煤矿井下工作面移动变电站的选择
摘要:为解决设计中对煤矿井下移动变电站选型偏大而造成资源浪费和投资增加,提出了利用在移动变电站低压侧进行集中补偿的方法,提高移动变电站的效率,节约电能损耗,带来了经济效益。
关键词:移动变电站选择集中补偿节能
在煤矿设计中,除了地面变电站容量选型的设计是整个矿井的核心外,井下移动变电站也是矿井供电设计环节中非常重要的一个方面;而且,井下移动变电站要求防爆型,各种性能指标高于地面点电站。
设计人员在面临煤炭加快资源整合形势下,工作任务中,设计周期短,设计中往往根据自己的经验进行估算并选择,这样就存在所选移动变电站容量往往偏大,从主变电所或者盘区变电所引至移动变电站的电缆就偏大,不仅浪费电缆,增加建设投资,而且不能很好地发挥移动变电站的实际效率,保护装置起不到良好的保护性能,影响煤矿的安全生产;同时,也为那些管理不到位的矿井进行“超能力”“超负荷”开采生产埋下安全隐患。
本文就以上存在问题对井下移动电站容量选择的问题进行粗浅的论述。
1 设计中存在的问题
根据《煤矿井下供配电设计规范》GB50417-2007,回采工作面(即移动变电站)的电力负荷,可按下列公式计算:
S=K x×∑Pe/cosφ (1)
综采、综掘工作面的需用系数可按下式计算:Kx=0.4+0.6×Pd/∑Pe (2)
一般机采工作面的需用系数可按下式计算:Kx=0.286+0.714×Pd/∑Pe (3)
工程设计人常常根据以上公式计算、确定移动变电站的容量。
由于设计人没有注意到规范中提供的功率因数0.6～0.7,只是一个平均功率因数,显然是偏低的,这样选出的容量就是不合理的。
从现有的《煤炭工业矿井设计规范》GB50215-2005和《煤矿井下供配电设计规范》GB50417-2007以及《煤矿安全规程》(2011年)中,并未明确井下各个工作面功率因数是否可以提高到0.85以上,以减少移动变电站站的容量,同时也利于节能和提高设备用电质量。
尽管在地面10/0.4kV变电所进行高、低压集中无功补偿,但其作用只是有利于控制地面电网电压水平,减少地面电网内部、地面电网到井下高压线路以及地面变压器到上级供电(供电部门)线路的有功、无功负荷和电能损耗,真正解决不了井下电网内部各移动变电站低压侧各分支馈出线上的无功负荷和电能损耗,所以选择的移动变电站容量势必要偏大,而移动变电站的实际效率却偏小。
2 技术改进及经济效益分析
2.1 技术改进
根据2007年国家发改委和改革委员会、国家环境保护总局联合印发的《煤炭工业节能减排工作意见》1456号文件中,明确指出“条件具备时,宜采用动态无功补偿和就地无功补偿,矿井平均功率因数不得低于0.9”。
这为我们在计算、选择井下移动变电站时可以通过提高功率因来减小其容量并且提高供电质量、节约能耗提供了指导性意见。
目前,在国内有好几家可以生产适合于煤矿井下的补偿装置,可以说条件已经具备了。
但要是在煤矿井下补偿设备以660V或1140V的就地补偿为主的话,就受到井下环境恶劣、负载分散的限制,并且造成就地补偿设备投入量大、安装不方便、占地面积较大、维护检修不方便等。
我们可以考虑在井下移动变电站低压侧进行集中补偿,以解决上述问题。
2.2 经济效益分析
例:某煤矿从井下主变电所向一综采工作面的移动变电站供电,供电线路长为3.5公里,移动变电站低压侧电压等级为1.14kV,工作面设备总的负荷为∑Pe=3365.8kW(其中采煤机为730 kW),平均功率因数为0.7,年工作时间为5940(330天×18小时)小时。
在移动变电站低压侧进行集中补偿到功率因数为0.95后,试确定移动变电站容量及经济费用情况。
①移动变电站节约费用:
由公式(2)得:Kx=0.4+0.6×730/3365.8=0.53
由公式(1)得补偿前:
S0=0.53×3365.8/0.7=2548.39(kV A),选移动变电站1250 kV A(采煤机用)和2000kV A,共两台,平均负载率为β=2548.39/3250=78.4%。
补偿后:
S1=0.53×3365.8/0.95=1877.76(kV A),选移动变电站1000 kV A(采煤机用)和1600kV A,亦两台,平均负载率为β=2548.39/2600=72.2%。
补偿后移动变电站计算容量减少670.63kV A(即S0-S1),至少节省630kV A的移动变电站一台,该设备的市场价格为17左右万元。
另外该移动变电站的年有功电能损耗△Wt=△Pot+△Pk(SC/Sr)2τ=2×8040+4.1×(630/630)2×5940=40434(kWh),每度电按
0.58元算,一年节约电费至少在2.35万元。
②电缆节约费用:
补偿前: Io＝0.53×3365.8/(√3×10×0.7)=147(A),结合经济电流密度电缆选择MYPJV-10kV-3×95mm2,环境温度25℃载流量为250A。
补偿后:I1＝0.53×3365.8/(√3×10×0.95)=108(A),结合经济电流密度电缆选择MYPJV-10kV-3×70mm2,环境温度25℃载流量为205A。
两种电缆的目前市场差价:(395-300)×3500=33.25(万元)
③线路损耗节约费用:一年线路节约电费10.8×5940×0.58=3.72万元。
④节约费用:
移动变电站的选择通过补偿后,节约资金至少在56.32万元以上,而两台1.14kV容量为600kvar补偿装置市场价格约为46万元,除去购置补偿装置46万元,能节约10.32万元,新增的补偿装置费用,在不到一年时间内就可以完全收回,短期内就可见到效益。
3 结语
从以上计算可以看出,移动变电站的选择可以通过低压侧集中补偿而更加趋于合理性,减少了井下供电线路、移动变电站的有功、无功负荷和电能损耗,给企业带来效益,节能显著。
参考文献
[1]工业与民用配电设计手册(第3版) 中国电力出版社,2007.
[2]煤矿电工手册(修订本).煤炭工业出版社,1999.
[3]王兆安等.谐波抑制和无功功率补偿(第2版).机械工业出版社,2010.。