摘要：本文主要是針對(duì)礦井設(shè)計(jì)中電壓偏差的計(jì)算方法、電壓壓降偏大的處理措施和供電電壓偏高的處理措施的認(rèn)識(shí)進(jìn)行分析澄清，并對(duì)配電點(diǎn)布局、負(fù)荷分配、供電設(shè)備參數(shù)和電力電纜截面的選擇提出合理化建議。另外，對(duì)局部地點(diǎn)電壓可能過(guò)高的問(wèn)題提出了對(duì)策。

　　關(guān)鍵詞：電壓偏差,供電電壓,礦井供配電

　　1 概 述

　　電壓水平是衡量供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行水平的重要指標(biāo)，對(duì)于礦井設(shè)計(jì)而言，電壓偏差的主要表現(xiàn)是電壓降。本文主要是針對(duì)礦井設(shè)計(jì)中電壓降(只對(duì)正常運(yùn)行時(shí)的電壓偏差進(jìn)行論述，不涉及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的壓降問(wèn)題的討論)的計(jì)算和解決措施中的認(rèn)識(shí)進(jìn)行分析澄清，并對(duì)解決方案提出建議。另外，對(duì)局部地點(diǎn)電壓可能過(guò)高的問(wèn)題提出了對(duì)策。。

　　2 礦井設(shè)計(jì)中電壓偏差的計(jì)算方法

　　《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50052-2009)對(duì)電壓偏差的定義為“各點(diǎn)的實(shí)際電壓與額定電壓之差ΔU稱為電壓偏差”，實(shí)際電壓可以計(jì)算得到，額定電壓指的是用電設(shè)備額定電壓。為了弄清電壓偏差的計(jì)算方法，需明確幾個(gè)電壓的確切含義。平均運(yùn)行電壓：這個(gè)概念主要應(yīng)用在電力系統(tǒng)的短路、潮流等計(jì)算中，相對(duì)于用電負(fù)荷而言，發(fā)電廠、變電站均處于電源側(cè)，為保證負(fù)荷側(cè)的電壓水平，電源側(cè)電壓應(yīng)適當(dāng)高一些(一般在5%左右，高的可到10%)，平均運(yùn)行電壓即為電源側(cè)電壓的平均值。供配電設(shè)備的額定電壓：該電壓必須滿足供配電系統(tǒng)最高運(yùn)行電壓的要求，其值應(yīng)高于電力系統(tǒng)的平均運(yùn)行電壓，至少應(yīng)比供電系統(tǒng)額定電壓高10%以上。用電設(shè)備的額定電壓指設(shè)備銘牌上所標(biāo)電壓。礦井設(shè)計(jì)常用的電壓等級(jí)中，上面三種電壓的具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1：

　　計(jì)算電壓偏差的目的是保證各點(diǎn)實(shí)際電壓值(不是電壓降)與用電設(shè)備(而不是配電設(shè)備)的額定電壓偏差在規(guī)定范圍內(nèi)，計(jì)算電壓偏差應(yīng)采用用電設(shè)備的額定電壓，即電壓偏差為母線電壓值減去線路壓降與用電設(shè)備額定電壓的比值。礦井設(shè)計(jì)中不能以線路壓降代替電壓偏差，因降壓變電站低壓側(cè)母線的運(yùn)行電壓通常高于設(shè)備額定電壓5%左右甚至更高，以線路壓降代替電壓偏差意味著忽略了這部分電壓升高量，使得計(jì)算電壓偏差偏大，會(huì)導(dǎo)致不必要的投資增加。下面舉一實(shí)例：

　　供電系統(tǒng)如下圖所示，35kV變電站10kV母線正常運(yùn)行電壓為10.5kV，經(jīng)計(jì)算由35kV變電站至某變電站線路上的壓降為7%，變電站10kV母線電壓偏差計(jì)算如下(忽略該母線至電動(dòng)機(jī)電纜的壓降);

　　變電站10kV母線電壓實(shí)際值=10.5-7%×10=9.8 kV，電壓偏差相對(duì)值=(9.8-10)÷10×100% = -2% ，其值小于5%的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，該處的電壓偏差是滿足用電設(shè)備要求的。變電站0.38kV母線電壓實(shí)際值=9.8×(0.4/10)=0.392 kV (高于設(shè)備額定電壓380V)，其電壓偏差相對(duì)值=(0.392-0.38)÷10×100% = +2% 。計(jì)算表明，在充分考慮降壓變電站母線實(shí)際運(yùn)行電壓和低壓變壓器的變比后，線路壓降過(guò)大并不一定意味著用電設(shè)備處的壓降不能滿足要求。在不考慮直接接于該變電站10kV母線上的負(fù)荷(取消電動(dòng)機(jī)D)，線路壓降最大值計(jì)算如下;

　　0.38kV母線允許的最低電壓=0.38×(1-5%)=0.361kV，10kV母線允許的最低電壓=0.361×(10/0.4)=9.025kV，線路允許的壓降=10.5-9.025=1.475 kV，線路允許的壓降相對(duì)值=1.475÷10×100%=14.75%，計(jì)算說(shuō)明在充分考慮降壓變電站母線實(shí)際運(yùn)行電壓和低壓變壓器的變比后，10kV線路壓降達(dá)到14.5%時(shí)仍滿足低壓母線的電壓偏差要求。但設(shè)計(jì)時(shí)考慮到電壓波動(dòng)等問(wèn)題，應(yīng)留有一定的富裕量。

　　3 電壓壓降偏大的處理措施

　　解決供配電系統(tǒng)中壓降偏大的措施主要有以下幾條：

　　1) 合理配置配電點(diǎn)布局，合理分配負(fù)荷、高電壓用電設(shè)備盡量靠近負(fù)荷中心、盡量避免出現(xiàn)低電壓供長(zhǎng)距離大負(fù)荷的情況，必要時(shí)，應(yīng)對(duì)供配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

　　2) 正確選擇變壓器變比或變壓器分接頭位置，提高供電電壓質(zhì)量，以低壓變壓器為例，變比有10/0.4 kV、10.5/0.4 kV、11/0.4 kV等，分接頭有±5%、±2×2.5%等。

　　3) 提高供電電網(wǎng)功率因數(shù)，目前的無(wú)功補(bǔ)償裝置可以將功率因數(shù)提高到0.95以上，在提高電壓質(zhì)量的同時(shí)可以有效減少損耗。

　　4) 降低系統(tǒng)阻抗，設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免采用加大電纜截面來(lái)減少壓降，因電纜截面的加大對(duì)減少壓降效果有限，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生浪費(fèi)資金并帶來(lái)安裝、敷設(shè)、維護(hù)過(guò)程中復(fù)雜性。，

　　在上述幾項(xiàng)措施中，綜合采用前三項(xiàng)措施，壓降偏大的問(wèn)題是可以得到解決。

　　4 供電電壓偏高的處理措施

　　由于大型礦井井田范圍大，從地面變電站至綜采面設(shè)備的供電距離較長(zhǎng)，為保證綜采面設(shè)備末端壓降滿足要求，可能會(huì)適當(dāng)提高降壓變電站10kV母線的運(yùn)行電壓，靠近降壓變電站的電氣設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)電壓過(guò)高的情況。例如;某變電所距35kV站很近，線路壓降只有0.5%，為了保證井下綜采面用電設(shè)備的電壓，要求35kV變電站運(yùn)行電壓不低于10.5kV，若該變電站低壓變壓器變比為10/0.4kV，其電壓偏差相對(duì)值=(0.418-0.38)÷10×100% = +10% ，已超過(guò)了電氣設(shè)備允許的電壓波動(dòng)值(5%)，電氣設(shè)備存在過(guò)電壓危險(xiǎn)。此時(shí)可選擇變比為10.5/0.4 kV的變壓器，更換變壓器后，該變電站0.38kV母線電壓為10.45×(0.4/10.5)=0.398 kV，電壓偏差相對(duì)值=(0.398-0.38)÷10×100% = +4.76%，符合要求。

　　5 結(jié) 語(yǔ)

　　礦井供配電系統(tǒng)的電壓?jiǎn)栴}是一個(gè)綜合性比較大的問(wèn)題，涉及到降壓變電站10kV母線運(yùn)行電壓、各下級(jí)變電站負(fù)荷、無(wú)功功率、變壓器選型等，在礦井初步設(shè)計(jì)階段應(yīng)進(jìn)行分析計(jì)算確定，為此提出如下建議：

　　1) 供電專業(yè)：降壓變電站10kV母線運(yùn)行電壓是礦井供配電系統(tǒng)電壓計(jì)算的基礎(chǔ)，供電專業(yè)應(yīng)提出降壓變電站10kV母線運(yùn)行電壓。根據(jù)業(yè)主提供或采取查閱變電站運(yùn)行記錄、觀察相關(guān)表計(jì)等方法(也可采用表1中的平均運(yùn)行電壓)獲得電源變電站運(yùn)行電壓后，供電專業(yè)考慮主變變比、負(fù)荷和無(wú)功補(bǔ)償?shù)惹闆r計(jì)算出降壓變電站10kV母線運(yùn)行電壓。

　　2) 動(dòng)力專業(yè)：以供電專業(yè)提出的降壓變電站10kV母線運(yùn)行電壓為基礎(chǔ)，根據(jù)負(fù)荷及線路情況計(jì)算下級(jí)變電站各級(jí)母線電壓，以確定低壓變壓器變比、無(wú)功補(bǔ)償功率等，若采取措施后仍不能滿足要求，可向供電專業(yè)提出要求，通過(guò)調(diào)整主變分接頭位置等方法改變降壓變電站10kV母線運(yùn)行電壓，以滿足各點(diǎn)的電壓要求。

　　3) 為滿足全礦供配電系統(tǒng)的電壓要求，建議采用電力系統(tǒng)潮流計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，提高計(jì)算速度和計(jì)算精度。

　　4) 適當(dāng)考慮電壓波動(dòng)的影響，條件具備時(shí)，應(yīng)對(duì)最大、最小負(fù)荷情況下的電壓分別計(jì)算，保證電壓波動(dòng)時(shí)各點(diǎn)電壓在允許內(nèi)。另外，礦井設(shè)計(jì)中距離較遠(yuǎn)的綜采面上設(shè)備供電時(shí)會(huì)出現(xiàn)壓降偏大情況，其主要原因是距離長(zhǎng)、負(fù)荷大、功率因數(shù)低(0.7～0.8)，可考慮采用井下隔爆型高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償提供供電質(zhì)量。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[3] 《電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則》(SD325-89).2011版

　　本文選自核心級(jí)期刊《礦山機(jī)械》。《礦山機(jī)械》月刊是創(chuàng)刊于1973年的國(guó)家級(jí)應(yīng)用技術(shù)類刊物。在歷次機(jī)械系統(tǒng)評(píng)比以及歷次中宣部、新聞出版署和科技部三部聯(lián)評(píng)中，均獲前三名。國(guó)家已連續(xù)三次評(píng)定《礦山機(jī)械》為惟一橫跨“礦業(yè)工程類(TD)、煤礦開(kāi)采類(Td82)和機(jī)械及儀表工業(yè)類(TH)”三大工程學(xué)科的中文核心期刊，同時(shí)還涵蓋了金屬學(xué)與金屬工藝學(xué)(TG)(參見(jiàn)《中文核心期刊要目總覽(第一、二、三版)·北京大學(xué)出版社》)。

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