第五章-节电及电气化指标赵2014.2

第五章节电及电气化指标,学习要求一般掌握：矿山节电的意义；功率因数及对矿山功率因数的要求；矿山节电措施；功率因数过低的危害；电费计算方法；矿山电气化指标。重点掌握：提高功率因数的方式。,2020/5/31,1,第一节矿山节电,一、概述电力负荷曲线：表示电力负荷（功率）随时间的变化的情况的图形，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。根据需要可绘成日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线。,2020/5/31,2,日负荷曲线,2020/5/31,3,年负荷曲线,2020/5/31,4,二、节电的一般措施,加强技术管理，实行计划用电电能技术管理的基础是实行计划用电和电耗定额管理。一方面在充分调查研究基础上，制定出矿井各个部门和各生产环节的合理用电指标和电耗定额，建立起一个能提高全矿职工节约用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，切实作到节电受奖、超过指标受限和浪费受罚。,2020/5/31,5,具体措施：建立日用电量分析制度实行负荷调整，降低负荷高峰用电量实行经济运行方式加强运行维护和检修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。,2020/5/31,6,2.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，如采用低损型变压器、高效风机、高效水泵、胶带输送机等。2）改造现有电耗大的生产工艺与设备3）改造供电系统，降低线路损耗4）合理使用现有设备，人工提高功率因数3.设置无功功率补偿装置，提高功率因数,2020/5/31,7,三、经济运行与无功功率经济当量,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。其一在于要使整个电力系统的有功损耗最小而不是单一设备的损耗；二是设备的运行方式，如变压器的运行，是分列运行还是并列运行，是单台运行还是多台运行等。,2020/5/31,8,三、经济运行与无功功率经济当量,无功功率经济当量当电网传输无功功率不同时，会使得电网上的有功功率损耗也发生变化，即所以为了计算设备无功损耗所引起的系统有功损耗的增加量，定义换算系数为无功功率经济当量，表示为：,2020/5/31,9,无功功率经济当量：表示电力系统多输送1kVar的无功功率时，所使电力系统中增加的有功功率损耗的kW数。单位为kW/kVar。对于工矿企业变电所，0.020.1对由发电机直接供电的负荷，0.020.04对经过两级变压的负荷，0.050.07对三级以上变压的负荷，0.080.1,2020/5/31,10,四、矿山主要生产系统的节电措施,矿山四大生产系统*：提升系统通风系统排水系统采运系统,2020/5/31,11,第二节功率因数及其补偿,一、功率因数及对功率因数的要求功率因数：有功功率与视在功率的比值，用表示。三相电网功率计算公式：,2020/5/31,12,一、功率因数及对功率因数的要求,电力系统中的功率因数一般采用一定时间段内的有功电度数与视在功率电度数（有功电度数与无功电度数的平方和再开方）的比值作为参考值。功率因数在01之间。功率因数越接近1越好。,2020/5/31,13,功率因数过低的危害*,功率因数过低会使电气设备的容量不能充分利用。如对一定容量的变压器，功率因数越低，其能输出的有功越小，能够带的负荷越少。功率因数过低会增加电源线路和矿内配电线路的功率损失。功率因数过低会增加电网末端的电压损失，使负荷电压质量下降，这是因为线路电压损失由下式决定：,2020/5/31,14,一、功率因数及对功率因数的要求,电力部门对用户的功率因数有明确的规定，要求高压供电（6kV及以上）的工业及装有带负荷调压设备的用户，功率因数应在0.95以上；要求其他电力用户的功率因数应为0.90以上；农业用户要求0.80以上。煤矿企业总变配电所610kV母线上的功率因数要求在0.95以上*。,2020/5/31,15,二、提高功率因数的方法*,提高功率因数一方面要尽量减少通过电力系统中向负荷提供的无功功率（采用就近供给无功），另一方面可以采取一定措施减少设备的无功功率消耗。提高用电设备本身的功率因数，即提高自然功率因数（1）尽量采用鼠笼式异步电机。因为鼠笼式电机结构紧密、气隙小、漏磁少，其功率因数比绕线式异步电机高。,2020/5/31,16,提高用电设备本身的功率因数,（2）避免电动机与变压器的轻载运行。应力求使电动机在接近额定负荷下运行，变压器的负荷率也不宜低于50。（3）对不需要调速的大型设备，尽量采用同步电动机。同步电动机的功率因数可以达到1，并在过励磁条件下，可以向电网送入无功功率，减轻电网输送无功功率的负担，提高了矿区电网的功率因数。矿井可用同步电动机的设备有扇风机、空气压缩机等。,2020/5/31,17,提高用电设备本身的功率因数,（4）绕线式异步电动机同步化运行。可以将功率因数提高到1。（5）尽量采用高压（610kV）电动机，节省降压变压器或减少降压变压器的容量，减少矿区电网的无功功率损耗，提高矿区电网的功率因数。,2020/5/31,18,2.人工补偿提高功率因数*,人工补偿提高功率因数，是采用供应无功功率的设备就地补偿用电设备需要的无功功率，提高功率因数的方法。人工补偿法一般有4种。,2020/5/31,19,2.人工补偿提高功率因数,（1）并联移相电容器组。原理：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，从而减少从电网吸收的无功功率，使得补偿装置处以前的电网无功负荷减少，提高了电网功率因数。优点：投资省、有功功率损耗小、运行维护方便、故障范围小、无震动及噪声、安装地点灵活。缺点：只能有级调节，不能自动进行最佳补偿。当通风不良或电网电压超过额定电压时，电容器容易损坏。,2020/5/31,20,2020/5/31,21,2.人工补偿提高功率因数,（2）采用同步调相机。原理：同步调相机实际为一台大容量的空载运行的同步电动机，在过励磁时，其相当于一台无功发电机。在欠励磁时，相当于一台只消耗无功的电动机。优点：可以根据电网需要无级调节无功功率。缺点：造价高，有功损耗大，需要专人管理维护等。主要用于大型枢纽变电所。,2020/5/31,22,2.人工补偿提高功率因数,（3）采用可控硅静止无功补偿器原理：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。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分。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无功吸收，从而使电网的功率因数在要求水平上。滤波器还可以吸收冲击负荷产生的高次谐波，保证电压质量。,2020/5/31,23,（3）采用可控硅静止无功补偿器,优点：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组等。缺点：投资大、设备体积大，占地面积大等。,2020/5/31,25,（4）采用进相机改善功率因数,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。进相机外形与电动机相似，没有定子绕组，仅有和直流电动机相识的电枢转子，由单独的容量为1.14.5kW左右的辅助异步电动机拖动。,2020/5/31,中国矿业大学电气工程系,26,（4）采用进相机改善功率因数,补偿原理：工作时进相机与绕线式异步电动机的转子绕组串联运行，主机转子电流在进相机绕组上产生一个转速为n2=3000/P的旋转磁场；进相机由辅助电动机拖动顺着该旋转磁场的方向旋转；当进相机转速大于n2时，其电枢上产生相位超前主机转子电流90度的感应电势Ein叠加到主机的转子电势上E2上，改变了主电动机转子电流的相位，从而改变主电动机的定子电流相位。调整Ein可以使主电动机在功率因数为1下运行。,2020/5/31,27,（4）采用进相机改善功率因数,优点：投资少，补偿效果好且彻底，可以大大降低主电动机的负荷电流，节电效果显著，一般运行两三个月即可收回投资。缺点：进相机的旋转机构，且需要一辅助电机拖动，增加了维护检修负担。另外只适于负荷变动不大的大容量绕线式电动机，应用受限制。,2020/5/31,28,三、并联电力电容器组提高功率因数,1.无功补偿区的概念,1.无功补偿区的概念,根据装设地点的不同，无功补偿的范围也有所不同。对煤矿企业的供电系统，电力电容器组的设置有高压集中补偿、低压成组补偿和分散就地补偿3种。1）高压集中补偿：在地面变电所610kV母线上集中装设移相电容器组，一般设有专门的电容器室，并要求通风良好及配有可靠的放电设备。只能补偿610kV母线前所有向该母线供电的线路上的无功功率，对本矿经济效果差。,2020/5/31,30,高压集中补偿,高压集中补偿初期投资较低，由于矿井610kV母线上无功功率变化平稳，因而便于运行管理和调节，而且利用率高，还可以提高供电变压器的负载能力。集中补偿虽然对本矿的技术经济效益较差，但从全局看改善了矿区电网，甚至区域大电网的功率因数，所以，大中型工矿企业普遍设有这种高压集中补偿方式。,2020/5/31,31,1.无功补偿区的概念,2）低压成组补偿把低压电容器组或无功功率自动补偿装置装设在车间或井下动力变压器的低压母线上。它能补偿低压母线前的矿内高压电网，矿区电网和整个电力系统的无功功率，补偿区域大于高压集中补偿，本矿也获得相当的技术经济效益。低压成组补偿投资少，通常安装在低压配电室，运行维护及管理方便。,2020/5/31,32,1.无功补偿区的概念,（3）分散就地补偿将电容器组分别地安装在各组用电设备或单独的大容量电机处，与用电设备的停、用一致，但不能共用一套控制设备。为避免送电时电流冲击和切断电源时的过电压，要求电容器组投运时迟于用电设备，停运时先于用电设备，并设有可靠的放电装置。分散就地补偿效果很理想，除去控制开关到用电设备的一小段负荷线外，其余直到电源都可以补偿。缺点：投资较大，管理不便，利用率较低。仅适于个别容量较大且位置单独的负荷。,2020/5/31,33,2.补偿电容器组的结线方式*,10kV及以下线路的补偿电容器组采用三角形结线。原因如下：（1）三角形结线可以防止电容器容量不对称而出现过电压。（2）三角形结线若发生一相断线，只是会使补偿容量减少，不至于严重不平衡。而星形结线若发生一相断线，就会使该相失去补偿，影响电能质量。（3）采用三角形结线可以充分发挥电容器的补偿能力。,2020/5/31,34,？,2.补偿电容器组的结线方式,电容器补偿容量与所加电压的关系：电容器采用三角形结线，每相电容承受线电压，采用星形结线时，每相电容承受相电压，补偿容量分别为：上述说明，相同条件下，三角形结线时补偿容量是星形结线的3倍。,2020/5/31,35,3.高压集中无功补偿的计算*,计算方法和步骤：（1）确定全矿610kV母线上的自然功率因数。设计阶段全矿610kV母线上的计算有功功率，kW全矿610kV母线上的计算视在功率，kVA,2020/5/31,36,高压集中无功补偿的计算方法和步骤,已经生产的矿井中，功率因数计算公式为：Wwa全矿月（年）的有功耗电量，kWhWre全矿月（年）的无功耗电量，kVarh,2020/5/31,37,高压集中无功补偿的计算方法和步骤,(2)使功率因数由提高到所需的补偿容量为：Klo.ar平均负荷率，一般计算取0.70.85Pca全矿610kV母线上的计算有功负荷（最大有功负荷），kW.,2020/5/31,38,高压集中无功补偿的计算方法和步骤,（3）计算三相所需电容器的总台数N和每相电容器的台数n。三角形连接时，三相电容器总台数N为每相电容器的台数为,2020/5/31,39,高压集中无功补偿的计算方法和步骤,（4）选择实际台数*：计算出N值后，考虑高压电网为单相电容器，故实际取值N应为3的整数倍。如果为单母线分段变电所，电容器组应分为两组安装在每段母线上，因此N应取6的整数倍。,2020/5/31,40,高压集中无功补偿的计算方法和步骤,例题5-1：某矿地面变电所6kV母线月有功耗电量为4106kWh,月无功耗电量为3106kvarh，半小时有功最大负荷P30=3103kW，平均负荷率0.8。求将功率因数提高到0.95时所需电容器的补偿容量及电容器的台数。,2020/5/31,41,高压集中无功补偿的计算,解：平均负荷率=0.8；全矿月有功耗电量Wwa=4106kWh;全矿月无功耗电量Wre=3106kvarh;30分钟最大负荷P30=3103kW（1）求全矿自然功率因数：,2020/5/31,42,高压集中无功补偿的计算,(2)将功率因数提高到0.95所需电容器的补偿容量为：按电网电压，选择额定电压为6.3kV，额定容量为12kvarYY6.3-12-1型单相油浸移相电容器。,2020/5/31,43,高压集中无功补偿的计算,（3）确定电容器的总数量和每相电容器数。按三角形结线，所需电容器总数N为：每相电容器数n为：,2020/5/31,44,高压集中无功补偿的计算,（4）考虑煤矿变电所均为单母线分段，故实际电容器的数目应为6的整数倍，故取N=96个。每段每相为16个。,2020/5/31,45,第三节电费计算法,工矿企业的电费由基本电费、流动电费和力率调整电费三部分组成。一、基本电费：按用户用电容量计算的电费。一般按照企业安装的变压器及高压电动机的容量收费。,电费计算法,二、流动电费：用来补偿电力系统的运行费用，按照电度表的读数征收。三、力率调整电费：根据用户功率因数高于或低于规定值（0.95或0.90），对电费的征收进行减收或加收的电费。,2020/5/31,47,电费计算法,煤矿企业的总电费为：Ead前的符号：当功率因数低于规定值时，取正号，反之，取负号。,2020/5/31,48,例5-2某矿供电电源为6kV，两台主变压器容量均为2000kVA，采用一台使用，一台备用的运行方式。高压电动机接用容量为1600kVA，每月耗电量为180*104kWh；无功耗电量为82*104kvarh；基本电费（K1）为11元/（月kVA）；流动电费（K2）为0.5元/kWh。求该矿每月应交纳的电费。（设要求cos=0.95）,2020/5/31,49,解：（1）基本电费：Eba=K1（SM+SNT）=11*（1600+2000）=39600元/月（2）流动电费：Emo=K2Wwa=0.5*180*104=900000元/月（3）力率调整电费：该矿实际功率因数为：cos1=0.91设当cos1=0.91时，K3=0.02，则追加电费为Ead=K3*（Eba+Emo）=0.02*（39600+900000）=18800元/月（4