教学课件PPT节电及电气化指标.ppt

第五章 节电及电气化指标,节约用电是我国长期以来的基本国策之一。煤矿企业是主要的用电大户，故应特别注意经济、合理地使用电能，在满足安全、高效生产的前提下，尽量节约用电，减少不必要的电能消耗。本章研究煤矿企业节约用电的技术措施和提高负荷功率因数的方法，介绍两部电价制收费的特点与计算公式，并提出供考核用的主要电气化指标。,第一节 矿山节电 煤矿企业的节电途径可归纳为三条：一是加强技术管理，实行计划用电；二是积极推广节电新技术；三是采用无功补偿，提高负荷的功率因数。只有将这三个方面的节电措施有机地结合起来，才能获得较好的综合节电效果。,一、节约用电的意义 电能是一种非常重要的二次能源，它既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换成其他形式的能量以供使用，特别是电能的输送、分配和控制都相当简单经济，这是其他形式的能量所不及的。因此，电能的应用非常广泛，特别是在煤炭生产中，没有电就没有我国现代的煤炭工业。 长期以来，我国的电力供应一直处于紧张状态。近年来，由于国民经济和工农业生产的发展和人民生活水平的提高，电能的供需矛盾更加突出。如何使现有的发电设备充分发挥供电能力，如何在工矿企业及所有的用电户中厉行节约用电和计划用电，已是十分紧迫而又有重大现实意义的课题。,在煤炭生产中节约用电，不只是减少了煤矿的电费开支，降低煤炭的生产成本，为国家积累更多的资金，更重要的是由于人们使用电能可创造出比它本身价值高几十倍甚至上百倍的工业产值。因此，每节约一度电，就等于为国家多创造了若干财富，对国民经济的发展起了重要的促进作用。 煤矿电力负荷的消耗情况可用电力负荷曲线来表示。负荷如果是有功的则用“度”(kwh)为单位；如果是无功的则用“无功度”(kvar)来表示。负荷曲线是表示电力负荷(功率)随时间变化的图形，它绘在直角坐标上，纵坐标表示电力负荷，横坐标表示对应于负荷变动的时间。根据需要可以绘成日负荷曲线、月负荷曲线和年负荷曲线。,对于采用两班出煤、一班准备生产的矿井，在两个出煤班由于绝大部分生产机械开动，用电量较高，而准备班则只有保安用电和其他辅助负荷，因而用电量较低，其日负荷曲线如图51所示。 对于年内正常生产的矿井，其年负荷曲线如图52所示。由图可见，矿井在46月间用电量最低；7月份以后由于雨水增多排水量增加，负荷开始增加；而10月以后到第二年3月份，由于地面水渗入井下增加了排水量，同时地面采暖用电和照明用电的增加， 形成了全年用电的高峰期。 掌握矿井电力负荷的特点及变化规律是拟定各种节电措施的基本依据。,二、节电的一般措施 1加强技术管理，实行计划用电 对于矿井的电能使用，要成立专门的管理机构，进行统一管理。电能技术管理的基础是实行计划用电和电耗定额管理。为此，一方面要在充分调查研究的基础上，制定出矿井各个部门和各个生产环节的合理用电指标和电耗定额，进而建立起一个能提高全矿职工节电积极性的用电管理制度；另一方面，要在各用电单位和生产环节处装设各种计量仪表，对用电指标、最高负荷情况及耗电量等认真计量，严格考核，并切实做到节电受奖、超指标受限和浪费者受罚。具体的措施有以下几条：,1)建立日用电量分析制度 由于电力供应紧张，电力部门对企业实行按日电量分配、按月电量考核、超用电加价收费的办法来控制企业的超用电。因此，必须加强电量管理，对各用电设备和单位的日用电量的变化进行分析，随时掌握用电情况，以便及时发现因各种原因引起的超用电。这样做，一方面有利于节约用电，另一方面也减少了矿井超用电加价的电费支出。,2)实行负荷调整，降低负荷高峰 所谓负荷调整，就是根据各部门各生产环节的用电规律，合理地安排各自的用电时间，以降低负荷曲线中的高峰，填补负荷低谷，尽量使负荷曲线趋于平缓。这样有利于发挥变电设备的供电能力。由于供电设备及线路本身的电能损耗与负荷电流的平方成正比，故降低负荷高峰后，必使二者的电能损耗大为减少，也就减少了矿井的总电耗。填补负荷低谷，等于提高了供电变压器过低的负荷率和功率因数，同样有利于节电。,3)实行经济运行方式 所谓经济运行方式，就是能使整个电力系统的电能损耗为最小的用电设备的运行方式。例如，供电变压器经济负荷系数一般为5070左右，所以对于负荷系数长期偏低的变压器，可以考虑更换较小容量的变压器；对于矿井采用同时运行的两台主变压器，可以在低负荷时期停运一台。同样，对负荷系数长期偏低的电动机，也可以考虑更换较小容量的电动机，即解决所谓“大马拉小车”的问题。供、用电设备的负荷率提高后，其功率因数和效率都大为提高，因而减少了电能损耗。,4)加强运行维护和检修 设备电耗的不正常增加，往往是用电设备存在一定的故障而造成的。因此，节电工作与供电系统及设备的运行维护和检修工作有密切的关系。例如，检修电力变压器，使铁心过热的故障因素消除了，就能降低铁心损耗，节约电能。又如，将接头接触不良、严重发热的导线或严重漏电的导线检修好了，就减少了因发热而引起的电能损耗增加，并保证了系统的安全用电。再如，定期清除排水泵吸水笼头处的杂物堵塞，可以避免水泵排水能力降低而增加的电耗。 5)提高职工的技术素质，养成节约用电的良好习惯，形成人人重视节电、处处注意节电的风气。,2积极推广节电新技术 1)采用高效低耗的节能型供用电设备 积极采用新的节能型设备或尽量以高效率的设备替换现有的低效率设备，其节电效果是十分显著的。例如电力变压器，采用冷轧硅钢片的新型变压器，其空载损耗比采用热轧硅钢片的老式变压器低30。40以上，对1000kva(高压10kv)的新型变压器，一年可节电14000kwh左右，效果明显。此外，采用高效风机、高效水泵，推广带式输送机、推广远红外干燥技术等，亦能大幅度降低矿井的总电耗。,2)改造现有电耗大的生产工艺与设备 采用先进的生产工艺往往能取得更大的节电效果。例如将矿井副井口的托底闸甩掉换成摇台，改后每开一钩可减少两次撑车，减轻了工人的劳动强度，每天还可节约电能300kwh左右，年节约电能约10万kwh。又如将副井口的风动推车机改换成直线电机推车机，可大大减少压风机房的电耗，减去直线电机的电耗外，年节电达25万kwh。此外，对老式变压器进行节电改造，各种起动控制器改为直流操作方式，加装电焊机空载自停装置，排矸系统改单码提升为双码提升，加强对大型机械设备的维护，减少运行阻力等，都有明显的节电效果。,3)改造供电系统，降低线路损耗 对现有的不合理的供、配电系统进行技术改造，能有效地降低线路的损耗，节约电能，如选择合理的供电方式，将迂回配电的线路改建为直配线路，合理选择线路和电缆的截面，将配电线路升压运行等。,升压供电是一次节电效果非常突出的技术措施，并具有较好的综合技术经济效果。自20世纪60年代开始到20世纪70年代，我国煤矿井下已基本完成井下低压380v升为660v供电的大规模技术改造。在节约投资、有色金属、提高输电能力和节电方面，取得了巨大的技术经济效益。仅从节电计算，一个一般机组(普采)采煤工作面，每年大约可节电1104kwh。全国煤矿井下低压至今已基本实现660v供电，部分综采工作面则采用1140v供电，粗略统计年节电约1亿kwh。井下高压供电由6kv升为lokv的试验研究，也从20世纪70年代开始，在“七五”期间，已列入国家的正式科技攻关项目。中小型矿井改6kv为lokv供电后年节电可达10万kwh，大型矿井则可达100万kwh。,4)合理使用现有设备，人工提高功率因数 合理使用现有设备，充分发挥设备潜力，提高设备的效率和功率因数，这是节电的一项基本措施。它包括合理调配电动机的容量，使之在较高的负荷率(80)下运行，减少空载运行时间，采用先进的调速方法等内容。,3设置无功功率补偿装置，人工提高功率因数 提高负荷的功率因数意味着负荷无功需求量的减少，此时设备在完成相等的工作量(有功)时向电网吸收的总功率减少，因而具有很好的节电效果。 在煤矿人工提高功率因数的方法主要有两种：一种是使同步电动机过励磁运行，在该运行状态下同步电动机可向电网提供部分无功功率；另一种方法是在电网中并联电力电容器，通电后的电容器同样能给电网提供无功功率。近年来，比较先进的功率因数自动补偿器和自激式进相机补偿装置已开始在工矿企业推广应用，补偿性能好，节电效果显著。,三、电力变压器的经济运行 1电力设备的经济运行 使电力系统的有功损耗最小而获得最佳经济效益的运行方式称电力设备的经济运行。这里要注意两个问题：一是要使整个电力系统的有功损耗为最小而不是单纯考虑某一台设备的损耗；二是设备的运行方式，对于变压器来说，就是分裂运行，还是并联运行，单独运行还是同时运行，或者是在多大负荷率下运行的问题。矿井地面主变压器，均为两台及以上，因而实行经济运行有利于减少电能的损耗。,2无功功率经济当量 电力系统的有功损耗，不仅与各用电设备的有功损耗有关，而且与它们的无功损耗有关。因为设备所消耗的无功功率也要由电力系统供给，这使得电网线路在输送一定的有功电流的同时，也要输送一定的无功电流，结果总的视在电流就增大了，而线路有功损耗是用视在电流来计算的，即pw=3i2carw。所以，由于各设备无功损耗的存在，使电力系统的有功损耗增加了一定的数值。 因此定义无功功率经济当量，用kec，re表示，它表示电力系统多输送1kvar的无功功率时，将使电力系统中增加有功功率损耗的千瓦数，其单位是kw/kvar.,3.变压器的经济运行方案，除与变压器本身损耗有关外，还与两部电价制的收费方式有很大的关系。目前我国实行的两部电价制，实际上对用户有两种不同的收费办法，即固定电费有按最高负荷收费和按变压器运行容量收费两条。对于后一种收费办法，实行变压器的经济运行方案就有较大困难。因这种情况下，供电设计上常选用两台变压器一台运行、一台备用的运行方式，以减少固定电费支出。,四、矿山主要生产系统的节电措施 1提升系统 对较深的立井，采用平衡尾绳提升；对于斜井采用双钩提升，这样可以减少电动机的容量；对于中小型矿井绞车的异步电动机，可以采用可控硅串级调速的控制电路。 除此以外，加强维修工作，减少有害阻力；改善操作方法，实现自动化控制，如利用等减、加速度控制法降低系统的最大功率，可降低电动机功率4。8，最大功率可降低20左右。,2通风系统 合理布置和调整通风网路，消除短路，减少漏风，定期清理通风巷道以减少阻力；调整缩小风机的径向间隙和轴向间隙；在满足井下风量、负压需求的前提下，及时调整叶片安装角度以满足实际工况的要求；如果实际风量过大需要调节时，不应采用闸门调节(增加风阻)，应采用前导器调节，或用液压联轴器、皮带轮、齿轮等改变风机的转速；加强对井下局部通风机的管理，根据实际需要配备容量适当的局部通风机，尽量采用高效风机。,3压风系统 选用节能型压风机，提高运行效率，减少漏风、传动装置的摩擦阻力和控制装置的能耗，采用光滑管路并确保安装和维修质量，减少气流损失和泄漏损失；使用压力调节器，当压力超过正常值时，令气缸与进风口(大气)相通，使压风机空转，以节省电能；合理组织开拓推进作业，实现压风机定时开停机，减少运行时间；有条件的，尽量用电动设备代替风动设备，井下可代替风动设备的有：岩石电钻；直线推车机；液压锻钎机等。,4排水系统 选用高效水泵，多开高效水泵：防止地面水渗入井下，减少充填用水以减少排水量；对水泵及管路经常进行维修，及时清除水垢，减少阻力以提高水泵效率；当水泵扬程过大时，应减少水泵叶轮级数，或调节阀门减少流量来降低其负荷；在多级排水系统中，应采用多台水泵串联运行以提高水泵效率，这时应采用相同管径和排水能力相同的水泵、并调整好启动和停止的顺序。,5井下采掘运生产系统 对于采煤机，应确定合理的牵引速度与截割速度，采用带功率自动调节装置的采煤机自动调节负荷，提高运行效率。使各生产环节密切配合，避免采煤机频繁启动。加强维修及时更换钝截齿；清除煤粉；注意机器轴承的润滑，减少有害阻力，这样既能延长机器的寿命，而且可以节约电能。 对于输送机，要正确进行安装，防止空转或堆煤现象。多台输送机一起工作时，应按一定顺序启动和停止，输送机线采用集中控制。,对于电机车，应根据电机车的牵引能力、巷道坡度、矿车阻力系数及制动条件确定矿车数；提高司机的操作技术，使司机按巷道的不同坡度，尽量利用断电滑行，停车时适当利用自由滑行；改善轨道的连接，减少牵引电网的电阻。对蓄电池电机车应注意对蓄电池的充电及维护工作。 对于装载机，要缩短装车时间，合理确定炮眼位置及炸药数量，保证矿物块度均匀、便于装载，并应加强机械的维修工作。 对于电钻，根据矿物的硬度，正确选择推进速度，经常加油检修，减少有害阻力，提高使用效率。 对于照明，在保证足够的照度下，撤除大容量灯泡和多余的照明灯。有些场所可以多装开关，根据实际需要开灯，避免浪费电能。,6采用硅整流及可控硅装置 由于硅整流及可控硅整流装置的效率高，技术性能良好，故近年来在煤矿使用逐渐增多，这种装置主要应用在以下各方面： (1)用硅整流直流电源对架线式电机车供电，代替效率低的直流发电机组和水银整流器。 (2)对矿灯电池充电可采用效率高的可控硅整流装置。 (3)用可控硅整流装置作为提升绞车交流电动机的能耗制动电源。,(4)用可控硅整流装置作为同步电动机的激磁电源。 (5)用可控硅整流装置作为同步化感应电动机的激磁电源。 (6)用可控硅整流装置作为直流电动机的电源。 (7)用于矿用电机车可控硅脉冲调速。 (8)用可控硅直流电压变换器，将直流变换为交流，经变压器降压输出，以供电机车照明电源及电笛电源使用等。,第二节 功率因数及其补偿 功率因数是电力系统特别是用电户的一项重要电气指标。提高负荷的功率因数可以使发电、变电设备和输电线路的供电能力得到充分的发挥，并能降低各级线路和供电变压器的功率损失和电压损失，因而具有重要的意义。目前矿井高压主要采用并联电力电容器组来提高负荷功率因数，即所谓集中补偿法；井下低压电网，已研制成功先进的防爆功率因数自动补偿装置；对于大中型绕线式异步电动机，利用白激式进相机进行的单机就地补偿来提高功率因数，正在推广使用，节电效果显著。,一、功率因数及要求 在交流电路中，有功功率与视在功率的比值称为功率因数，用cos9表示。交流电路中由于存在电感和电容，故建立电感的磁场和电容的电场都需要电源多供给一部分电流，这部分电流叫做无功电流，无功电流不做有用的功。,二、提高功率因数的方法 提高功率因数的关键在于尽量减少电力系统中各个部分所需用的无功功率，特别是减少负荷从电网中取用的无功功率，使电网在输送一定的有功功率时，尽量少输送或不输送无功功率。,提高功率因数的方法可分为两大类。 1提高用电设备本身的功率因数 该方法又称提高自然功率因数，一般有以下5项措施： (1)尽量采用鼠笼式异步电动机。因为它结构紧密、气隙小、漏磁少，因而本身的功率因数就比绕线式异步电动机高。 (2)避免电动机与变压器的轻载运行。因此时有功功率小而激磁所用的无功功率不变，故cosq9较低，所以，应力求电动机在接近额定负荷的条件下运行，变压器的负荷率也不宜低于50。,(3)对不需调速的大型设备，尽量采用同步电动机。同步电动机的功率因数可达到l，并且在过激磁的条件下，还可向电网输送无功功率，减轻电网输送无功功率的负担，因而提高了功率因数。矿井可使用同步电动机的设备有扇风机、空气压缩机等。 (4)绕线式异步电动机同步化运行。这一措施同样可将功率因数提到1，但由于经济和维护问题使其推广使用受到一定的限制。,(5)尽量采用高压(6一lokv)电动机，这样可以省掉降压变压器，从而消除了该变压器产生的无功损耗。一般变压器的无功损耗约为有功损耗的5倍以上。矿井可用高压电动机的设备有主排水泵、提升机、空气压缩机和通风机等。,2人工补偿提高功率因数 人工补偿提高功率因数，这是一种使用供应无功功率的设备就地补偿用电设备所需要的无功功率，提高功率因数的方法。当用户在采用了各种“自身提高”的措施后仍达不到规定的要求时，就要考虑增设人工补偿装置。人工补偿法一般有4种类型：,(1)并联移相电容器组。其原理主要是利用电容器产生的无功功率与电感负载的无功功率相互交换，从而减少负载向电网吸取无功功率，使得补偿装置处以前的电网无功负荷减少，即提高了整个负荷相对电源的功率因数。并联电容补偿法具有投资省、有功功率损耗小(kvar损耗约34w)、运行维护方便、故障范围小、无振动与噪声、安装地点较灵活等优点，因而为矿山地面变电所广泛采用。目前多在6lokv母线上并联电容器组进行所谓集中补偿。电容补偿的缺点是只能有级调节而不能随负荷无功功率需要量的变化进行连续平滑的自动调节。另外，当通风不良，运行温度过高或线路电压超限时，电容器容易损坏。近年来，井下已开始推广使用性能优良的低压无功功率自动补偿装置，效果突出。,(2)采用同步调相机。同步调相机实际上就是一个大容量的空载运行的同步电动机，其功率大都在5000kw及以上，在过激磁时，它相当于一个无功发电机。其显著的优点是可以无级调节无功功率，但也有造价高、有功损耗大、需要专人维护等缺点，因而主要用于电力系统的大型枢纽变电所，来调整区域电网的功率因数。,(3)采用可控硅静止无功补偿器。这是一种性能较优越的动态无功补偿装置，由移相电容器、饱和电抗器、可控硅励磁调节器及滤波器等组成。其特点是将可控的饱和电抗器与移相电容器并联作用，电容器可补偿设备产生的冲击无功功率的全部或大部。当无冲击无功功率时，则利用由饱和电抗器所构成的可调感性负载将电容器供给的过剩的无功吸收，从而使功率因数保持在要求的水平上。滤波器可以吸收冲击负荷产生的高次谐波，保证电压质量。这种补偿方式的优点是动态补偿反应迅速、损耗小、特别适合对功率因数变化剧烈的大型负荷进行单独补偿，如用于矿山提升机的大功率可控硅整流装置供电的直流电动机拖动机组等。其缺点是投资较大、设备体积大，因而占地面积也较大。,(4)采用进相机改善功率因数。进相机也叫转子自激相位补偿机，是一种新型的感性无功功率补偿设备，只适用于对绕线式异步电动机进行单独补偿，电动机容量一般为951000kw。进相机的外形与电动机相似，没有定子及绕组，仅有和直流电动机相似的电枢转子，由