矿井设计中的电压偏差分析

矿井设计中的电压偏差分析
摘要：本文主要是针对矿井设计中电压偏差的计算方法、电压压降偏大的处理措施和供电电压偏高的处理措施的认识进行分析澄清，并对配电点布局、负荷分配、供电设备参数和电力电缆截面的选择提出合理化建议。

另外，对局部地点电压可能过高的问题提出了对策。

关键词：电压偏差；供电电压；矿井供配电
Abstract: This paper is mainly directed against the mine design calculation method of voltage deviation, voltage drop over-sized treatment measures and high voltage power supply processing measures of cognition were analyzed to clarify, and distribution point distribution, load distribution, power supply equipment parameters and power cable section selection rationalization proposals. In addition, the local site voltage may be too high problems put forward countermeasures.
Key words: power supply voltage; voltage deviation; mine power supply 1概述
电压水平是衡量供配电系统设计和运行水平的重要指标，对于矿井设计而言，电压偏差的主要表现是电压降。

本文主要是针对矿井设计中电压降（只对正常运行时的电压偏差进行论述，不涉及电动机启动时的压降问题的讨论）的计算和解决措施中的认识进行分析澄清，并对解决方案提出建议。

另外，对局部地点电压可能过高的问题提出了对策。

2矿井设计中电压偏差的计算方法
《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）对电压偏差的定义为“各点的实际电压与额定电压之差ΔU称为电压偏差”，实际电压可以计算得到，额定电压指的是用电设备额定电压。

为了弄清电压偏差的计算方法，需明确几个电压的确切含义。

平均运行电压：这个概念主要应用在电力系统的短路、潮流等计算中，相对于用电负荷而言，发电厂、变电站均处于电源侧，为保证负荷侧的电压水平，电源侧电压应适当高一些（一般在5%左右，高的可到10%），平均运行电压即为电源侧电压的平均值。

供配电设备的额定电压：该电压必须满足供配电系统最高运行电压的要求，其值应高于电力系统的平均运行电压，至少应比供电系统额定电压高10%以上。

用电设备的额定电压指设备铭牌上所标电压。

矿井设计常用的电压等级中，上面三种电压的具体数据见表1：
表1 常用电压数据
计算电压偏差的目的是保证各点实际电压值（不是电压降）与用电设备（而不是配电设备）的额定电压偏差在规定范围内，计算电压偏差应采用用电设备的额定电压，即电压偏差为母线电压值减去线路压降与用电设备额定电压的比值。

矿井设计中不能以线路压降代替电压偏差，因降压变电站低压侧母线的运行电压通常高于设备额定电压5%左右甚至更高，以线路压降代替电压偏差意味着忽略了这部分电压升高量，使得计算电压偏差偏大，会导致不必要的投资增加。

下面举一实例：
供电系统如下图所示，35kV变电站10kV母线正常运行电压为10.5kV，经计算由35kV变电站至某变电站线路上的压降为7%，变电站10kV母线电压偏差计算如下（忽略该母线至电动机电缆的压降）；
变电站10kV母线电压实际值=10.5－7%×10=9.8 kV，电压偏差相对值=（9.8-10）÷10×100% = -2% ，其值小于5%的规定标准，该处的电压偏差是满足用电设备要求的。

变电站0.38kV母线电压实际值=9.8×（0.4/10）=0.392 kV （高于设备额定电压380V），其电压偏差相对值=（0.392-0.38）÷10×100% = +2% 。

计算表明，在充分考虑降压变电站母线实际运行电压和低压变压器的变比后，线路压降过大并不一定意味着用电设备处的压降不能满足要求。

在不考虑直接接于该变电站10kV母线上的负荷（取消电动机D），线路压降最大值计算如下；
0.38kV母线允许的最低电压=0.38×（1－5%）=0.361kV，10kV母线允许的最低电压=0.361×（10/0.4）=9.025kV，线路允许的压降=10.5-9.025=1.475 kV，线路允许的压降相对值=1.475÷10×100%=14.75%，计算说明在充分考虑降压变电站母线实际运行电压和低压变压器的变比后，10kV线路压降达到14.5%时仍满足低压母线的电压偏差要求。

但设计时考虑到电压波动等问题，应留有一定的富裕量。

3电压压降偏大的处理措施
解决供配电系统中压降偏大的措施主要有以下几条：
1）合理配置配电点布局，合理分配负荷、高电压用电设备尽量靠近负荷中心、尽量避免出现低电压供长距离大负荷的情况，必要时，应对供配电网络进行技术经济比较。

2）正确选择变压器变比或变压器分接头位置，提高供电电压质量，以低压变压器为例，变比有10/0.4 kV、10.5/0.4 kV、11/0.4 kV等，分接头有±5%、±2×2.5%等。

3）提高供电电网功率因数，目前的无功补偿装置可以将功率因数提高到0.95以上，在提高电压质量的同时可以有效减少损耗。

4）降低系统阻抗，设计时尽量避免采用加大电缆截面来减少压降，因电缆截面的加大对减少压降效果有限，同时会产生浪费资金并带来安装、敷设、维护过程中复杂性。

，
在上述几项措施中，综合采用前三项措施，压降偏大的问题是可以得到解决。

4供电电压偏高的处理措施
由于大型矿井井田范围大，从地面变电站至综采面设备的供电距离较长，为保证综采面设备末端压降满足要求，可能会适当提高降压变电站10kV母线的运行电压，靠近降压变电站的电气设备可能会出现电压过高的情况。

例如；某变电所距35kV站很近，线路压降只有0.5%，为了保证井下综采面用电设备的电压，要求35kV变电站运行电压不低于10.5kV，若该变电站低压变压器变比为10/0.4kV，其电压偏差相对值=（0.418-0.38）÷10×100% = +10% ，已超过了电气设备允许的电压波动值（5%），电气设备存在过电压危险。

此时可选择变比为10.5/0.4 kV的变压器，更换变压器后，该变电站0.38kV母线电压为10.45×（0.4/10.5）=0.398 kV，电压偏差相对值=（0.398-0.38）÷10×100% = +4.76%，符合要求。

5结语
矿井供配电系统的电压问题是一个综合性比较大的问题，涉及到降压变电站10kV母线运行电压、各下级变电站负荷、无功功率、变压器选型等，在矿井初步设计阶段应进行分析计算确定，为此提出如下建议：
1）供电专业：降压变电站10kV母线运行电压是矿井供配电系统电压计算的基础，供电专业应提出降压变电站10kV母线运行电压。

根据业主提供或采取查阅变电站运行记录、观察相关表计等方法（也可采用表1中的平均运行电压）获得电源变电站运行电压后，供电专业考虑主变变比、负荷和无功补偿等情况计算出降压变电站10kV母线运行电压。

2）动力专业：以供电专业提出的降压变电站10kV母线运行电压为基础，根据负荷及线路情况计算下级变电站各级母线电压，以确定低压变压器变比、无功补偿功率等，若采取措施后仍不能满足要求，可向供电专业提出要求，通过调整主变分接头位置等方法改变降压变电站10kV母线运行电压，以满足各点的电压要求。

3）为满足全矿供配电系统的电压要求，建议采用电力系统潮流计算软件进行计算，提高计算速度和计算精度。

4）适当考虑电压波动的影响，条件具备时，应对最大、最小负荷情况下的电压分别计算，保证电压波动时各点电压在允许内。

另外，矿井设计中距离较远的综采面上设备供电时会出现压降偏大情况，其主要原因是距离长、负荷大、功
率因数低（0.7～0.8），可考虑采用井下隔爆型高压无功补偿装置进行功率因数补偿提供供电质量。

参考文献：
[1]顾永辉等.煤矿电工手册第二分册，矿井供电. 1997,4.
[2] 《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）北京，中国计划出版社.
[3] 《电力系统电压和无功电力技术导则》（SD325-89）.2011版。