矿山立井施工变压器容量选择方法研究.pdf

第 4 2卷 第 1期 2 0 1 6年 1月 工矿 自 动 化 I n dus t r y a n d M i ne Aut o ma t i on V0I _ 4 2 NO ． 1 J a n ．2 01 6 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 O 1 6 O 1 0 0 6 7 ～ 0 4 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 l x ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 2 0 关 恒祝 ， 丁 桂宝 ， 肖群． 矿 山立井施 工 变压 器容 量选 择方 法研 究 [ J ] ． 工矿 自动 化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 1 6 7 7 0 ． 矿山立井施工变压器容量选择方法研究 关恒祝 ， 丁桂 宝 ， 肖群 本 溪大 台沟 矿业 有 限公 司 ，辽 宁 本 溪1 1 7 0 0 0 摘 要 通过 对矿 山立井施 工 变压 器容 量一般 选择 方法 的分析 ， 阐明 了工程领 域 采 用需要 系数 法选择设 备 的局 限性 ， 并提 出在充分了解施工工艺过程、 非常熟悉施工用电设备 工作状况的基础上 ， 采用绘制 电力 负荷 曲线 的 方法 能够 更合理 地 选择 变压 器容 量 。 关键 词 矿 山立 井 ；变压 器容 量 ；需要 系数 法 ；电力 负荷 曲线 中图分类 号 T D6 1 1 文 献标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 5 1 2 3 1 1 6 0 1 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 1 2 3 1 ． 1 6 0 1 ． 0 2 0 ． h t ml Re s e a r c h o f s e l e c t i o n me t ho d o f t r a ns f o r me r c a p a c i t y f o r mi n e ve r t i c a 1 s h a f t c o ns t r u c t i o n GUAN He n g z h u， DI NG Gu i b a o， XI AO Ou n Be nx i Da t a i g ou M i ni ng Co． ，Lt d． ，Be nx i 1 1 7 0 00，Chi n a Ab s t r a c t Th e p a p e r i l l u mi n a t e d b o u n d e d n e s s o f u s i n g d e ma n d c o e f f i c i e n t me t h o d t o c h o o s e d e v i c e i n e n gi n e e r i n g f i e l d by a na l y s i s o f ge ne r a l s e l e c t i o n me t h od of t r a ns f o r m e r c a p a c i t y o f m i ne v e r t i c a l s ha f t ，a nd p r o p os e d t ha t u s i n g m e t ho d of d r a wi ng e l e c t r i c i t y l o a d c u r v e i n ba s i s o f f u l l kn owl e dg e of c on s t r u c t i o n t e c hno l o gy pr o c e s s a n d f a m i l i a r wi t h o pe r a t i ng c o nd i t i o n o f e l e c t r i c a l e q ui p me nt c a n s e l e c t c a pa c i t y of t r a n s f o r me r r e a s o n a b l y ． Ke y wo r d s mi n e v e r t i c a l s h a f t ；t r a ns f o r me r c a pa c i t y；d e ma nd c oe f f i c i e nt me t ho d；e l e c t r i c i t y l o a d c u r ve 0 引言 在 我 国新 建 坑 内矿 山基 建期 间 ， 需 要 配 置 大 量 的 1 0 k V 或 6 k V 施 工 变 配 电所 。施 工 变 配 电所 的 电源一 般 引 自地 方 区域 电 网 的上 一 级 变 电 站 ， 由 于受地 方 电 网的制 约 ， 施 工变 配 电所 的设 计 必 须 考 虑诸多因素 ， 如变配电所主接线形式 、 无功补偿及计 量方式等 ， 其所 内变压器容量 的选择尤为重要 。变 压 器 容量 的选 择 偏 小 会影 响配 电系 统 的正 常 运行 ， 选择偏大会 给企业或投资者造成 不必要 的投资浪 费 。因此 ， 如 何合 理 地 选 择 变压 器容 量 是 矿 山立 井 施 工 变配 电所 设 计 的关 键 所 在 。长 期 以来 ， 矿 山立 井施 工变 压 器容量 的选择偏 大 几乎 成 了一种 极 为普 遍的现象 ， 因变压器容量选择偏 大带来 的经济损失 往往 不 易被 察觉 ， 即使 觉 察 到 了 也 没有 十分 有 效 的 解决 办法 ， 因此 ， 这成 了多 年来 摆在 广 大工程 技术 人 员面前亟待解决的一项课题。 本文 介绍 了 目前 矿山立 井施 工变 压器容 量 的一 般 选择方 法 ， 并结 合矿 山立 井施 工实 例 ， 分 析 了变压 器 容量选 择方 法 的合 理 性 ， 通 过 研 究 立井 施 工 工 艺 与其用电设备的内在联 系， 归纳 出在立井施 工过程 中合理选择变压器容量的一套切实可行的方法 。 1 矿 山立 井施 工变压 器容 量 的选择 方法 矿 山立 井施工 变 压器容 量 的选择 同矿 山企 业其 他 变压 器 容 量 的 选 择 一 样 ， 一 般 均 采 用 需 要 系 数 法 r 1 ] 。由于该 方法 简单 易行 且适 用于 工程设 计 的各 个 阶段 ， 所 以被 广 大 工程 技 术 人 员 所普 遍 接 受 。变 压 器容 量 的选择 都 是 以电力 负 荷 计 算 为基 础 的 ， 通 过电力负荷计算所求得的计算负荷 ， 又称需要 负荷 或最大负荷 ， 通常采用 3 0 rai n最大平均负荷作为按 发热条 件选 择 电器 和导体 的依 据 2 ] 。在 已知设 备容 量和需 要 系数后 ， 即 可求 出计 算 负 荷 。有 功计 算 负 荷 P j 、 无功计算负荷 Qj 、 视在计算 负荷 S i 的计算 收稿 日期 2 0 1 5 1 0 0 9 ； 修 回日期 2 0 1 5 - 1 1 - 2 5 ； 责任编辑 胡娴 。 作者简介 关恒祝 1 9 5 7 一 ， 男 ， 辽宁辽阳人 ， 教授级高级工程师 ， 主要从事 矿山机 电的规划 、 管理 和矿山供配电及 自动化 工程的设计 与研究 工 作 ， E - ma i l d t g k y g h z 1 2 6 ． c o rn。 6 8 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 公 式 如下 Pi 一 K P 1 Q j P j t a n 2 S j 一 ／ 】 虿 3 式 中 P 为 电气设 备 的额定 功率 ， k W ； K 为 电气 设 备 的需要 系数 ； 为功 率 因数角 。 依据式 1 一式 3 ， 施工单位一般便 可根据投 入使用的电气设备名称和数量 ， 进行负荷计算。采 用需要系数法计算的某工程措施井施工用电负荷计 算 结果见 表 1 。 表 1 措施井施工用电负荷计算 结果 序 号 用 电 设 备 名 称额 定 功 率 ／ 兰 皇 安 装 功 率 ／ 工 作 功 率 ／需 要 系 数 。 。 。 t 。 k W 安装工作 k W k W Kx P ／ k W Q ／ k v a r s ． ／ k VA l 空 压 机 1 1 0 2 2 2 2 0 2 2 0 0 ． 8 0 0 ． 7 0 1 ． 0 2 1 7 6 1 8 0 2 空 压 机 2 5 0 1 1 2 5 0 2 5 0 0 ． 8 0 0 ． 7 0 1 ． 0 2 2 0 0 2 0 4 3 凿井绞车 7 5 4 4 3 0 0 3 0 0 0 ． 4 5 O ． 6 0 1 ． 3 3 1 3 5 1 8 0 4 凿井绞车 5 5 9 9 4 9 5 4 9 5 0 ． 4 5 0 ． 6 0 1 ． 3 3 2 2 3 2 9 6 5 凿井绞车 2 2 1 1 2 2 2 2 0 ． 4 5 0 ． 6 0 1 ． 3 3 l O l 3 6 通 风 机 5 5 2 2 1 1 0 1 1 0 0 ． 8 0 0 ． 7 0 1 ． 0 2 8 8 9 0 7 提升机辅助 电源 5 0 2 2 1 0 0 1 0 0 0 ． 8 0 0 ． 7 7 0 ． 8 3 8 0 6 6 8 其他 5 0 1 1 5 0 5 0 0 ． 5 0 0 ． 8 0 0 ． 7 5 2 5 1 9 小计 1 5 4 7 1 5 4 7 9 3 7 1 0 4 7 乘以同时系数 0 ． 9 0 ． 6 7 8 4 3 9 4 3 l 2 6 5 无功补偿 一6 0 0 补偿后 负荷0 ． 9 3 8 4 3 3 4 3 9 1 0 由表 1 可知， 补偿前视在功率为 1 2 6 5 k VA， 补 偿后视在功率为 9 1 0 k VA。实 际选择 变压器容量 时有 2种可能 当不设 置低压无 功补偿 时 ， 可选择 变 压器 容量为 1 2 5 0 k VA 或 1 6 0 0 k VA； 当设 置低 压 无功 补 偿 时 ， 一 般 选 择 1 O O O k VA 或 1 2 5 0 k VA。 以上 2种选择均符合要求 ， 但不一定合适。笔者认 为 ， 只有 当变压 器实 际 运行 状 况 与选 择 相 一致 或相 接 近时才 可 以认 为合 适 。但 是 ， 当变 压器 投 入 运行 后 ， 即使发现不合适也很难对其进行更换 ， 因为这不 仅仅 是 费用 问题 ， 还 要 涉 及 到 向 电力 部 门办 理 用 电 手续 变更 等 问题 。 因此 ， 有必 要 事 先 对 变压 器 容 量 的常规选择方法加 以讨论 和研究 ， 分析导致变压器 容 量偏 差 的症 结所在 ， 客 观评价 其准 确程度 ， 从 而寻 找出一 种新 的 、 切 实可行 的选择 方法 。 2 变 压器 容量选 择方 法 的合 理性 分析 变 压器 容量 的选择 只需根 据 常规方法 进行 负荷 计算 、 满足规范要求就可认为是合理的， 而是否合适 才是企业或投资者所必须关注的问题。合适是指满 足以下 2个条件 ① 在任何工况、 任何时段内用电 设 备正 常与安 全运行 ； ② 运行 费 用最 低 。这里 的运 行费用是指当采用两部电价制向供电公 司支付费用 时的基 本 电费 ， 因 此 ， 从 这个 角 度来 讲 ， 变压 器 容 量 越 小越 合适 。 通过 分析 上述 工程实例 的用 电负 荷计算 过程 可 知 ， 影响变压器容量的选择主要取决于 5 种因素 电 气设 备 的额定 功率 P ， 电气设 备 的需 要 系数 K ， 功 率 因数 角的正 切值 t a n ， 变 电所 的 同时 系数 和无 功 补 偿量 。其 中 电气 设 备 的 额定 功 率 、 功 率 因 数角 的 正切值 以及 变 电所 的无 功 补偿 量 很 容 易确 定 ， 一般 不会对 变压 器容 量选 择 的准 确程 度 造 成影 响 ， 而 电 气设 备 的需 要系数 和 变 电所 的 同时系数 选择 范 围 比 较宽 泛 ， 是 影响 变压 器 容 量选 择 的关 键 因素 ， 因此 ， 本文仅对这 2种因素进行分析。 电气 设 备 的 需 要 系 数 K 是 由 公 式 K 一 K K ／ 简化 而来 [ 3 ] ， 式 中 K 为设 备 的 同时使 用 系 数 ， K 等于在最大负荷时某组工作着的用 电设备容 量 与线路 中全部 用 电设备 总容 量 的 比值 ； K 为 负载 系数， 表示在最大负荷时 ， 所有工作着的用电设备实 际所需 的功 率 与全 部 被 投 入 用 电设 备 总 容 量 的 比 值 ； 田为用 电设 备 运 行 于 实 际 功 率 时 的 效 率 。若 令 K 。 一T ／ 实 际中 K 与 田基本 相等 ， 则 K 一K ， 所 以 只需考虑 K 就可以了 考虑 K 更方便通过画图来 分析负荷分布情况 ， 此处不再赘述 。工程 中 K 的 取值范围为 O 0 ． 9 ， 满 足电压偏差要求 。由于 XI 一0 ， 电动机启动时的端电压相对值等于电动机启动时的 母 线 电压相对 值 U q ， 所 以也 符合 对 电动 机频 繁 启 动情 况 下端 电压不 低于 9 O 的规 定 。 2 变压器 过负 荷校验 。8 0 0 k VA变 压器 二次 额定 电流 为 1 1 5 5 A， 2 5 0 k W 电动 机 采 用 Y一△方 式降压启动时 ， 启动电流为 2 ． 1 7 4 5 8 9 9 4 A， 电 动机 的启动电流与变压器的额定电流之比为 9 9 4 ／ 1 1 5 5 0 ． 8 6 。根据工程规定 ， 若 电动机每昼夜启动 6次 ， 每次启动持续时问不超过 1 5 S ， 变压器负荷率 小于 9 0 或每次启动持续时间不超过3 0 S ， 变压器 负荷率小于 7 O ， 则最大启动电流允许值为变压 器 额定 电流 的 4倍 。若 电动机 每昼 夜启 动 1 0 2 0次 或每次 启动 持续 时间不 超过 3 0 S ， 变压器 负荷 率小 于 7 0 ， 则允 许 最 大启 动 电流 相 应 减 小 为 变 压 器 额定电流 的 2 3倍。通过校验 可知， 8 0 0 k VA的变 压器完全满足过负荷要求 。 4降低 变 压器容 量的意 义 根 据我 国电力 部 门 的规 定E 5 3 ， 大 工 业 用 电 的用 户按 两部 电价制 收费 ， 基本 电费加 电度 电费 ， 基本 电 费是与用电量无关的， 当以变压器容量作为基本电 费收取时 ， 用户便不得不考虑该变压器容量的选择 。 选择 合适 的变 压 器 容 量 不 仅 会 减 少 初 期 的设 备 投 资 ， 更重要的是运行费用会大幅度降低 。如本文的 例 子 中将 变压器 容 量 由 1 2 5 0 k VA 是 否 加无 功 补 偿都可 以选取 的容量 降 为 8 0 0 k VA， 容量减少 了 4 5 0 k VA， 若 按 每 月 2 2元 ／k VA 收取 基本 电费 ， 每 年 可节省 1 1 8 8 0 0元 的 支 出 。这 只是某 个 工程 的其 中 1条 井 、 1座 变 电所 ， 如 果 变 电所 的 数 量 增 加 至 1 O座乃 至 2 O座 ， 则 每 年 节 省 的 费 用相 当可 观 。如 果企业的终端变电所电压等级为 3 5 、 6 6 、 1 1 0 k V， 变 压器台数为 2台及 以上， 容量达 2 O 0 0 0 k VA以上 ， 则选 择 合 适 的 变 压 器 给 企 业 带 来 的 经 济 效 益 将 更 大 。 5 结 语 对矿 山立 井施 工变压器 容 量选择 普遍 采用 的需 要系数法进行 了合理性分析， 并结合施工工程实例 ， 在 熟悉施 工工 艺及 设 备 的基 础 上 ， 提 出 了一 种通 过 绘制电力负荷曲线来有效降低变压器容量的方法 。 该方法不仅可降低企业 的设备投资 ， 也 降低 了电费 的支 出 ， 给 企业创 造 了极 大 的经济 效益 。 参考文献 [ 1 ] 长沙黑色金属 矿山设计 院． 黑 色金属矿 山企业 电力设 计参考资料[ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 1 9 7 9 ． [ 2 ] 中国航 空工业 规划设计 研究 院． 工业 与民用配 电设计 手册 [ M] ． 3 版． 北京 中国电力 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 苏文成． 工 厂供 电[ M] ． 2版． 北京 机 械工 业 出版社 ， 2 0 04． [ 4 ] 钢铁企业电力设计手 册编委会 ． 钢铁 企业 电力设计 手 册[ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 1 9 9 6 ． [ 5 ] 国家 能源 局． 供 电 营业 规 则 E E B ／ O L ． 2 o 1 2 O l 一 0 4 E 2 o l 5 - 0 9 一 O 4 ] ．h t t p ／ ／ ww w． n e a ． g o v ． c n ／ 2 0 1 2 0 1 ／ 0 ／ c 】3 ]2 6 26 76 ．h t m．