中國礦大版礦山電工學(xué)礦山供電系統(tǒng)和負(fù)荷

中國礦大版礦山電工學(xué)礦山供電系統(tǒng)和負(fù)荷第1頁/共189頁主要學(xué)習(xí)內(nèi)容CH1礦山供電系統(tǒng)和負(fù)荷CH2礦山供電系統(tǒng)故障分析CH3礦井電網(wǎng)三大保護(hù)CH4礦山供電系統(tǒng)設(shè)備及選擇CH5礦山電氣設(shè)備的控制第2頁/共189頁主要參考書1.礦山電工學(xué)

唐軼等編中國礦業(yè)大學(xué)出版社2011.22.礦山電工學(xué)

賴昌干等編煤炭工業(yè)出版社1991.113.工礦企業(yè)供電

張學(xué)成等編煤炭工業(yè)出版社2005.5第3頁/共189頁CH1礦山供電系統(tǒng)和負(fù)荷學(xué)習(xí)要求1.一般掌握：典型電力系統(tǒng)的組成及有關(guān)的基本概念、礦山供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備額定電壓的確定、礦山電力負(fù)荷及計算、礦用變壓器的選擇。2.熟練掌握：電力負(fù)荷分級及對供電系統(tǒng)的要求、供電系統(tǒng)的連接方式、礦山供電系統(tǒng)。第4頁/共189頁第一節(jié)電力系統(tǒng)概述一電力系統(tǒng)二電力系統(tǒng)的額定電壓三電力負(fù)荷對供電的基本要求及分級

第5頁/共189頁一、電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)的概念：是由各種不同電壓等級的電力線路將發(fā)電廠、變電所和電力用戶聯(lián)系起來的一個發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的整體

。圖1一個簡單的電力系統(tǒng)第6頁/共189頁典型電力系統(tǒng)圖第7頁/共189頁交流發(fā)電機(G)第8頁/共189頁電力變壓器(T)第9頁/共189頁斷路器(QF)第10頁/共189頁隔離開關(guān)(QS)第11頁/共189頁熔斷器(FU)第12頁/共189頁刀開關(guān)(QK)第13頁/共189頁熔斷式開關(guān)(Q)第14頁/共189頁負(fù)荷開關(guān)(Q)第15頁/共189頁電流互感器(TA)第16頁/共189頁電壓互感器(TV)第17頁/共189頁閥型避雷器(F)第18頁/共189頁電抗器(L)第19頁/共189頁電容器(C)第20頁/共189頁線路、母線(W)電纜及終端(X)第21頁/共189頁2.電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)（1）（1）發(fā)電廠（站）：指將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的場所。一般根據(jù)所使用的能源的不同，將電廠分為火力發(fā)電廠、水力發(fā)電站、核電站、潮汐電站、風(fēng)力發(fā)電站等。第22頁/共189頁2.電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)（2）（2）變電所：是匯集電能、變換電壓的中間環(huán)節(jié)，它由各種電力變壓器和配電設(shè)備組成。

按用途分：升（降）壓變電所、聯(lián)絡(luò)變電所、工礦企業(yè)變電所、農(nóng)村變電所、整流變電所等。按地位分：樞紐變電所、穿越變電所、終端變電所。按供電范圍分：區(qū)域（一次）變電所、地區(qū)（二次）變電所。第23頁/共189頁2.電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)（3）（3）電力網(wǎng)：是指在電力系統(tǒng)中，變電所與各種不同電壓的電力線路組成的網(wǎng)。是電力系統(tǒng)的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著輸送、變換和分配電能的任務(wù)。根據(jù)電壓等級的不同，電力網(wǎng)可分為：低壓電網(wǎng)：1.2kV及以下高壓電網(wǎng)：3kV~330kV超高壓電網(wǎng)：330kV~1000kV特高壓電網(wǎng)：1000kV以上第24頁/共189頁二、電力系統(tǒng)的額定電壓（1）1.額定電壓：是指發(fā)電機、變壓器和電氣設(shè)備等在正常運行時具有最大經(jīng)濟(jì)效益時的電壓。2.額定電壓等級：由國家規(guī)定的各種標(biāo)準(zhǔn)額定電壓。作用：便于各種電力設(shè)備生產(chǎn)制造標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。第25頁/共189頁第一章直流單相交流三相交流受電設(shè)備供電設(shè)備受電設(shè)備供電設(shè)備受電設(shè)備供電設(shè)備1.51.5

22

33

6666

12121212

24242424

363636363636

424242424848

6060

7272

100100100100110115127133127133220230220230220/380230/400400*440400*460

380/660400/690800*800*

1000*1000*

11401200第26頁/共189頁受電設(shè)備與系統(tǒng)額定電壓供電設(shè)備額定電壓（發(fā)電機）設(shè)備最高電壓33.15

66.36.91010.511.535

40.560

69110

126220

252330

363500

550750

--表1--3（線電壓，kV)第27頁/共189頁二、電力系統(tǒng)的額定電壓（2）電氣設(shè)備額定電壓的確定

我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：一般供電設(shè)備的額定電壓應(yīng)高出系統(tǒng)和用電設(shè)備的額定電壓的5％，用以補償正常負(fù)荷時線路上的電壓損失，使設(shè)備獲得近似額定的電壓。受電設(shè)備的額定電壓與系統(tǒng)額定電壓相對應(yīng)。第28頁/共189頁二、電力系統(tǒng)的額定電壓（2）第29頁/共189頁3.電氣設(shè)備額定電壓的確定(1)

確定電氣設(shè)備額定電壓的一般規(guī)律：

A.發(fā)電機：額定電壓VGN=1.05×系統(tǒng)額定電壓（VN）

B.變壓器：受電側(cè)額定電壓VTN1①與發(fā)電機相連時，VTN1=VGN②與線路（系統(tǒng)）相連時，VTN1=VN第30頁/共189頁3.電氣設(shè)備額定電壓的確定(2)

B.變壓器輸出側(cè)額定電壓VTN2

①與35kV及以上線路相連

VTN2=1.1×VN②與35kV以下線路相連，但變壓器的短路電壓百分比VS%>7.5%，或連接長線路時VTN2=1.1×VN③其他情況VTN2=1.05×VN第31頁/共189頁3.電氣設(shè)備額定電壓的確定(3)

C.系統(tǒng)額定電壓與設(shè)備額定電壓系統(tǒng)VN=用電設(shè)備VN

系統(tǒng)額定電壓和設(shè)備額定電壓值根據(jù)表1---2、1---3確定．下面舉例說明電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備額定電壓的確定方法.第32頁/共189頁請根據(jù)下面系統(tǒng)圖已知參數(shù)確定各電氣元件的額定電壓.6.3kV6.3/363/121kV110/10.5kV330/38.5kV6/0.4kV第33頁/共189頁4.煤礦常用電壓等級及應(yīng)用范圍36V及以下：井下電氣設(shè)備控制及局部照明127V：井下照明及手持式電鉆220V：礦井地面照明250V(DC)：電機車380V：小型礦井井下使用500V(DC)：井下電機車660V：井下低壓動力750V(DC)：露天煤礦工業(yè)電機車1140V：井下綜采動力1500V(DC)：露天煤礦工業(yè)電機車6kV:井上、下高壓電機及配電電壓10kV：特大型礦井井上、下高壓電機及配電電壓35、60、110kV：礦區(qū)受電電壓或配電電壓第34頁/共189頁三、電力負(fù)荷對供電的基本要求及分級供電系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)。它由各種電氣設(shè)備及配電線路按一定接線方式組成。供電系統(tǒng)的作用就是從電力系統(tǒng)獲取高壓電能，通過變換、分配、輸送將電能安全、可靠地送到各種不同的動力設(shè)備上，以滿足煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。第35頁/共189頁（一）、電力負(fù)荷對供電的基本要求

1）保證供電的安全性；

2）保證供電的可靠性；

3）保證電能的良好質(zhì)量；

4）保證供電系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理。第36頁/共189頁1）供電的安全性安全性：*指在電能的供應(yīng)、分配和使用中不應(yīng)發(fā)生人身觸電傷亡事故和設(shè)備毀壞事故。人身觸電傷亡：觸電保護(hù)、架線選擇等設(shè)備毀壞：繼電保護(hù)、結(jié)線方式、接地保護(hù)等對煤礦生產(chǎn)的含煤塵、瓦斯、高濕度等特殊環(huán)境，為確保供電安全，還必須采取防觸電、防潮、防爆、抗磨損等措施，正確選擇設(shè)備、確定供電系統(tǒng)方案，并加強保護(hù)措施，經(jīng)常進(jìn)行檢修。第37頁/共189頁2）供電的可靠性可靠性：指應(yīng)滿足用電戶對供電的連續(xù)性要求。即供電的不間斷性。煤礦供電（尤其是井下）絕對可靠，即無論在任何情況下，都必須保證能提供一部分電能，保證人身與設(shè)備不受危害。電力負(fù)荷是決定電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、運行及發(fā)電、送電、變電布局的主要依據(jù)，按用戶的重要性和中斷供電對人身安全或在經(jīng)濟(jì)等方面所造成的損失和影響程度分為三級。第38頁/共189頁電力負(fù)荷分級及對供電結(jié)線的要求

電力負(fù)荷的分級：根據(jù)不同負(fù)荷對供電可靠性的要求分三級。

一級負(fù)荷：采用兩個獨立電源的雙回路）供電。

二級負(fù)荷：采用兩回線路供電。

三級負(fù)荷：不屬于一、二級負(fù)荷的所有用電設(shè)備，對供電無特殊要求，一般采用單一回路供電。第39頁/共189頁1）、一級負(fù)荷對突然中斷供電將造成生命危害、導(dǎo)致重大設(shè)備破壞且難以修復(fù)、打亂復(fù)雜生產(chǎn)過程并使大量產(chǎn)品報廢，給國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失的負(fù)荷為一級負(fù)荷。

如礦井的通風(fēng)、排水、提升（載人）等負(fù)荷。對屬于一級負(fù)荷的設(shè)備，為使其可靠運行，必須采用完全備用系統(tǒng)供電，即采用兩個獨立電源的雙回路供電。獨立電源：指不受其他電源故障影響或干擾的電源。如分段母線的電源來自不同發(fā)電機，且其輸變配各環(huán)節(jié)為分列運行的?；蚰妇€之間無聯(lián)系，或有聯(lián)系，但當(dāng)其中一個故障時其聯(lián)系會自動斷開，不影響其他供電的。

第40頁/共189頁2）、二級負(fù)荷指突然中斷供電時將造成大量減產(chǎn)，產(chǎn)生大量廢品，大量原材料報廢，使工業(yè)企業(yè)內(nèi)部交通生產(chǎn)停頓的負(fù)荷為二級負(fù)荷。

如礦井的地面空壓機、提升運輸運設(shè)備、井底車場的整流設(shè)備等。第41頁/共189頁3）、三級負(fù)荷

凡中斷供電不會在經(jīng)濟(jì)上或其他方面造成較大影響者，為三級負(fù)荷。負(fù)荷有：機械修理廠、生活福利設(shè)施等。此類負(fù)荷一般對供電可靠性無特殊要求，不需要備用電源和設(shè)備,一般采用無備用系統(tǒng)結(jié)線方式。第42頁/共189頁3）保證電能的良好質(zhì)量

電能質(zhì)量：*主要指滿足用電戶對電壓和頻率質(zhì)量的要求，也包括電壓波形。即要求電壓幅值和頻率保持在一定允許范圍內(nèi)，并使波形畸變不超過允許值。電壓幅值允許變化范圍：線路額定電壓電壓允許變化范圍35kV及以上±5%VN10kV及以下±7%VN低壓照明+5%VN～－10%VN第43頁/共189頁3）保證良好的電能質(zhì)量

頻率變化范圍一般為50±0.2Hz

電壓和頻率超出允許范圍的危害：影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，設(shè)備運行及出力惡化，生產(chǎn)質(zhì)量受到較大影響。波形畸變：交流電壓波形畸變，表示電網(wǎng)含有高次諧波，諧波含量過高，會使繼電保護(hù)、自動裝置、計算機等不能正常工作，所以一般波形畸變不允許超過5%。第44頁/共189頁4）技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理：*指供電系統(tǒng)在滿足用電戶對用電的安全性、可靠性、電能質(zhì)量要求的前提下，供電系統(tǒng)的投資要盡量少、運行費用盡量低。包括使供電系統(tǒng)建設(shè)成本降低、提高設(shè)備運行效率，降低損耗，使系統(tǒng)有較好的運行效益。應(yīng)該在滿足用電負(fù)荷對供電的前3個技術(shù)要求的條件下盡量使供電系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理。第45頁/共189頁第二節(jié)礦山供電系統(tǒng)一、供電系統(tǒng)接線方式二、礦井供電系統(tǒng)三、礦井各級變電所及配電點第46頁/共189頁一、供電系統(tǒng)結(jié)線方式（1）基本概念

供電系統(tǒng)結(jié)線：是指由各種電氣設(shè)備及其聯(lián)接線構(gòu)成的電路，其功能是匯集和分配電能。

結(jié)線方式按布置方式分：放射式、干線式、環(huán)式、雙電源（獨立）供電式

按運行方式分：開式網(wǎng)絡(luò)、閉式網(wǎng)絡(luò)

按可靠性分：無備用網(wǎng)絡(luò)、有備用網(wǎng)絡(luò)第47頁/共189頁（一）、供電電源系統(tǒng)結(jié)線1）放射式（1）單回放射式：是在上一級降壓站（變電所）的饋出母線上引出多條回路，直接向下級降壓站（變電所）或用電設(shè)備供電。各條引出線之間無聯(lián)系，其沿線不分支接其他負(fù)荷。系統(tǒng)簡單、運行維護(hù)方便；缺點是使用的開關(guān)、線路多，供電可靠性差。第48頁/共189頁（2）雙回路放射式

單電源雙回路：從一段母線上并列引出兩回線路，每回線路有單獨的開關(guān)控制。適用二級負(fù)荷。供電可靠性高，運行可采用并列運行，也可一路運行一路備用，運行靈活。第49頁/共189頁（2）雙回路放射式雙電源雙回路：是在上級變電所設(shè)置2套電源,分別接在不同的母線上，向下級變電站或用電設(shè)備供電。當(dāng)任一路電源或線路發(fā)生故障時，可通過另一路電源或線路向負(fù)載供電。由于這種接線從電源到負(fù)載都是雙套設(shè)備投入工作，并且互為備用，所以供電可靠性高，適用于容量較大的一、二級負(fù)荷。但所用設(shè)備多、用線長、投資大，若負(fù)荷不大時將造成有色金屬材料的浪費。第50頁/共189頁（2）雙回路放射式第51頁/共189頁2、干線式供電直接聯(lián)絡(luò)式：從一路高壓配電干線上直接引出分支線向用戶供電，分支線一般不超過5，且配電變壓器容量不超過3000kVA。一般適用于架空線上對三級負(fù)荷分散用戶供電，也可用于井下電纜線路對多臺順槽輸送機供電。優(yōu)點：回路少，高壓配電裝置數(shù)量減少、造價低。缺點：當(dāng)公用干線故障全部斷電，可靠性較差。

第52頁/共189頁（1）直接樹干式接線方式第53頁/共189頁（2）串聯(lián)型樹干式接線為提高干式接線的可靠性，各用戶采用進(jìn)、出線均裝隔離開關(guān)的方式引接分支線，形成串聯(lián)型樹干式接線，也稱為鏈串型樹干式接線。這種接線又分為單回路樹干式和雙回路樹干式2種。第54頁/共189頁①單回路樹干式接線這種接線在每個用戶的進(jìn)、出線上均裝有隔離開關(guān)QS。當(dāng)干線上N點發(fā)生故障時，干線總開關(guān)QF將跳閘。

第55頁/共189頁備用干線的干繞式接線方式為提高單回路樹干式接線方式的可靠性，可采用備用干線的方式供電。當(dāng)干線上任一處或任一干線發(fā)生故障或需要檢修時，可通過開關(guān)切換由備用干線從另一側(cè)供電，從而進(jìn)一步縮小停電范圍。第56頁/共189頁②雙回路樹干式接線是每個用戶或用電設(shè)備分別從2條干線上引入電源，當(dāng)任一條干線出現(xiàn)故障或需要檢修時，可用另一干線恢復(fù)供電。所以這種接線供電可靠性較高，可向二、三級負(fù)荷供電。

第57頁/共189頁3、環(huán)狀式接線適用于電源對礦區(qū)用戶相對位置居中或較遠(yuǎn)，而用戶間距較近，且負(fù)荷相差不太懸殊的供電。供電可靠性高，運行、保護(hù)整定困難。這種接線一般是在同電壓之間的變電所構(gòu)成環(huán)形，每個變電所都有兩路進(jìn)線，當(dāng)其中一路發(fā)生故障時，可由另一路線路供電，因而具有可靠性高、運行靈活的特點，適用于一、二級負(fù)荷的供電系統(tǒng)。但環(huán)形供電線路的導(dǎo)線截面是按故障情況下能承擔(dān)環(huán)網(wǎng)全部負(fù)荷考慮，故有色金屬材料用量較多。第58頁/共189頁環(huán)狀式接線第59頁/共189頁供電系統(tǒng)結(jié)線方式的選擇合理的供電系統(tǒng)結(jié)線方式選擇的決定因素(從用電戶對供電系統(tǒng)的基本要求考慮):1）用電戶對供電可靠性要求的影響；2）電壓高低的影響；3）負(fù)荷大小的影響；4）負(fù)荷數(shù)目的影響；5）負(fù)荷位置的影響。第60頁/共189頁一、供電系統(tǒng)結(jié)線方式（2）變電所常用一次結(jié)線方式：

橋形結(jié)線:用于有備用供電系統(tǒng)

線路變壓器組結(jié)線：用于無備用供電系統(tǒng)第61頁/共189頁（三）、變電所（主變一次側(cè)）結(jié)線線路變壓器組結(jié)線依據(jù)其容量的大小、二次出線數(shù)的多少主要有三種形式：1）進(jìn)線為隔離開關(guān)（二次回路必須裝斷路器）2）進(jìn)線為跌落式熔斷器（二次回路必須裝斷路器）3）進(jìn)線為斷路器第62頁/共189頁1、線路-變壓器組結(jié)線第63頁/共189頁2、橋式結(jié)線

對具有兩回電源進(jìn)線、兩臺變壓器的變電所，可采用橋式結(jié)線。

“橋”為一條由斷路器和隔離開關(guān)組成的用以進(jìn)行線路的橫聯(lián)和跨接。根據(jù)跨接橋橫聯(lián)位置的不同，橋式結(jié)線可分為“內(nèi)橋式”、“外橋式”和“全橋式”。第64頁/共189頁（1）外橋式結(jié)線

跨接橋在變壓器斷路器QF1和QF2的外線路側(cè)，進(jìn)線回路只有隔離開關(guān)。對變壓器的切換操作方便，對電源進(jìn)線操作不便。

第65頁/共189頁（2）內(nèi)橋式結(jié)線

跨接橋在變壓器斷路器QF1和QF2的靠變壓器側(cè)，變壓器電源端只有隔離開關(guān)。提高對電源線路運行的可靠性和倒閘操作的靈活方便性。

第66頁/共189頁（3）全橋式結(jié)線具有適應(yīng)性強，操作方便、運行靈活、可靠性高等優(yōu)點，但使用設(shè)備多、占地面積大、投資高，故用于供電可靠性要求較高的變電所。對于電壓在35kV、容量在7500kVA以上，或電壓為110kV、容量在31500kVA以上的變壓器，當(dāng)隔離開關(guān)切斷空載電流能力不足時采用。第67頁/共189頁一、供電系統(tǒng)結(jié)線方式（3）3.變電所常用二次結(jié)線方式：

單母線、雙母線、單母線加旁母

1）單母線：進(jìn)出線均有斷路器以及與母線相連的母線隔離開關(guān)，與負(fù)荷線路相連的線路隔離開關(guān)。一般有單母線不分段和單母線分段兩種典型結(jié)線。第68頁/共189頁（1）單母線不分段單母線不分段特點：母線系統(tǒng)故障或檢修須全線路斷電。結(jié)構(gòu)簡單，造價低，運行不夠靈活可靠。適于小容量用戶。第69頁/共189頁（2）單母線分段A.隔離開關(guān)分段（QS分段）－－適用由雙回路供電、允許短時間停電的二級負(fù)荷B.斷路器分段（QF分段）－－適用一級負(fù)荷較多情況，可切斷負(fù)荷和故障電流。在采用斷路器分段時，除能實現(xiàn)切斷負(fù)荷或故障電流外，也可在繼電保護(hù)下實現(xiàn)自動分合閘。在其中一條線路故障或需要檢修時，可以將負(fù)荷轉(zhuǎn)到另外一條線路，避免全部停電。在檢修母線或電源故障時，不能避免故障母線用戶的停電。為避免長時間停電，可以采用加裝旁路母線或采用雙母線解決。第70頁/共189頁單母線分段結(jié)線圖第71頁/共189頁二、礦山供電系統(tǒng)礦井供電系統(tǒng)的選擇，取決于礦區(qū)范圍、煤層傾角、埋藏深度、設(shè)計年產(chǎn)量、開采方式、涌水量大小以及機械化、電氣化程度等因素。

。典型的供電方式：

深井供電系統(tǒng)

淺井供電系統(tǒng)

平硐供電系統(tǒng)第72頁/共189頁1、深井供電系統(tǒng)

適用礦層埋藏深、傾角小，采用立井和斜井開拓，生產(chǎn)能力大的礦井。1）特征：*高壓電能用電纜送到井下，并直接送到采區(qū)。2）一般模式：*地面變電所----井下中央變電所----采區(qū)變電所（或移動變電站）----工作面配電點第73頁/共189頁第74頁/共189頁第75頁/共189頁2、淺井供電系統(tǒng)對礦層埋藏不深（距地表100～200m內(nèi)）的情況，處于經(jīng)濟(jì)和運行方便的考慮，一般采用淺井供電系統(tǒng)。1）特征：*采區(qū)用電是從地面向井下鉆眼來提供的。2）一般模式：依據(jù)用電情況和井深，從供電的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理考慮有三種模式（1）對于采區(qū)距井底車場較遠(yuǎn)（>2km）、井下負(fù)荷小、涌水量不大的礦井，可經(jīng)架空線路，將6～10kV高壓電由地面變電所送至與采區(qū)位置相應(yīng)的地面變電亭，再降壓至380或660V，再沿鉆眼送至井下采區(qū)變電所。（高壓電能不下井）第76頁/共189頁2、淺井供電系統(tǒng)（2）當(dāng)采區(qū)負(fù)荷小而井底車場負(fù)荷大時，對井底車場的供電，可沿井筒敷設(shè)高壓下井電纜供電；對采區(qū)的供電，可沿鉆眼敷設(shè)低壓電纜提供。（井底車場高壓供電）（3）對采區(qū)巷道很長、負(fù)荷又大，為保證正常電壓，可經(jīng)高壓架空線路，將電能送至與采區(qū)對應(yīng)位置的配電點，沿鉆眼敷設(shè)高壓電纜，向井下采區(qū)變電所供電，再由該變電所降壓，向工作面提供低壓電力。（井下均為高壓供電）第77頁/共189頁2、淺井供電系統(tǒng)深井與淺井供電系統(tǒng)的不同：在于淺井井底車場的配電所代替了深井系統(tǒng)中的井下變電所，以及采用鉆眼向采區(qū)供電的方式。鉆眼供電的優(yōu)點（1）將由礦井地面變電所至采區(qū)變電所的電纜線路換成可靠的架空線路，節(jié)約有色金屬和投資；（2）井下巷道中沒有高壓電纜，人員設(shè)備更安全。第78頁/共189頁2、淺井供電系統(tǒng)

鉆眼供電的優(yōu)點（3）減少井下變電所硐室的開拓；（4）再由沼氣煤塵突出的采區(qū)，由于使用變電亭，使防爆高壓配電箱和礦用變壓器的使用大大降低；

缺點（1）需要進(jìn)行鉆孔、下套管，且套管不能回收；（2）需要加設(shè)架空線路、修建變電亭；（3）冬季施工維護(hù)困難。第79頁/共189頁淺井供電系統(tǒng)地面變電所第80頁/共189頁3、平硐供電系統(tǒng)

對礦層埋藏較淺（低于100m）、分布范圍廣的礦井一般采用平硐開采的供電系統(tǒng)。對深部的用電設(shè)備，可利用小風(fēng)井、斜井或鉆孔附近設(shè)置的地面變電亭提供低壓電力。當(dāng)需要向平硐提供直流電時，可先經(jīng)地面變電所整流，再用電纜下送。對平硐開拓且井深在150m的用電設(shè)備供電，其系統(tǒng)與深井供電相同。第81頁/共189頁三、礦井各級變電所及配電點煤礦供電系統(tǒng)是由各類地面變電所，以及井下的中央變電所、采區(qū)變電所、移動變電站、配電點和相應(yīng)的供電設(shè)備及供電線路組成。第82頁/共189頁（一）、礦井地面變電所是全礦供電的總樞紐，擔(dān)負(fù)受電、變電、配電的任務(wù)。地面變電所接受電網(wǎng)饋來的35kV或60kV電壓，降壓以后，把6（10）kV電壓分配給礦山的高壓用電設(shè)備，如主通風(fēng)機及井下中央變電所等，把660/380V電壓分配給地面低壓動力及照明設(shè)備。地面變電所，如果以35kV受電，則稱為35kV變電所；如果以60kV受電，則稱為60kV變電所。第83頁/共189頁1．地面變電所主接線系統(tǒng)

電源電壓從發(fā)電廠或礦區(qū)變電所的35kV母線上取得，35kV雙回路架空線直接將高壓引至煤礦地面變電所。變電所兩臺變壓器，將35kV電壓降至6（10）kV，在配給地面的一些高壓電氣設(shè)備，如主副井提升機、風(fēng)壓機、主通風(fēng)機等。該系統(tǒng)采用分段母線系統(tǒng)，具有較高的供電可靠性和靈活性。第84頁/共189頁1．地面變電所主接線系統(tǒng)兩段母線的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由兩個隔離開關(guān)和一個斷路器組成。聯(lián)絡(luò)開關(guān)的安裝便于檢修母線、倒換負(fù)荷、加裝繼電保護(hù)。用斷路器對母線檢修分段，可以保證在任何情況下，都有一段母線正常工作，使礦山一、二類用戶有可靠供電。第85頁/共189頁2、位置選擇（1）靠近主要負(fù)荷和入井電纜井筒，減少金屬導(dǎo)線消耗，降低電能損耗。（2）架空線與所址同時確定，一邊為各級電壓線路進(jìn)出變電所留出走廊。（3）設(shè)在常年主導(dǎo)風(fēng)向上風(fēng)側(cè)，避開污染源。（4）具有適宜的地形和地質(zhì)條件。（5）避開危險區(qū)和排廢場，與鐵路距離>40m。（6）交通方便，有擴展空間。第86頁/共189頁3.地面變電所的布置一般10kV及以下電壓等級的配電裝置采用戶內(nèi)式成套配電裝置；35kV及以上電壓的采用戶外架構(gòu)式配電裝置。對特殊地區(qū)或場合應(yīng)用時35kV~110kV變電所也采用戶內(nèi)式配電裝置。為保證運行時電氣設(shè)備和人員的安全以及檢修維護(hù)和搬運的方便，對室內(nèi)外的配電裝置的各個部件，規(guī)定了最小的電氣絕緣間距。第87頁/共189頁（二）.井下中央變電所它是井下供電的樞紐，擔(dān)負(fù)著向井下供電的重要任務(wù)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，對井下中央變電所和主排水泵房的供電線路，不得少于兩回路，當(dāng)任一回路停止供電時，其余回路也能擔(dān)負(fù)礦井全部負(fù)荷。為了保證井下供電的可靠性，由地面變電所引至中央變電所的電纜數(shù)目至少應(yīng)有兩條，并分別引自地面變電所的兩段6（10）kV母線上。第88頁/共189頁1．井下中央變電所的接線井下中央變電所的高壓母線采用單母線分段接線方式，母線段數(shù)與井下電纜對應(yīng)，各段母線通過高壓開關(guān)聯(lián)絡(luò)。正常時聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開，母線采用分列運行方式；當(dāng)某條下井電纜發(fā)生故障退出運行時，母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘，保證對負(fù)荷的供電。水泵是井下中央變電所的重要負(fù)荷，應(yīng)保證其供電可靠，由于水泵總數(shù)中已包括備用水泵，因此每臺水泵可用一條專用電纜供電。第89頁/共189頁2.井下中央變電所的位置和硐室布置（1）位置選擇應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，并根據(jù)通風(fēng)良好、交通方便、進(jìn)出線易于敷設(shè)、頂?shù)装鍡l件及保安煤柱的位置等因素，綜合加以考慮。一般設(shè)在靠近副井的井底車場范圍內(nèi)。第90頁/共189頁井下主變電所的位置示意圖1－副井井筒；2－主井井筒；3－井下主（配）變電所；4－主水泵房；5－井底車場巷道第91頁/共189頁（2）硐室要求

A.硐室用非燃性材料支護(hù)，尺寸取決于硐室內(nèi)的電氣設(shè)備的數(shù)量、大小及它們之間的通道，并考慮留有20％的余地。

B.硐室長度超過6m時，應(yīng)在兩端各設(shè)一出口，一個與井底車場大巷相通，并安有柵欄、防火兩用門。另一個與水泵房相連，彼此間應(yīng)有裝柵欄、防火兩用門的隔墻。第92頁/共189頁（2）硐室要求

C.泵房應(yīng)有單獨通至巷道的通路，在通道設(shè)向外開的柵欄防火兩用門。硐室長超過30m時，應(yīng)在中間增設(shè)一個出口。硐室內(nèi)溫度不應(yīng)超過35℃。硐室地面應(yīng)高出其出口大巷的底板標(biāo)高0.5m。從硐室出口的防火門起，5m內(nèi)的巷道采用非可燃性材料支護(hù)。第93頁/共189頁（3）設(shè)備布置①布置原則在進(jìn)行設(shè)備布置時，應(yīng)將變壓器和配電裝置分開布置，高、低壓配電裝置分開布置。分為低瓦斯礦井井下中央變電所設(shè)備布置圖和煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井井下中央變電所設(shè)備布置圖兩種方式。第94頁/共189頁（3）設(shè)備布置②布置方式。設(shè)備和墻壁之間、各設(shè)備之間應(yīng)留有足夠的維護(hù)與檢修通道，完全不需要從兩側(cè)或后面維護(hù)檢修的設(shè)備，可互相緊靠和靠墻放置?？紤]發(fā)展余地，變電所的高壓配電設(shè)備的備用位置應(yīng)按設(shè)計最大數(shù)量的20%考慮，且不少于兩臺。低壓設(shè)備的備用回路，也按最多饋出回路數(shù)的20%考慮。第95頁/共189頁設(shè)備布置方式（一）井下主變電所的布置方式，由井下條件和所采用的高低壓配電裝置的類型來決定。①對于低沼氣礦井，高壓開關(guān)柜臺數(shù)不太多，且采用礦用一般型手車式（GKFC-1型）、低壓開關(guān)采用礦用低壓配電屏設(shè)備時，井下主變電所的布置，采用圖示的單列布置形式。當(dāng)用電負(fù)荷較大、高壓開關(guān)柜臺數(shù)較多時，高壓開關(guān)柜也可用雙列布置。第96頁/共189頁低沼氣礦井接線示意圖第97頁/共189頁低沼氣礦井井下主變電所設(shè)備示意圖第98頁/共189頁設(shè)備布置方式（二）②對于高沼氣、煤與沼氣突出的礦井，其井下主變電所采用圖示的布置方式。硐室的長度L由下井電纜的條數(shù)以及高壓隔爆配電箱的型號與臺數(shù)決定。圖中變電所高壓開關(guān)柜采用PB2-6或PB2-6GA型隔爆配電箱，低壓開關(guān)柜采用DW80型隔爆自動饋電開關(guān)，高低壓設(shè)備均為雙列布置。第99頁/共189頁高沼氣礦井接線示意圖第100頁/共189頁

高沼氣礦井井下主變電所電氣設(shè)備設(shè)置示意圖

第101頁/共189頁（三）.采區(qū)變電所采區(qū)變電所接受中央變電所的高壓電能，變換電壓，配出高低壓電能。第102頁/共189頁1、采區(qū)變電所的接線采區(qū)變電所的主接線應(yīng)根據(jù)電源進(jìn)線回路數(shù)、負(fù)荷大小、變壓器臺數(shù)等因素確定。①單電源進(jìn)線。單電源進(jìn)線適用于負(fù)荷小的工作面、炮采工作面。②雙電源進(jìn)線。雙電源進(jìn)線適用于有綜采工作面或下山采區(qū)有排水泵的采區(qū)變電所。變電所每臺動力變壓器都應(yīng)裝有一個高壓配電箱進(jìn)行控制和保護(hù)。變壓器采用分列運行，每臺變壓器的低壓側(cè)各裝有一個總饋電開關(guān)，各變壓器形成獨立的供電系統(tǒng)。第103頁/共189頁2．采區(qū)變電所的位置和硐室布置（1）．位置確定原則①位于負(fù)荷中心，并保證向采區(qū)內(nèi)最遠(yuǎn)距離、最大容量設(shè)備供電。②一個采區(qū)盡量采用一個采區(qū)變電所位置。③盡量設(shè)在頂?shù)装宸€(wěn)定、無淋水的地點。④通風(fēng)、運輸方便。第104頁/共189頁2．采區(qū)變電所的位置和硐室布置為滿足上述①、②項原則，必須選擇合適的采區(qū)低壓供電電壓（對炮采工作面，用380/660V電壓；對一般機械化工作面，用660V電壓；對綜合機械化工作面，用1140V電壓）。最大容量電動機（采煤機電動機）的最大供電距離見屬表1-6所列。第105頁/共189頁采區(qū)變電所—工作面配電點供電方式1）供電方式傳統(tǒng)方式——采區(qū)變電所工作面配電點方式這種供電方式以低壓向全采區(qū)負(fù)荷供電，較安全。但由于所用電纜、開關(guān)較多，供電系統(tǒng)相對復(fù)雜，且電能和電壓損失較大。同時低壓電纜長，供電容量受限制。一般用于炮采和普通機械化采煤。第106頁/共189頁DB：高壓配電箱QA：自動饋電開關(guān)SM：磁力起動器SH：手動起動器第107頁/共189頁采區(qū)變電所—移動變電站—工作面配電點方式

綜采礦井常用方式：6kV采區(qū)變電所移動變電站工作面配電點方式

優(yōu)點：（1）與傳統(tǒng)方式相比，由高壓直接深入工作面，簡化了低壓供電系統(tǒng)，縮短了低壓供電距離，減少了電能損耗，保證了電壓質(zhì)量，可滿足正常運轉(zhuǎn)和啟動的需要。系統(tǒng)簡單，電網(wǎng)安全可靠程度增加，同時減少了電纜截面和低壓開關(guān)數(shù)量。

第108頁/共189頁采區(qū)變電所—移動變電站—工作面配電點方式

（2）采用了干式變壓器，提高了采區(qū)供電的防爆性能，利于安全，便于檢修。（3）移動變電站可根據(jù)需要移動或固定，不需建造變電所硐室。第109頁/共189頁第110頁/共189頁缺點：（1）6kV高壓直接送入采區(qū)動作面附近，且低壓側(cè)電壓為1140V，對安全不利。（2）采用了移動變電站，需要拓寬巷道，鋪設(shè)軌道。同時因地質(zhì)條件的不同，使移動變電站的安裝、運輸和維護(hù)受到空間的限制。第111頁/共189頁采區(qū)變電所位置確定（1）位于負(fù)荷中心，并保證向采區(qū)內(nèi)最遠(yuǎn)距離、最大容量負(fù)荷供電；（2）一個采區(qū)盡量采用一個采區(qū)變電所；（3）盡量設(shè)在頂?shù)装宸€(wěn)定，無淋水地點；（4）通風(fēng)、運輸方便。第112頁/共189頁（2）硐室要求采區(qū)變電所的防水、防火、通風(fēng)等安全措施與中央變電所相同。采區(qū)變電所設(shè)備的變壓器可與配電設(shè)備布置在同一硐室內(nèi)；變電所的高、低壓設(shè)備應(yīng)分開布置；檢漏繼電器放置在固定于硐室墻壁的支架上。各設(shè)備之間、設(shè)備與墻壁之間均應(yīng)留有維護(hù)和檢修通道，不從側(cè)面和背后檢修的設(shè)備可不留通道。

第113頁/共189頁采區(qū)變電所設(shè)備布置圖第114頁/共189頁（四）.工作面配電點

1）工作面配電點的設(shè)置

工作面配電點接受由采區(qū)變電所或移動變電站送來的低壓電能，通過控制開關(guān)、磁力啟動器，用軟電纜向回采或掘進(jìn)工作面的設(shè)備供電。并利用干式變壓器或煤電鉆變壓器綜合裝置，將電壓降為127V，向電鉆、照明和通信設(shè)備供電。由于經(jīng)常需要隨工作面移動搬遷，一般不設(shè)專用硐室?；夭晒ぷ髅媾潆婞c常設(shè)在鄰近的運輸平巷內(nèi)，距工作面50～70m。非沼氣煤塵突出礦井，機采工作面配電點可設(shè)在回風(fēng)巷內(nèi)，掘進(jìn)工作面配電點多設(shè)在掘進(jìn)巷的一側(cè)，距掘進(jìn)工作面80～100m。配電點附近應(yīng)用非燃性材料支護(hù)。第115頁/共189頁1．綜采工作面供電綜合機械化采煤工作面，單機容量和設(shè)備的總?cè)萘慷己艽?，其回采速度又快，若仍采用固定變電所供電，既不?jīng)濟(jì)，又不易保證電壓質(zhì)量。因此，必須采用移動變電站供電，以縮短低壓供電距離，使高壓深入負(fù)荷中心，將綜采工作面供電電壓提高到1140V，以利于保證供電的經(jīng)濟(jì)性和供電質(zhì)量。目前我國高產(chǎn)高效工作面使用的設(shè)備，其額定電壓已達(dá)3300V。由采區(qū)變電所—移動變電站—工作面電氣設(shè)備組成。第116頁/共189頁綜采工作面機電設(shè)備布置示意圖第117頁/共189頁4.工作面配電點

2）配電點控制開關(guān)的設(shè)置（1）適用情況：工作面電氣設(shè)備多或距離采區(qū)變電所較遠(yuǎn)，方便工作面配電點電氣設(shè)備的停送電。（2）組成：采區(qū)變電所—工作面配電點的供電方式。為便于操作工作面的動力設(shè)備，須在工作面附近巷道中，設(shè)置控制開關(guān)和起動器，這些設(shè)備的放置點即為工作面配電點。工作面配電點可分為采煤和掘進(jìn)兩種。采煤工作面配電點，一般距采煤工作面50~80m，掘進(jìn)工作面配電點，一般距掘進(jìn)工作面80~100m，工作面配電點也隨工作面的推進(jìn)而前移。第118頁/共189頁綜采工作面供電第119頁/共189頁4.工作面配電點3）對順槽和工作面輸送機的供電方式根據(jù)具體情況，可選擇：（1）順槽輸送機線的供電方式。如圖所示的干線供電方式，一般適用于順槽輸送機巷道較長、輸送機臺數(shù)較多、工作面只有一臺輸送機的情況。（2）高沼氣礦井煤層、急傾斜V型長壁采區(qū)順槽工作面輸送機供電方式。第120頁/共189頁干線式膠帶輸送機供電方式第121頁/共189頁第122頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算目的：就是為了正確地選擇礦山各級變電站的變壓器容量，各種電器設(shè)備的型號、規(guī)格及供電網(wǎng)所用導(dǎo)線的型號等提供科學(xué)依據(jù)。礦山負(fù)荷計算主要包括以下三方面：①求計算負(fù)荷，或稱需用負(fù)荷。目的是為了合理地選擇礦山各級變電站的變壓器容量和電氣設(shè)備的型號等。②求尖峰電流。用于計算電壓損失和電壓波動，選擇熔斷器和保護(hù)元件等。③求平均負(fù)荷。用來計算礦山電能需要量、電能損耗，選擇無功補償裝置等。第123頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算一、負(fù)荷曲線定義：負(fù)荷曲線是表征電力負(fù)荷隨時間變化情況的一種圖形，它繪制在直角坐標(biāo)紙上，縱坐標(biāo)表示負(fù)荷（有功負(fù)荷或無功負(fù)荷），橫坐標(biāo)表示對應(yīng)的時間（一般以小時為單位）分類：負(fù)荷曲線按負(fù)荷對象分，有礦山的、車間的和某用電設(shè)備組的負(fù)荷曲線；按負(fù)荷的功率性質(zhì)分，有有功負(fù)荷曲線和無功負(fù)荷曲線；按所表示負(fù)荷變動的時間分，有年負(fù)荷曲線、月負(fù)荷曲線、日負(fù)荷曲線和工作班的負(fù)荷曲線。第124頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算日負(fù)荷曲線代表用戶一晝夜（24h）實際用電負(fù)荷的變化情況。圖1-24日有功負(fù)荷曲線第125頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算年負(fù)荷曲線，代表用戶全年(8760h)內(nèi)用電負(fù)荷的變化規(guī)律。圖1-25年負(fù)荷曲線的繪制第126頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算年每日最大負(fù)荷曲線：按全年每日的最大負(fù)荷(一般取為每日最大負(fù)荷的半小時平均值)繪制，如圖1-26所示。圖1-26年每日最大負(fù)荷曲線第127頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算二、有關(guān)負(fù)荷計算的幾個物理量1、年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時年最大負(fù)荷，就是全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)(這一工作班的最大負(fù)荷不是偶然出現(xiàn)的，而是全年至少出現(xiàn)過2～3次)消耗電能最大的半小時的平均功率。分別用符號Pmax、Qmax和Smax表示年有功最大負(fù)荷、年無功最大負(fù)荷和年視在功率最大負(fù)荷。年最大負(fù)荷利用小時是一個假想時間，在此時間內(nèi)，電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷Pmax持續(xù)運行所消耗的電能，恰好等于該電力負(fù)荷全年實際消耗的電能，用符號Tmax表示。第128頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算年最大負(fù)荷利用小時是反映礦山電力負(fù)荷是否均勻的一個重要指標(biāo)。它在計算電能損耗和電氣設(shè)備選擇中均要用到。Tmax與礦山的生產(chǎn)班制有較大的關(guān)系。

2．平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)平均負(fù)荷就是電力負(fù)荷在一定時間內(nèi)消耗功率的平均值，也就是電力負(fù)荷在這段時間內(nèi)消耗的電能除以這段時間t，分別用符號Pav、Qav和Sav表示平均有功負(fù)荷、無功負(fù)荷和視在負(fù)荷。即：

第129頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算對于年平均負(fù)荷，t取8760h。因此，年平均負(fù)荷為

負(fù)荷系數(shù)Klo，是平均負(fù)荷Pav與最大負(fù)荷Pmax的比值，即：負(fù)荷系數(shù)也稱負(fù)荷率，又叫負(fù)荷曲線填充系數(shù)，它是表征負(fù)荷變化規(guī)律的一個參數(shù)，其值愈大，則負(fù)荷曲線愈平坦，負(fù)荷波動愈小。從發(fā)揮整個供電系統(tǒng)的效能來說，應(yīng)盡量設(shè)法使礦山不平坦的負(fù)荷曲線“削峰填谷”，這就是供電系統(tǒng)在運行中應(yīng)該實行的負(fù)荷調(diào)整。

第130頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算對用電設(shè)備來說，負(fù)荷系數(shù)就是設(shè)備在最大負(fù)荷時的輸出功率P與設(shè)備額定容量PN的比值，即：3．需用系數(shù)和利用系數(shù)需用系數(shù)Kde是用電設(shè)備組實際從電網(wǎng)吸收的最大負(fù)荷與該用電設(shè)備組的額定總?cè)萘康谋戎?。即?31頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算利用系數(shù)Kc是用電設(shè)備組實際從電網(wǎng)吸收負(fù)荷的平均值與該用電設(shè)備組額定容量的比值。ΣPN——用電設(shè)備組的額定總?cè)萘?，kW。4．尖峰負(fù)荷和低谷負(fù)荷在一晝夜間用戶出現(xiàn)的最大負(fù)荷，稱為尖峰負(fù)荷，出現(xiàn)的最小負(fù)荷，稱為低谷負(fù)荷。各行業(yè)用電特點的不同，出現(xiàn)尖蜂負(fù)荷和低谷負(fù)荷時間也不盡相同。第132頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算5．計算負(fù)荷計算負(fù)荷是按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)體和電器設(shè)備時所使用的一個假想負(fù)荷。通常規(guī)定取30min平均負(fù)荷最大值Pca、Qca和Sca作為該用戶的“計算負(fù)荷”。第133頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算三．負(fù)荷計算的方法經(jīng)常采用的電力負(fù)荷計算方法有：需要系數(shù)法、二項系數(shù)法、利用系數(shù)法、單位電耗法和單位面積功率法等(一)需用系數(shù)法1.需用系數(shù)的含義設(shè)該組用電設(shè)備有n臺電動機，其額定總?cè)萘繛棣睵N（kW）。則當(dāng)此用電設(shè)備組滿載運行時，需從電網(wǎng)接用容量第134頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算PjN——用電設(shè)備組從電網(wǎng)吸收的容量，kW；—n臺電動機的加權(quán)平均效率。同時運行系數(shù)Ksi

第135頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算定義Klo為電動機的加權(quán)平均負(fù)荷系數(shù)考慮到用電設(shè)備組在運行時，供電線路上也會引起一些功率損耗，它也必須由電網(wǎng)提供，于是第136頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算由上式得用電設(shè)備組的需用系數(shù)為：——供電線路效率，一般為0.95～0.98。需用系數(shù)是與用電設(shè)備組的平均加權(quán)負(fù)荷系數(shù)Klo、同時運行系數(shù)Ksi、電動機的加權(quán)平均效率以及電網(wǎng)供電線路效率ηl等系數(shù)有關(guān)。需用系數(shù)Kde值小于1。第137頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算2.需用系數(shù)法（1）用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定需用系數(shù)法是一種借助于一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過計算手段，由各用電設(shè)備的額定功率求取計算負(fù)荷的方法，該法所使用的公式為：第138頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算礦井電力負(fù)荷計算需用系數(shù)Kde及加權(quán)平均功率因數(shù)cosφwm見表1-7所列。（2）多個用電設(shè)備組的計算負(fù)荷由于多個用電設(shè)備組不可能同時工作，也不可能同時達(dá)到滿載，故對多組用電設(shè)備負(fù)荷的計算還應(yīng)考慮Ksi同時率系數(shù)。其計算公式為：第139頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算3.對需用系數(shù)法的評價優(yōu)點：①公式簡單，計算方便。只用一個原始公式Pca=KdeΣPN就可以表征普遍的計算方法。這個公式對用電設(shè)備組、車間變電站乃至一個企業(yè)變電站的計算負(fù)荷都可以進(jìn)行計算。②對于不同性質(zhì)的用電設(shè)備、不同車間或企業(yè)的需用系數(shù)值，經(jīng)過幾十年的統(tǒng)計和積累，數(shù)值比較完整和準(zhǔn)確，為供電設(shè)計創(chuàng)造了很好的條件。第140頁/共189頁第三節(jié)礦山電力負(fù)荷及計算缺點：需用系數(shù)法沒有考慮大容量電動機對整個計算負(fù)荷Pca、Qca的影響，尤其是當(dāng)總用電設(shè)備較少時，影響更大。在這種情況下，采用二項系數(shù)法更準(zhǔn)確些。由于綜合機械化工作面（自移支架）和一般機械化工作面（單體支架）負(fù)荷中的采煤機或刮板運輸機的容量遠(yuǎn)大于其他機械的用電容量，如用需用系數(shù)法計算負(fù)荷誤差可能較大，因此，實際上，表1-7中這兩項的需用系數(shù)就是由二項系數(shù)法推導(dǎo)出來的。對絕大多數(shù)企業(yè)，目前需用系數(shù)法仍稱得上是一種準(zhǔn)確而又簡便的方法，因而被我國設(shè)計部門廣泛采用。第141頁/共189頁第四節(jié)功率因數(shù)的改善和變壓器的選擇一、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：第142頁/共189頁電力系統(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0～1之間。功率因數(shù)越接近1越好。

一、功率因數(shù)及對功率因數(shù)的要求第143頁/共189頁功率因數(shù)過低的危害*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。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。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，功率因數(shù)越低，其能輸出的有功越小，能夠帶的負(fù)荷越少。第144頁/共189頁

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6～10kV母線上的功率因數(shù)要求在0.95以上。一、功率因數(shù)及對功率因數(shù)的要求第145頁/共189頁二、提高功率因數(shù)的方法提高功率因數(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。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。第146頁/共189頁提高用電設(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。第147頁/共189頁提高用電設(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（6～10kV）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)。第148頁/共189頁2.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。并聯(lián)移相電容器組同步調(diào)相機可控硅靜止無功補償器進(jìn)相機第149頁/共189頁2.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。第150頁/共189頁2.人工補償提高功率因數(shù)（2）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。主要用于大型樞紐變電所。第151頁/共189頁2.人工補償提高功率因數(shù)（3）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。第152頁/共189頁（3）采用可控硅靜止無功補償器優(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置供電的直流電動機組等。缺點：投資大、設(shè)備體積大，占地面積大等。2.人工補償提高功率因數(shù)第153頁/共189頁（4）進(jìn)相機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95～1000kW。進(jìn)相機外形與電動機相識，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1.1～4.5kW左右的輔助異步電動機拖動。2.人工補償提高功率因數(shù)第154頁/共189頁補償原理：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。2.人工補償提高功率因數(shù)第155頁/共189頁（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。第156頁/共189頁三、并聯(lián)電力電容器組提高功率因數(shù)1.無功補償區(qū)的概念第157頁/共189頁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灿兴煌γ旱V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6～10kV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6～10kV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。第158頁/共189頁高壓集中補償高壓集中補償初期投資較低，由于礦井6～10kV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。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)有這種高壓集中補償方式。第159頁/共189頁1.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。第160頁/共189頁1.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。第161頁/共189頁2.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。？？第162頁/共189頁2.補償電容器組的結(jié)線方式電容器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。第163頁/共189頁3.高壓集中無功補償?shù)挠嬎?*計算方法和步驟：（1）確定全礦6～10kV母線上的自然功率因數(shù)。設(shè)計階段

——全礦6～10kV母線上的計算有功功率，kW——全礦6～10kV母線上的計算視在功率，kVA提示學(xué)生（1）步課本缺漏。第164頁/共189頁高壓集中無功補償?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：Wa

——全礦月（年）的有功耗電量，kW·hWre

——全礦月（年）的無功耗電量，kvar·h第165頁/共189頁(2)使功率因數(shù)由提高到所需的補償容量為：Klo.av——平均負(fù)荷率，一般計算取0.7～0.85

Pca——全礦6～10kV母線上的計算有功負(fù)荷（最大有功負(fù)荷），kW.高壓集中無功補償?shù)挠嬎惴椒ê筒襟E第166頁/共189頁（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，所需電容器總臺數(shù)N為

每相電容器的臺數(shù)為高壓集中無功補償?shù)挠嬎惴椒ê筒襟E第167頁/共189頁（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。高壓集中無功補償?shù)挠嬎惴椒ê筒襟E第168頁/共189頁高壓集中無功補償?shù)挠嬎惴椒ê筒襟E例題：某礦地面變電所6kV母線月有功耗電量為4×106kWh,月無功耗電量為3×106kvarh，半小時有功最大負(fù)荷P30=3×103kW，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)。第169頁/共189頁解：（1）求全礦自然功率因數(shù)：高壓集中無功補償?shù)挠嬎愕?70頁/共189頁(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12kvarYY6.3-12-1型單相油浸移相電容器。高壓集中無功補償?shù)挠嬎愕?71頁/共189頁高壓集中無功補償?shù)挠嬎悖?）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：第172頁/共189頁高壓集中無功補償?shù)挠嬎悖?）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。第173頁/共189頁二、采區(qū)動力變壓器的選擇1.采區(qū)動力變壓器KSGB系列礦用隔爆型變壓器是移動變電站的主變壓器，其外形如圖1-30所示。頂部為拱形的長方體隔爆外殼，兩端設(shè)有兩個獨立的高、低壓隔爆接線盒，下裝高、低壓套管供高低壓進(jìn)出線用，兩個接線盒上均設(shè)有高低壓按鈕箱、急停按鈕、終端元件和閉鎖按鈕。第174頁/共189頁采區(qū)動力變壓器圖1-30KSGB礦用隔爆型變壓器外形圖第175頁/共189頁二、采區(qū)動力變壓器的選擇KSGB礦用隔爆型變壓器的特點:①變壓器的器身安裝在隔爆外殼中，鐵芯和線圈都不浸在任何絕緣液體中，沒有易燃性油（故稱干式），比較安全，便于維修，但散熱和絕緣性能較差。②為增加散熱面，隔爆外殼側(cè)面采用瓦楞鋼板結(jié)構(gòu)，同時也增加了外殼強度。③為提高絕緣的耐熱性能，變壓器采用耐熱等級高的絕緣材料。200kV·A及以上容量的變壓器采用H級絕緣材料，其最高允許溫度為180℃；200kV·A以下容量的變壓器采用B級絕緣材料，其最高允許溫度為130℃。第176頁/共189頁二、采區(qū)動力變壓器的選擇④干式變壓器與低壓自動饋電開關(guān)配合設(shè)置溫度保護(hù)。在變壓