现的时间也不尽相同。因此变电所各设备的实际负荷总容量，总是小于它的连接设备额定总容量，其比值叫需用系数。根据接于变电所的设备总容量用需用系数计算变电所总负荷的方法，叫需用系数法。1. 单一用电设备的需用系数1txKK式中 Kx需要系数； Kt用电设备负荷系数，即NetPPK Pe用电设备所需实际负荷，KW ；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 30 页 PN用电设备额定容量，KW ；用电设备实际负荷时效率；1线路效率，一般取0.95 。单台用电设备的功率计算式为tanPQPPjjNxjK2. 成组用电设备的需用系数lpjftxKKK式中 Kx成组用电设备需用系数； Kt用电设备同时系数，它等于该组用电设备在最大负荷时，同时工作的用电设备额定容量之和PNt与该组所联接的用电设备总额定容量PN之比，即NNtPPKtKf该组用电设备的负荷系数，即同时工作设备总实际负荷Pe与同时工作设备总额定容量 PNt之比，即NtePPKf1线路效率；pj同时工作的用电设备加权平均效率，即pj=（P11+P22+Pnn）/(P1+P2+Pn) P1,P2, ,Pn同时工作的用电设备实际负荷或额定或额定负荷，KW ；12n各用电设备在对应该负荷下的效率或额定效率。成组用电设备的功率计算式为pjjjpjNixiPQPKSjtancosPKPNxj式中 Pj该组用电设备的实际有功功率，KW ； Qj该织用电设备的无功功率，kvar ； Sj该组用电设备的视在功率，LvA；PNi该织各联结用电设备的额定容量总和； K该织用电设备需用系数； Cos pj该组用电设备的加权平均功率因数，即n21nn21pjPPPcosPcosP1coscos Pl，P2， Pn各用电设备的实际负荷或额定功率；cos 1， cos 2， ，cos n各用电设备的实际功率因数或额定功率因数。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 30 页企业各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数见表和表企业各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数用电设备名称需用系数Kde 功率因数cos小批生产的金属冷加上机床电动机0.160.2 0.5 大批生产的金属冷加上机床电动机0.180.25 0.5 小批生产的金属热加丁机床电动机0.250.3 0.6 大批少产的金属热加工机床电动机0.30.35 0.65 通风机、水泵、空压机及电动发电机组电动机0.70.8 0.8 非连锁的连续运输机械及铸造车间整砂机0.70.8 0.75 连锁的连续运输机械及铸造车间整砂机械0.650.7 0.75 锅炉房和机加工、机修、装配等类车间的吊车（=25% ）0.10.15 0.5 铸造车间的吊车（=25% ）0.150.25 0.5 自动连续装料的电阻炉设备0.750.8 0.95 实验室用的小型热设备( 电阻炉、干燥箱等）0.7 1 工频感应电炉( 未带无功补偿装置) 0.8 0.35 高频感应电炉( 未带无功补偿装置) 0.8 0.6 电弧熔炉0.9 0.87 点焊机、缝焊机0.35 0.6 对焊机、铆钉加热机0.35 0.7 自动弧焊变压器0.5 0.4 单头手动弧焊变压器0.35 0.35 多头手动弧焊变压器0.4 0.35 单头弧焊电动发电机组0.35 0.6 多头弧焊电动发电机组0.7 0.75 生产厂房及办公室、阅览室、实验自照明0.81 1 变配电所、仓库照明0.50.7 1 宿舍 ( 生活区 ) 照明0.60.8 1 室外照明、事故照明1 1 注：表中 cos 为白炽灯、卤钨灯的数值，荧光灯cos=0.55 ，高压汞灯、钠灯cos=0.5 。煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数用电设备名称需用系数Kde功率因数备注精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 30 页cos压风机房主电动机0.80.85 0.80.85 同步机时一般cos为 0.9 超前斜井胶带提升机0.75 0.7 地面综合运输0.7 0.7 储煤场0.60.65 0.7 绞车房辅助设备0.7 0.7 锅炉房0.60.7 0.650.7 空气加热房0.750.8 0.8 日用及消防书泵房0.70.75 0.75 机修厂0.350.4 0.60.65 支柱加工厂0.40.5 0.65 煤样室0.40.5 0.6 化验室0.50.6 0.8 矿灯房0.7 0.7 变电所用电0.7 0.7 地面建筑物内部照明0.85 1 高压水银与日光灯cos取 0.6 工业广场区间外部照明0.9 1 高压水银与日光灯cos取 0.6 主要通风机房辅助电动机0.350.5 0.7 多台风门绞车不同时工作井底车场无主排水泵0.60.7 0.7 有主排水泵0.750.85 0.8 采区无机组缓倾斜工作面0.40.6 0.6 有机组缓倾斜工作面0.60.75 0.60.7 综采工作面取cos 0.7 急倾斜工作面0.60.65 0.60.7 煤巷掘进工作面0.30.4 0.6 有掘进机时Kde =0.5 ，cos =0.60.7井下运输架线式电机车0.40.7 0.9 蓄电池式电机车0.8 0.9 输送机和绞车0.60.7 0.7 井下照明1 1 日光灯 cos =0.6二、二项式系数法计算负荷1. 二项式系数法基本公式及应用二项式系数法基本公式xNjcPbPP式中 PN用电设备组的平均负荷，其中PN为用电设备组的设备总额定容量； cPx用电设备组中x 台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中Px是容量最大的设备额定容量； b、c二项式系数。其余的计算负荷Sj、Qj的计算公式与前述需用系数法相同。二项式系数b、c 及最大容量的设备台数x 和 cos 、 tan等值，可查表表23。注意：按二项式系数法确定计算负荷时，若用电设备总台数n0.5 时，适当少收取电费；cos av0.85 时，适当多收取电费。这样可鼓励用户设法提高功率因数，从而提高电力系统运行的经济性。3）最大负荷时功率因数最大负荷时功率因数是指在年最大负荷( 计算负荷 ) 时的功率因数，最大负荷时功率因数计算式为jjSPcos我国有关规程规定：高压供电的企业，最大负荷时的功率因数个得低于0.9, ，其他则精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 30 页不得低刊0.85 。若达不到上述要求，则必须进行无功补偿，以满足供电经济合理性要求。2.提高功率因数的意义目前，我国企业使用大量的感应式电动机和变压器等电气设备，所以供电系统中，除了需要供给有功功率以外，还需供给大量的无功功率，从而造成发电和配电设备的供电能力不能充分利用。因此，必须提高企业的功率因数，以减少对电源系统的无功功率需求量，同时也减少电能的浪费。提高功率因数对企业来说具有以下实际意义： (1)提高电力系统的供电能力。在发电和输、配电设备的容量定时，提高用户的功率因数，就相应减少了大功功率和视在功率的需求量。这样，在同样设备条件下，就相当于增大了电力系统的供电能力。 (2)减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。因为用户功率因数的提高，使网络中的电流减少，所以网络中的电压损失减少，网络末端用电设备的电压质量得到提高。 (3)降低供电网络中的功率损耗。因为当线路电压和输送的有功功率一定时，功率因数越高，则供电网络中的功率损失就越少。 (4)降低企业产品的成本。由于功率因数的提高可减少供电网络和变压器中的电能损耗，从而使得企业的电费下降，也就降低了企业的用电成本。目前我国的电力资源还是比较紧张，为了鼓励用户提高功率因数，提高电能的使用效率，我国的电力部门采取电费奖惩制度。即利于功率因数高于0.9 的用户给予奖励，对于功率因数低于0.9 的用户给予罚款。可见，提高功率团数，对于充分利用现有的输电、配电及电源设备，保证供电质量，减少电能损耗，提高供电效率，降低生产成本，提高经济效益等都有着个分重要的现实意义。二、提高功率因数的方法1.提高负荷的自然功率因数采取各种技术措施，不需要增加专门的设备，改进用电设备的运行情况，来提高负荷功率因数的方法称为提高位付的自然功率因数。具体方法如下：(1)正确选择和合理使用电机，使其经常工作在满载或接近满载的情况下，因为在这种情况下电机的功率因数较高。 (2)合理选择变压器和调节其运行方式，尽量避免变压器空载或轻载运行。(3)使同步电机在过励磁条件下运行，利用其容性电流来补偿电力网中的感性电流。(4)尽量选择鼠笼型电机，因为它比绕线型电机的功率因数高。 (5)对于容量大量又不要求调速的电机尽量选择问步电机。2.人工补偿法提高功率因数如果提高负荷的自然功率因数不能满足要求时，应采取人工补偿法来提高负荷的功率因数。目前企业多采用并联电力电容器的方法进行无功补偿。而且电力电容器具有投资少，有功功率损失小，运行维护方便，故障范围小的特点。补偿原理若在补偿前有功计算功率为P，无功计算功率为Q，则补偿前后的功率三角形如图24 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 30 页由于补偿前后总的有功计算功率不变，因此功率因数得到提高，总的视在功率Sa c得到较大的降低，即22)(SccaQQPS式中 Q补偿前无用功计算功率，Kvar ； Qc电容器总的无功容量，Kvar； P系统的有功计算负荷，kW ； S补偿前总的视在功率，kv A。 Sac补偿后总的视在功率，kv A。三、电容器的选择（一）电容器无功容量的计算由图 2-4 可得出，电容器的无功容量为)tan-(tanQcaATcNp式中cQ电容器总的无功容量，Kvar ；p系统的有功计算负荷，kW ；ATtanN补偿前功率因数角的正切；catan补偿后功率因数角的正切。（二）电容器柜台数的确定在提高电力系统的功率因数时，应选择并联电容器。电容器的额定电压应与接入电力网的工作电压相对应。由于电容器的实际补偿容量与其端电压的平方成正比，所以电容器台数 N的计算式为2WcNcUUQQN）（cN精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 30 页式中cNQ单台电容器柜的额定容量，kvar；WU电容器实际工作电压，kV ；cNU电容器额定电压，kV 。每相电容器台数的计算式为N/3n需要注意的是，由于电容器通常分为两组，分别接在