论文部分内容阅读
【摘 要】根据矿山工程供配电系统线路长、用电设备分布广以及井下供配电的特殊情况，结合工程设计经验，总结节能降耗的若干措施。
【关键词】矿山；供配电；电耗
做好节约用电工作，是从事工程电气设计人员的主要职责之一。为了提高企业经济效益，在设计中应采用合理的技术措施，降低电能损耗，提高电能的利用率。本文根据矿山工程设计实践，谈谈降低供配电系统电耗的措施。
1 电能损失的分类
电能损失主要可以分为固定损失、可变损失两个部分。
1.1 固定损失
固定损失是指不随负荷变动的损耗部分，也称基本损失，如变压器、电抗器、消弧线圈和各种仪表、互感器的铁损，以及电力电容器的介质损失、绝缘子的损失等。
1.2 可变损失
可变损失是指线路中随着负荷的变动而变化的部分。如输电线路上的电量损失，变压器、电抗器、仪表、互感器等设备的铜损。
2 降低损耗的技术措施
2.1 合理布局
2.1.1 合理选择电压等级
配电电压是指向用户或者用户内部向用电设备配电的电压等级。它分高压、中压和低压多个等级。在输送相同容量时，流过较高电压等级线路的电流较小，从而功率损耗较小。一般情况下优先采用较高电压配电，如中压配电优先采用10kV等级。
在供配电系统中，线路和变压器是主要元件，占电能损耗比重最大，由于每经过一次变压总要多消耗一定的电能，因此，应尽量减少变压次数，减少配电电压等级。
2.1.2 变配电所深入负荷中心
总变电所和配电所的位置应设在接近负荷中心处，矿山一般在主井口或者选厂附近设置一次变配电所（总降压变电所）。但二次变电所（车间变电所），尤其是井下变电所由于作业地点的转移，其原先所在位置的负荷变得很轻甚至接近空载。所以当生产布局改变后应及时调整变电所位置，使之始终处于负荷中心，最大限度降低配电系统的电能损耗。
2.2 合理选择导线截面
当线路电流、长度、电阻率一定时，线损与导线截面成反比。对于导线，要从技术经济观点选用经济截面：考虑电缆的全寿命周期成本，即不仅要考虑电缆线路的初始成本，而且考虑电缆在经济寿命期间的电能损耗成本，应符合使两项成本之和为最低的原则。工程设计中，在满足载流量、压降、保护配合的前提下，加大电缆截面，会使线路电能损耗降低。
下面以电缆为例说明导线截面与电能损耗及费用的关系：一根截面为3×16mm2的铜芯电缆，当线芯允许长期工作温度为90Co、环境温度为20Co时，额定运行电流为104A，线路阻抗约为1.1mΩ/m，线路长度为100 m，则线路损耗约为3.6kW。如果按电费为0.4元/kWh、年运行小时为330天计算，那么每年线路损耗的费用约为11400元；如果其他条件不变，只将电缆截面换成3×35mm2的，那么线路损耗及费用分别约为1.65 kW和5200元。可见电缆增大一些，损耗和费用降低了一多半，而将电缆截面由16 mm2增至35 mm2所需的购买费用和安装费用不会有太大的差别。所以说按经济电流密度选择电缆，节能效果非常明显。
2.3 加强变压器运行管理
2.3.1 科学确定变压器容量
当用电负荷确定之后如何确定变压器容量，以最大限度减少变压器损耗（简称变损）的问题，一般是考虑变压器效率：
式中η为变压器的效率；P为变压器输出功率（kW）；P0为变压器空载损耗（kW）；Pk为变压器负载损耗（kW）；β为变压器负荷率（kW）。
理论计算出负荷率β为50%～60%时变压器效率最高，目前变压器容量的确定多以此为据。
变电所有一次和二次之分，一次变电所的变压器（总降压变电所内安装）受制于大电网中，供电部门对这类变压器的设置有经济制约，即收取新增变压器的基本容量费。变压器寿命若以15年计算，则基本容量费折算到每度电的费用将随着变压器负荷率η的降低而增加，因此在收取“基本容量费”的前提下，一次变电所变压器容量的确定就必须要从其一次性投资、运行费用及变损综合考虑，工程实践中负荷率可为60%～70%。对于二次变电所的变压器（车间变电所内安装）不受“基本容量费”的制约，加上井下设备开停频繁，产生冲击负荷较大，其负荷率可低于一次变电所的变压器。
2.3.2 推广使用高效节能变压器
目前老矿山在用变压器中老旧变压器比例仍然很高，这主要是由于企业设备更新的重点是放在生产第一线的运转设备，而对于表面看来不易损坏的变压器重视不够。设计中选择冷轧优质矽钢片的节能型电力变压器。
2.4 均衡低压电网三相负荷
三相负荷不平衡，一方面造成变压器的损耗增大，另一方面增加线路损耗、减少用电设备寿命。因此在设计中把单相用电设备均衡地分配到三相上，例如照明灯具、插座要尽量实现内部三相平衡；在实际运行中，要定期进行三相负荷的测定和调整工作，使变压器三相电流接近平衡。
2.5 提高电网功率因数
电能输送过程中，在线路输送的有功功率和运行电压基本不变的条件下，提高功率因数以减少线路的无功分量，减少线路中的无功电流损耗。
（1）采取高、低压混合补偿方式
高压补偿减少线路压降，低压补偿提高变压器负载能力。矿山供配电地点一般较分散，高压输送距离较长，压降较大，若功率因数降低还将使端电压进一步下降，造成用电设备运行困难，因此必须在高压端集中进行无功补偿，提高线路功率因数。
（2）井下按中段、地面按车间分区域集中补偿。由于井下供电分散，采掘运输设备多为移动式，局扇、电耙变动频繁，直接补偿难度较大；选厂设备多且大部分容量小，逐一补偿也难实施。因此只有采用井下和车间的二级变电所集中补偿，提高其用电设备的功率因数。
（3）对大功率设备就地补偿功率大又分散的设备可采用就地补偿无功功率。
（4）推广使用电容器自动投切装置，实现自动调节补偿。矿山在昼夜和交接班时负荷波动较大，而一次固定投入移相电容器后，无法随其波动而自动调节。因而采用自动投切电容器补偿，使功率因数总是处于较理想的状态。
（5）提高供电网路的自然功率因数。配合工艺专业，对于大功率、基本恒定负荷的设备尽量选用高压同步电机。
2.6 结合工艺过程，对设备适当采用软起动器起动或变频器调速，从而达到节能目的。变负荷设备如渣浆泵可用变频器调速；大容量水泵使用软起动装置。
2.7 选用节能型产品
节能降耗，还要结合技术发展，积极推广使用节能产品。
3 结语
矿山供配电系统具有线路长、用电设备分布广等特点以及井下供配电的特殊情况，降低矿山供配电系统电耗的改进措施很多，从以上各个方面进行科学设计，降低损耗、提高电能利用率，对于促进经济可持续发展和建设节约型社会具有重要的意义。
参考文献：
[1]高士田，周维智等.有色金属矿山节能设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.
[2]曾涛，田有连等.矿山电力设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009.
【关键词】矿山；供配电；电耗
做好节约用电工作，是从事工程电气设计人员的主要职责之一。为了提高企业经济效益，在设计中应采用合理的技术措施，降低电能损耗，提高电能的利用率。本文根据矿山工程设计实践，谈谈降低供配电系统电耗的措施。
1 电能损失的分类
电能损失主要可以分为固定损失、可变损失两个部分。
1.1 固定损失
固定损失是指不随负荷变动的损耗部分，也称基本损失，如变压器、电抗器、消弧线圈和各种仪表、互感器的铁损，以及电力电容器的介质损失、绝缘子的损失等。
1.2 可变损失
可变损失是指线路中随着负荷的变动而变化的部分。如输电线路上的电量损失，变压器、电抗器、仪表、互感器等设备的铜损。
2 降低损耗的技术措施
2.1 合理布局
2.1.1 合理选择电压等级
配电电压是指向用户或者用户内部向用电设备配电的电压等级。它分高压、中压和低压多个等级。在输送相同容量时，流过较高电压等级线路的电流较小，从而功率损耗较小。一般情况下优先采用较高电压配电，如中压配电优先采用10kV等级。
在供配电系统中，线路和变压器是主要元件，占电能损耗比重最大，由于每经过一次变压总要多消耗一定的电能，因此，应尽量减少变压次数，减少配电电压等级。
2.1.2 变配电所深入负荷中心
总变电所和配电所的位置应设在接近负荷中心处，矿山一般在主井口或者选厂附近设置一次变配电所（总降压变电所）。但二次变电所（车间变电所），尤其是井下变电所由于作业地点的转移，其原先所在位置的负荷变得很轻甚至接近空载。所以当生产布局改变后应及时调整变电所位置，使之始终处于负荷中心，最大限度降低配电系统的电能损耗。
2.2 合理选择导线截面
当线路电流、长度、电阻率一定时，线损与导线截面成反比。对于导线，要从技术经济观点选用经济截面：考虑电缆的全寿命周期成本，即不仅要考虑电缆线路的初始成本，而且考虑电缆在经济寿命期间的电能损耗成本，应符合使两项成本之和为最低的原则。工程设计中，在满足载流量、压降、保护配合的前提下，加大电缆截面，会使线路电能损耗降低。
下面以电缆为例说明导线截面与电能损耗及费用的关系：一根截面为3×16mm2的铜芯电缆，当线芯允许长期工作温度为90Co、环境温度为20Co时，额定运行电流为104A，线路阻抗约为1.1mΩ/m，线路长度为100 m，则线路损耗约为3.6kW。如果按电费为0.4元/kWh、年运行小时为330天计算，那么每年线路损耗的费用约为11400元；如果其他条件不变，只将电缆截面换成3×35mm2的，那么线路损耗及费用分别约为1.65 kW和5200元。可见电缆增大一些，损耗和费用降低了一多半，而将电缆截面由16 mm2增至35 mm2所需的购买费用和安装费用不会有太大的差别。所以说按经济电流密度选择电缆，节能效果非常明显。
2.3 加强变压器运行管理
2.3.1 科学确定变压器容量
当用电负荷确定之后如何确定变压器容量，以最大限度减少变压器损耗（简称变损）的问题，一般是考虑变压器效率：
式中η为变压器的效率；P为变压器输出功率（kW）；P0为变压器空载损耗（kW）；Pk为变压器负载损耗（kW）；β为变压器负荷率（kW）。
理论计算出负荷率β为50%～60%时变压器效率最高，目前变压器容量的确定多以此为据。
变电所有一次和二次之分，一次变电所的变压器（总降压变电所内安装）受制于大电网中，供电部门对这类变压器的设置有经济制约，即收取新增变压器的基本容量费。变压器寿命若以15年计算，则基本容量费折算到每度电的费用将随着变压器负荷率η的降低而增加，因此在收取“基本容量费”的前提下，一次变电所变压器容量的确定就必须要从其一次性投资、运行费用及变损综合考虑，工程实践中负荷率可为60%～70%。对于二次变电所的变压器（车间变电所内安装）不受“基本容量费”的制约，加上井下设备开停频繁，产生冲击负荷较大，其负荷率可低于一次变电所的变压器。
2.3.2 推广使用高效节能变压器
目前老矿山在用变压器中老旧变压器比例仍然很高，这主要是由于企业设备更新的重点是放在生产第一线的运转设备，而对于表面看来不易损坏的变压器重视不够。设计中选择冷轧优质矽钢片的节能型电力变压器。
2.4 均衡低压电网三相负荷
三相负荷不平衡，一方面造成变压器的损耗增大，另一方面增加线路损耗、减少用电设备寿命。因此在设计中把单相用电设备均衡地分配到三相上，例如照明灯具、插座要尽量实现内部三相平衡；在实际运行中，要定期进行三相负荷的测定和调整工作，使变压器三相电流接近平衡。
2.5 提高电网功率因数
电能输送过程中，在线路输送的有功功率和运行电压基本不变的条件下，提高功率因数以减少线路的无功分量，减少线路中的无功电流损耗。
（1）采取高、低压混合补偿方式
高压补偿减少线路压降，低压补偿提高变压器负载能力。矿山供配电地点一般较分散，高压输送距离较长，压降较大，若功率因数降低还将使端电压进一步下降，造成用电设备运行困难，因此必须在高压端集中进行无功补偿，提高线路功率因数。
（2）井下按中段、地面按车间分区域集中补偿。由于井下供电分散，采掘运输设备多为移动式，局扇、电耙变动频繁，直接补偿难度较大；选厂设备多且大部分容量小，逐一补偿也难实施。因此只有采用井下和车间的二级变电所集中补偿，提高其用电设备的功率因数。
（3）对大功率设备就地补偿功率大又分散的设备可采用就地补偿无功功率。
（4）推广使用电容器自动投切装置，实现自动调节补偿。矿山在昼夜和交接班时负荷波动较大，而一次固定投入移相电容器后，无法随其波动而自动调节。因而采用自动投切电容器补偿，使功率因数总是处于较理想的状态。
（5）提高供电网路的自然功率因数。配合工艺专业，对于大功率、基本恒定负荷的设备尽量选用高压同步电机。
2.6 结合工艺过程，对设备适当采用软起动器起动或变频器调速，从而达到节能目的。变负荷设备如渣浆泵可用变频器调速；大容量水泵使用软起动装置。
2.7 选用节能型产品
节能降耗，还要结合技术发展，积极推广使用节能产品。
3 结语
矿山供配电系统具有线路长、用电设备分布广等特点以及井下供配电的特殊情况，降低矿山供配电系统电耗的改进措施很多，从以上各个方面进行科学设计，降低损耗、提高电能利用率，对于促进经济可持续发展和建设节约型社会具有重要的意义。
参考文献：
[1]高士田，周维智等.有色金属矿山节能设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.
[2]曾涛，田有连等.矿山电力设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009.