第五章 節(jié)電及電氣化指標(biāo)(趙20142)

1、第五章 節(jié)電及電氣化指標(biāo)學(xué)習(xí)要求一般掌握：礦山節(jié)電的意義；功率因數(shù)及對礦山功率因數(shù)的要求；礦山節(jié)電措施；功率因數(shù)過低的危害；電費計算方法；礦山電氣化指標(biāo)。重點掌握：提高功率因數(shù)的方式。2022-6-191第一節(jié) 礦山節(jié)電一、概述 電力負(fù)荷曲線：表示電力負(fù)荷（功率）隨時間的變化的情況的圖形，繪在直角坐標(biāo)上，縱坐標(biāo)表示電力負(fù)荷，橫坐標(biāo)表示對應(yīng)于負(fù)荷變動的時間。根據(jù)需要可繪成日負(fù)荷曲線、月負(fù)荷曲線、年負(fù)荷曲線。2022-6-192日負(fù)荷曲線2022-6-1932 4 6 8 10 1214 16 18 20 22 24功率小時年負(fù)荷曲線426810121357911月份功率2022-6-194二、節(jié)

2、電的一般措施1.加強技術(shù)管理，實行計劃用電 電能技術(shù)管理的基礎(chǔ)是實行計劃用電和電耗定額管理。一方面在充分調(diào)查研究基礎(chǔ)上，制定出礦井各個部門和各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的合理用電指標(biāo)和電耗定額，建立起一個能提高全礦職工節(jié)約用電積極性的用電管理制度；另一方面，要在各用電單位和生產(chǎn)環(huán)節(jié)處裝設(shè)各種計量儀表，對用電指標(biāo)、最高負(fù)荷情況及耗電量等認(rèn)真計量，嚴(yán)格考核，切實作到節(jié)電受獎、超過指標(biāo)受限和浪費受罰。 2022-6-195具體措施： 建立日用電量分析制度 實行負(fù)荷調(diào)整，降低負(fù)荷高峰用電量 實行經(jīng)濟(jì)運行方式 加強運行維護(hù)和檢修 提高職工的技術(shù)素質(zhì)，養(yǎng)成節(jié)約用電的良好習(xí)慣，形成人人重視節(jié)電、處處注意節(jié)電的風(fēng)氣。2022-

3、6-1962. 積極推廣節(jié)電新技術(shù)1）采用高效低耗的節(jié)能型供用電設(shè)備，如采用低損型變壓器、高效風(fēng)機、高效水泵、膠帶輸送機等。2）改造現(xiàn)有電耗大的生產(chǎn)工藝與設(shè)備3）改造供電系統(tǒng)，降低線路損耗4）合理使用現(xiàn)有設(shè)備，人工提高功率因數(shù)3. 設(shè)置無功功率補償裝置，提高功率因數(shù)2022-6-197三、經(jīng)濟(jì)運行與無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量1.經(jīng)濟(jì)運行： 使電力系統(tǒng)的有功損耗最小而獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的運行方式。其一在于要使整個電力系統(tǒng)的有功損耗最小而不是單一設(shè)備的損耗；二是設(shè)備的運行方式，如變壓器的運行，是分列運行還是并列運行，是單臺運行還是多臺運行等。2022-6-198三、經(jīng)濟(jì)運行與無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量2.無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)

4、量 當(dāng)電網(wǎng)傳輸無功功率不同時，會使得電網(wǎng)上的有功功率損耗也發(fā)生變化，即 所以為了計算設(shè)備無功損耗所引起的系統(tǒng)有功損耗的增加量，定義換算系數(shù)為無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，表示為：2022-6-199wcawRIP23reKec.無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量：表示電力系統(tǒng)多輸送1kVar的無功功率時，所使電力系統(tǒng)中增加的有功功率損耗的kW數(shù)。單位為kW/kVar。對于工礦企業(yè)變電所， 0.020.1對由發(fā)電機直接供電的負(fù)荷， 0.020.04對經(jīng)過兩級變壓的負(fù)荷， 0.050.07對三級以上變壓的負(fù)荷， 0.080.12022-6-1910reKec.reKec.reKec.reKec.四、礦山主要生產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)電措施礦

5、山四大生產(chǎn)系統(tǒng)*：提升系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)排水系統(tǒng)采運系統(tǒng)2022-6-1911第二節(jié) 功率因數(shù)及其補償一、功率因數(shù)及對功率因數(shù)的要求 功率因數(shù)：有功功率與視在功率的比值， 用 表示。 三相電網(wǎng)功率計算公式：cos/P S2022-6-1912cosVISVIQVIP3sin3cos3一、功率因數(shù)及對功率因數(shù)的要求 電力系統(tǒng)中的功率因數(shù)一般采用一定時間段內(nèi)的有功電度數(shù)與視在功率電度數(shù)（有功電度數(shù)與無功電度數(shù)的平方和再開方）的比值作為參考值。功率因數(shù)在01之間。功率因數(shù)越接近1越好。 2022-6-1913功率因數(shù)過低的危害*1. 功率因數(shù)過低會使電氣設(shè)備的容量不能充分利用。如對一定容量的變壓器，功率因

6、數(shù)越低，其能輸出的有功越小，能夠帶的負(fù)荷越少。2. 功率因數(shù)過低會增加電源線路和礦內(nèi)配電線路的功率損失。3. 功率因數(shù)過低會增加電網(wǎng)末端的電壓損失，使負(fù)荷電壓質(zhì)量下降，這是因為線路電壓損失由下式?jīng)Q定：2022-6-1914()/XRNVP RQ XV（一般 ）一、功率因數(shù)及對功率因數(shù)的要求 電力部門對用戶的功率因數(shù)有明確的規(guī)定，要求高壓供電（ 6kV及以上）的工業(yè)及裝有帶負(fù)荷調(diào)壓設(shè)備的用戶，功率因數(shù)應(yīng)在0.95以上；要求其他電力用戶的功率因數(shù)應(yīng)為0.90以上；農(nóng)業(yè)用戶要求0.80以上。 煤礦企業(yè)總變配電所610kV母線上的功率因數(shù)要求在0.95以上*。2022-6-1915二、提高功率因數(shù)的方

7、法*提高功率因數(shù)一方面要盡量減少通過電力系統(tǒng)中向負(fù)荷提供的無功功率（采用就近供給無功），另一方面可以采取一定措施減少設(shè)備的無功功率消耗。1. 提高用電設(shè)備本身的功率因數(shù)，即提高自然功率因數(shù) （1）盡量采用鼠籠式異步電機。因為鼠籠式電機結(jié)構(gòu)緊密、氣隙小、漏磁少，其功率因數(shù)比繞線式異步電機高。2022-6-1916提高用電設(shè)備本身的功率因數(shù)（2）避免電動機與變壓器的輕載運行。應(yīng)力求使電動機在接近額定負(fù)荷下運行，變壓器的負(fù)荷率也不宜低于50。（3）對不需要調(diào)速的大型設(shè)備，盡量采用同步電動機。同步電動機的功率因數(shù)可以達(dá)到1，并在過勵磁條件下，可以向電網(wǎng)送入無功功率，減輕電網(wǎng)輸送無功功率的負(fù)擔(dān)，提高了礦

8、區(qū)電網(wǎng)的功率因數(shù)。礦井可用同步電動機的設(shè)備有扇風(fēng)機、空氣壓縮機等。2022-6-1917提高用電設(shè)備本身的功率因數(shù)（4）繞線式異步電動機同步化運行?？梢詫⒐β室驍?shù)提高到1。（5）盡量采用高壓（610kV）電動機，節(jié)省降壓變壓器或減少降壓變壓器的容量，減少礦區(qū)電網(wǎng)的無功功率損耗，提高礦區(qū)電網(wǎng)的功率因數(shù)。2022-6-19182. 人工補償提高功率因數(shù)* 人工補償提高功率因數(shù)，是采用供應(yīng)無功功率的設(shè)備就地補償用電設(shè)備需要的無功功率，提高功率因數(shù)的方法。人工補償法一般有4種。2022-6-19192. 人工補償提高功率因數(shù)（1）并聯(lián)移相電容器組。 原理：利用電容器產(chǎn)生的無功功率與電感負(fù)載的無功功率相

9、互交換，從而減少從電網(wǎng)吸收的無功功率，使得補償裝置處以前的電網(wǎng)無功負(fù)荷減少，提高了電網(wǎng)功率因數(shù)。 優(yōu)點：投資省、有功功率損耗小、運行維護(hù)方便、故障范圍小、無震動及噪聲、安裝地點靈活。 缺點：只能有級調(diào)節(jié)，不能自動進(jìn)行最佳補償。當(dāng)通風(fēng)不良或電網(wǎng)電壓超過額定電壓時，電容器容易損壞。2022-6-19202022-6-19212. 人工補償提高功率因數(shù)（2）采用同步調(diào)相機。 原理：同步調(diào)相機實際為一臺大容量的空載運行的同步電動機，在過勵磁時，其相當(dāng)于一臺無功發(fā)電機。在欠勵磁時，相當(dāng)于一臺只消耗無功的電動機。 優(yōu)點：可以根據(jù)電網(wǎng)需要無級調(diào)節(jié)無功功率。 缺點：造價高，有功損耗大，需要專人管理維護(hù)等。主要

10、用于大型樞紐變電所。2022-6-19222. 人工補償提高功率因數(shù)（3）采用可控硅靜止無功補償器 原理：由移相電容器、飽和電抗器、可控硅勵磁調(diào)節(jié)器及濾波器等組成。將可控的飽和電抗器與移相電容器并聯(lián)作用，電容器可補償設(shè)備產(chǎn)生的沖擊無功功率的全部或大部分。當(dāng)無沖擊無功功率時，則利用由飽和電抗器所構(gòu)成的可調(diào)感性負(fù)載將電容器供給的過剩無功吸收，從而使電網(wǎng)的功率因數(shù)在要求水平上。濾波器還可以吸收沖擊負(fù)荷產(chǎn)生的高次諧波，保證電壓質(zhì)量。2022-6-1923（3）采用可控硅靜止無功補償器u優(yōu)點：動態(tài)補償反應(yīng)迅速、損耗小、特別適合對功率因數(shù)變化劇烈的大型負(fù)荷進(jìn)行單獨補償，如用于礦山提升機的大功率可控硅整流裝

11、置供電的直流電動機組等。u缺點：投資大、設(shè)備體積大，占地面積大等。2022-6-1925（4）采用進(jìn)相機改善功率因數(shù)適用于對繞線式異步電動機進(jìn)行單獨補償、電動機容量一般為951000kW。進(jìn)相機外形與電動機相似，沒有定子繞組，僅有和直流電動機相識的電樞轉(zhuǎn)子，由單獨的容量為1.14.5kW左右的輔助異步電動機拖動。2022-6-19中國礦業(yè)大學(xué)電氣工程系26（4）采用進(jìn)相機改善功率因數(shù)補償原理：工作時進(jìn)相機與繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)運行，主機轉(zhuǎn)子電流在進(jìn)相機繞組上產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)速為n2=3000/P的旋轉(zhuǎn)磁場；進(jìn)相機由輔助電動機拖動順著該旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)進(jìn)相機轉(zhuǎn)速大于n2時，其電樞上產(chǎn)生

12、相位超前主機轉(zhuǎn)子電流90度的感應(yīng)電勢Ein疊加到主機的轉(zhuǎn)子電勢上E2上，改變了主電動機轉(zhuǎn)子電流的相位，從而改變主電動機的定子電流相位。調(diào)整Ein可以使主電動機在功率因數(shù)為1下運行。2022-6-1927（4）采用進(jìn)相機改善功率因數(shù)優(yōu)點：投資少，補償效果好且徹底，可以大大降低主電動機的負(fù)荷電流，節(jié)電效果顯著，一般運行兩三個月即可收回投資。缺點：進(jìn)相機的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，且需要一輔助電機拖動，增加了維護(hù)檢修負(fù)擔(dān)。另外只適于負(fù)荷變動不大的大容量繞線式電動機，應(yīng)用受限制。2022-6-1928三、并聯(lián)電力電容器組提高功率因數(shù)1. 無功補償區(qū)的概念1. 無功補償區(qū)的概念 根據(jù) 裝設(shè)地點的不同，無功補償?shù)姆秶灿?/p>

13、所不同。對煤礦企業(yè)的供電系統(tǒng)，電力電容器組的設(shè)置有高壓集中補償、低壓成組補償和分散就地補償3種。1）高壓集中補償： 在地面變電所610kV母線上集中裝設(shè)移相電容器組，一般設(shè)有專門的電容器室，并要求通風(fēng)良好及配有可靠的放電設(shè)備。只能補償610kV母線前所有向該母線供電的線路上的無功功率，對本礦經(jīng)濟(jì)效果差。2022-6-1930高壓集中補償p高壓集中補償初期投資較低，由于礦井610kV母線上無功功率變化平穩(wěn)，因而便于運行管理和調(diào)節(jié)，而且利用率高，還可以提高供電變壓器的負(fù)載能力。p集中補償雖然對本礦的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益較差，但從全局看改善了礦區(qū)電網(wǎng)，甚至區(qū)域大電網(wǎng)的功率因數(shù)，所以，大中型工礦企業(yè)普遍設(shè)有這

14、種高壓集中補償方式。2022-6-19311. 無功補償區(qū)的概念2）低壓成組補償 把低壓電容器組或無功功率自動補償裝置裝設(shè)在車間或井下動力變壓器的低壓母線上。它能補償?shù)蛪耗妇€前的礦內(nèi)高壓電網(wǎng)，礦區(qū)電網(wǎng)和整個電力系統(tǒng)的無功功率，補償區(qū)域大于高壓集中補償，本礦也獲得相當(dāng)?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 低壓成組補償投資少，通常安裝在低壓配電室，運行維護(hù)及管理方便。2022-6-19321. 無功補償區(qū)的概念（3）分散就地補償 將電容器組分別地安裝在各組用電設(shè)備或單獨的大容量電機處，與用電設(shè)備的停、用一致，但不能共用一套控制設(shè)備。為避免送電時電流沖擊和切斷電源時的過電壓，要求電容器組投運時遲于用電設(shè)備，停運時先于用

15、電設(shè)備，并設(shè)有可靠的放電裝置。 分散就地補償效果很理想，除去控制開關(guān)到用電設(shè)備的一小段負(fù)荷線外，其余直到電源都可以補償。 缺點：投資較大，管理不便，利用率較低。僅適于個別容量較大且位置單獨的負(fù)荷。2022-6-19332. 補償電容器組的結(jié)線方式*10kV及以下線路的補償電容器組采用三角形結(jié)線。原因如下：（1）三角形結(jié)線可以防止電容器容量不對稱而出現(xiàn)過電壓。（2）三角形結(jié)線若發(fā)生一相斷線，只是會使補償容量減少，不至于嚴(yán)重不平衡。而星形結(jié)線若發(fā)生一相斷線，就會使該相失去補償，影響電能質(zhì)量。（3）采用三角形結(jié)線可以充分發(fā)揮電容器的補償能力。2022-6-19342. 補償電容器組的結(jié)線方式 電容器

16、補償容量與所加電壓的關(guān)系： 電容器采用三角形結(jié)線，每相電容承受線電壓，采用星形結(jié)線時，每相電容承受相電壓，補償容量分別為： 上述說明，相同條件下，三角形結(jié)線時補償容量是星形結(jié)線的3倍。22.22.Y/, var(/3) /3, varCCQVXcCVkQVXcCVk2022-6-1935var,/22kCVXcVVIQc3. 高壓集中無功補償?shù)挠嬎? 計算方法和步驟：（1）確定全礦610kV母線上的自然功率因數(shù)。 設(shè)計階段 全礦610kV母線上的計算有功功率，kW 全礦610kV母線上的計算視在功率，kVA2022-6-19366 .6 .1/coscacaSP6 .caP6 .caS高壓集中

17、無功補償?shù)挠嬎惴椒ê筒襟E 已經(jīng)生產(chǎn)的礦井中，功率因數(shù)計算公式為： Wwa 全礦月（年）的有功耗電量，kWh Wre 全礦月（年）的無功耗電量，kVarh2022-6-1937221cosWreWwaWwa高壓集中無功補償?shù)挠嬎惴椒ê筒襟E(2)使功率因數(shù)由 提高到 所需的補償容量為： Klo.ar 平均負(fù)荷率，一般計算取0.70.85 Pca 全礦610kV母線上的計算有功負(fù)荷（最大有功負(fù)荷），kW.2022-6-19381cos2cos)tan(tan.21PcaarKloQc高壓集中無功補償?shù)挠嬎惴椒ê筒襟E（3）計算三相所需電容器的總臺數(shù)N和每相電容器的臺數(shù)n。 三角形連接時，三相電容器總臺

18、數(shù)N為 每相電容器的臺數(shù)為2022-6-19392.).(CNcVwVwoqQcN 3/Nn 高壓集中無功補償?shù)挠嬎惴椒ê筒襟E（4）選擇實際臺數(shù)*： 計算出 N 值后，考慮高壓電網(wǎng)為單相電容器，故實際取值N應(yīng)為3的整數(shù)倍。 如果為單母線分段變電所，電容器組應(yīng)分為兩組安裝在每段母線上，因此N應(yīng)取6的整數(shù)倍。2022-6-1940高壓集中無功補償?shù)挠嬎惴椒ê筒襟E 例題5-1：某礦地面變電所6kV母線月有功耗電量為4106kWh,月無功耗電量為3106kvarh，半小時有功最大負(fù)荷P30= 3103kW，平均負(fù)荷率0.8。求將功率因數(shù)提高到0.95時所需電容器的補償容量及電容器的臺數(shù)。L1L2L3Q

19、SQFTVC2022-6-1941高壓集中無功補償?shù)挠嬎憬猓浩骄?fù)荷率 =0.8；全礦月有功耗 電量Wwa=4106kWh;全礦月無功耗電量Wre=3106kvarh;30分鐘最大負(fù)荷P30=3103kW（1）求全礦自然功率因數(shù)：2022-6-19428 . 0)103()104(104cos26266221WreWwaWwaarKlo.高壓集中無功補償?shù)挠嬎?(2)將功率因數(shù)提高到0.95所需電容器的補償容量為： 按電網(wǎng)電壓，選擇額定電壓為6.3kV，額定容量為12kvar YY6.3-12-1型單相油浸移相電容器。2022-6-1943var1008)33. 075. 0(1038 . 0

20、)tan(tan.32130kParKloQc高壓集中無功補償?shù)挠嬎?（3）確定電容器的總數(shù)量和每相電容器數(shù)。 按三角形結(jié)線，所需電容器總數(shù)N為： 每相電容器數(shù)n為：2022-6-194493)3 .66(121008).(22.CNcVwVwoqQcN313/933/ Nn高壓集中無功補償?shù)挠嬎?（4）考慮煤礦變電所均為單母線分段，故實際電容器的數(shù)目應(yīng)為6的整數(shù)倍，故取 N=96個。 每段每相為16個。2022-6-1945第三節(jié) 電費計算法 工礦企業(yè)的電費由基本電費、流動電費和力率調(diào)整電費三部分組成。一、基本電費：按用戶用電容量計算的電費。 一般按照企業(yè)安裝的變壓器及高壓電動機的容量收費。

21、 11():/:/(cos ):baMN TbaMMNN TEK SSEKkVASkVASPS基本電費。元 月；：計算系數(shù)，即每千伏安每月的電費，元 月高壓電動機的接用容量，變壓器的額定容量電費計算法二、流動電費：用來補償電力系統(tǒng)的運行費用，按照電度表的讀數(shù)征收。三、力率調(diào)整電費：根據(jù)用戶功率因數(shù)高于或低于規(guī)定值（0.95或0.90），對電費的征收進(jìn)行減收或加收的電費。2022-6-1947WwaKEmo2)(3EmoEbaKEad電費計算法 煤礦企業(yè)的總電費為： Ead前的符號：當(dāng)功率因數(shù)低于規(guī)定值時，取正號，反之，取負(fù)號。2022-6-1948EadEmoEbaE例5-2 某礦供電電源為6

22、kV，兩臺主變壓器容量均為2000kVA，采用一臺使用，一臺備用的 運 行 方 式 。 高 壓 電 動 機 接 用 容 量 為1600kVA，每月耗電量為180*104kWh；無功耗電量為82*104kvarh；基本電費（K1）為11元/（月kVA）；流動電費（K2）為0.5元/kWh。求 該 礦 每 月 應(yīng) 交 納 的 電 費 。 （ 設(shè) 要 求cos=0.95）2022-6-1949解：（1）基本電費：Eba=K1（SM+SNT）=11*（1600+2000）=39600元/月（2）流動電費：Emo=K2Wwa=0.5*180*104=900000元/月（3）力率調(diào)整電費：該礦實際功率因數(shù)為： cos1=0.91設(shè)當(dāng)cos1=0.91時，K3=0.02，則追加電費為Ead=K3*（Eba+Emo）=0.02*（39600+900000）=18800元/月（4）總電費：E=958400元/月第四節(jié) 主要電氣化指標(biāo) 煤礦企業(yè)的主要電氣化指標(biāo)有*：全礦功率因數(shù)噸煤電耗噸煤電費勞動力電氣裝備程度2022-6-1951一、全礦功