２０１３年第３８卷第６期 Ｖ０１．３８ Ｎｏ．６ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－９９４３．２０１３．０６．０６３ 能源技术与管理 Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ １５１ 浅析矿井工作面供电线路中的电压损失计算及分析 高文华，梁宝林，郇郭建 （霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司店坪煤矿，山西吕梁０３３１Ｏ０） ［摘要］ 电能在传输的过程中会产生能量损失，评价这部分能量损失的指标有线损率和电 压损失等，科学、合理地运用线损率和电压损失这两个概念，对于电气设计节能等 方面都有非常重大的意义。通过对电压损失的含义的解释分析，得出了矿井工作面 产生电压损失的主要原因及电压调整的措施，并阐释了减少电压损失的办法以及 具体的计算分析。 ［关键词］矿井Ｚ－作面；供电线路；线损率；电压损失 ［中图分类号］ＴＤ６１１［文献标识码］Ａ［文章编号］ ０引 言 人们生活水平的提高对电力的依赖越来越 大，随之人们对电压的要求也就会越来越高，特别 是一些高压用户对电压的要求就更高了。一旦有 电网电压事故发生，就有可能造成无法弥补的损 失。影响了电网的稳定运行，严重时还有可能发生 电压崩溃等方面的事故。 在进行大容量电能的长距离输送时，输送的 容量是不变的，输电的电压越高，线路电流就变得 越小，有效地减小了电能的消耗，降低了线路的投 资，这显然已成为全球发展的趋势 。 Ａ Ｕ＝ＤＥ＝ （ｂ）向量图 ０ Ｆ 图１ 阻抗串联电路及电压损失 在工程计算中，电压损失近似取电压降的横 向分量ＤＥ，此时误差ＥＦ忽略不计，即： 电压损失一般用系统标称电压的百分数表 示，即： △ ｏ％＝ １ 电压损失的定义及基本计算 电压损失是电气工程设计方面的一个重要概 念，在《工业与民用配电设计手册》（第三版）第六 章，对电压损失的定义是：电压损失是指串联电路 中阻抗元件两端电压的代数差＿３］。 如图１所示电路，ＡＤ间的电压降为： △Ｃ，＿ 一 Ｄ： ２ ｌ０ 式中，△ 为标称电压百分数，％； 为ＡＤ段 所在系统的标称电压，ｋＶ；，为电流，Ａ；ＣＯＳ 为负 Ｄ间电压损失为： ＡＵ＝ 一Ｕｏ＝ＤＡ 荷功率因数；Ｒ、 为阻抗元件的电阻和电抗（感 抗），ｎ。 ２产生电压损失的原因及电压调整措施 ２．１ 电压损失的原因 线路上产生电压损失的直接原因是导线里的 负荷 （ａ）阻抗串联电路 阻抗，另外，引起电压损失原因还有：①冲击性负 荷、三相不平衡负荷的影响；②线路导线截面太 小；③用电的功率因数低；④供电线路太长Ｅ 。 由电压的表达式△ ＝ 线可知，若减少输电 线上的电压损失，有两种办法：①减小输电线中的 基金项目：霍州煤电集团高层专业人才实践工程项目 （ＨＭＧＳ２０１２１６） ２０１３年ｌ２月 １５２ 高文华，等浅析矿井工作面供电线路中的电压损失计算及分析 Ｆｅｂ．，２０１３ 电流：在输电线电阻不变时，由ＡＰ＝ＦＲ可知，若电 流减小到原来的十分之一，就会导致功率损失降 低到原来的百分之一，不利于传输。传输中要尽量 保证小范围波动或输送功率Ｐ不变。由Ｐ＝ＵＩ可 知，要减小电流，就应该提高输电电压 ；②减小 输电线电阻Ｒ：由电阻定律Ｒ＝ｐＬ／Ｓ可知，输电线 长度 一定时，要减小电阻尺，就应选用小的电 阻率Ｐ，横截面积ｓ大的导线，但是增大导线横截 面积，就要多费金属材料，输电线也会变重，导致 架线不太容易。 ２－２供电系统采取的电压调整措施 （１）适当减少系统阻抗。由上述分析可知，系 统中各元件与电压损失成正比，可减小系统阻抗， 降低电压损失，以调整电压 。 （２）适当改变系统运行方式。在一班制或者 两班制的工厂中，工作时间负荷重，电压偏低，需 将变压器高压线圈的分接头调置在一５％的位置。 但是这样一来，夜间负荷轻时，电压就会偏高。这 时切除变压器，采用与相邻变电所相联的低压联 络线供电的方法，不但可减少变压器的电能损耗， 还可以降低过高电压。 （３）采用无功功率补偿装置。由于大量的感 性负荷存在于系统中，会出现大量滞后相位的无 功功率，增大系统电压损失和降低功率因数。专用 的无功补偿设备，不但有显著的电压调整效果，而 且供电系统的经济性还得到了提高。 ３允许电压损失的范围及其应用 电压质量是电能质量的重要指标之一。当电 流流过导体时，由于线路上存在电抗和电阻，会产 生电能损耗和电压损失。当电压损失超标后，会使 用电设备端子上的电压过低，从而导致用电设备 的非正常运行。 导线的截面是根据线路允许电压损失进行选 择，当不能达到电压损失允许条件时，应适当放大 电线或电缆截面。 《全国供用电规则》中规定： ×１００％ 式中， 为线路的始端电压，Ｖ； 为线路的 末端电压，Ｖ； 为线路的额定电压，Ｖ。 对于对电压质量有特殊要求的用户和３５ ｋＶ 及以上供电时，电压波动幅度不能超过额定电压 的±５％；对于１０ ｋＶ及以下低压电力和高压供电 用户，电压波动的幅度不能超过额定电压的 ±７％；对于低压照明用户，电压波动幅度不应超过 额定电压的±（１０％～５％）。 ４减少电压损失的方法 减小电压损失的方法［６］：①减小输电电流，： 在输送电功率不变时，提高输电电压；②增大输电 导线的横截面积可以减小电阻，这种方法对低压 照明电路有效，对高压输电线路效果不是很好。 综上所述，采用高压输电，以减小输电线上的 电流，是减小电压损失最经济、最有效的措施。但 是输电电压也不是越高越好，电压越高，线路修建 费用就会增多，同时，变压器上的电压也越高，这 就对变压器提出了更高的要求。若输送功率较大， 输电距离也较远，就采用较高电压输电。若距离不 太远，输送功率不太大，就不需要用太高电压输 电，电压高了会增加相关费用。 在实际输送电能时，要全方位考虑各种影响 因素，如经济要求、距离远近技术和输送功率大小 等，根据不同情况选择恰当的输电电压。 ５某矿工作面转载机、破碎机的电压损失 计算及分析 ５．１ 转载机、破碎机用２０００ ｋＶＡ变压器电压损 失 变压器额定负荷时的短路损耗△Ｐ 为６．１ ｋＷ， 变压器额定容量 ，为１ ０００ ｋＶＡ，变压器负载的 功率因数ＣＯＳ 为０．７，可知ｓｉｎ 为０．７。变压器 的阻抗电压百分数 为６％，变压器二次侧额定 电压 为１ ２００ Ｖ，变压器的实际负荷容量Ｓ 为１ ００７ ｋＶＡ，则变压器额定运行时电阻压降百 分数 ％，变压器额定运行时电抗压降百分数 ％，变压器电压损失△ 分别为： Ｕｒ％＝ａＰ￣ ／Ｓ ＴｘｌＯ０＝Ｏ．６１％ ％＝、／ 二ｉ ＝ 、／ ：５．９％ ＡＵｖ＝（ＡＵｒ％／ＩＯＯ）ｘ （ ７／１０Ｏ． ｒ）（Ｕｒ％ｃＯｓ￣Ｕｘ％ｓｉｎ￣ｒ）＝５５ Ｖ ５．２电缆线路的电压损失 系数 为０．６，导线长度 为４００ ｍ，用电设 备额定功率之和∑ 为５７５ ｋＷ，导线材料的电 导率 阳为５３，额定电压 为１ ２００ Ｖ，导线截 面积 为９５ ｍｍ 。 则： Ｋ ∑ＰＮ＝３４５ ｋＷ （下转第１５７页） ２０１３年第３８卷第６期 Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．６ 能源技术与管理 Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ １ ５７ 至变频器，控制变频器输出频率和输出转矩，从而 控制翻车机的转速和２电动机的同步运动，达到 控制翻车机平稳运行的目的。 了操作人员的劳动强度；明显减小了翻车时电机 的启动电流，有效地延长了电机的寿命；变频器对 电机为矢量控制方式，保证电机在低速运行时有 ＰＣ通信单元主要实现和ＰＬＣ的实时通信， 动态显示翻车机运行的状态；控制系统手动伯动 运行和正常停机；实现故障报警的显示等。 操作面板主要控制整个系统的电源、ＰＬＣ、电 很大的转矩和一定的过载能力；降低了电厂电力 线路电压的波动，最大程度上消除了谐波对电厂 电质量的影响；大大提高了调速的精度，使翻车过 程更加稳定和可控；去掉了调速电阻，显著地节省 了电能，取得了明显的社会效益和经济效益；实现 动机电源；当出现严重危及系统正常工作的事故 时进行紧急停机。 了整个翻车过程自动化，包含有现场和操作台控 ３控制系统的安装 制方式，并且能够根据需要组态进行集中控制；控 制灵活，能够在很低的成本下实现逻辑功能的增 根据变频控制系统的总体结构，变频控制系 加或改变；提高了整个翻车过程的可靠性，增强了 统的元器件分装在３个柜体，即变频柜、电阻柜 对机械设备的保护。 和控制柜。其中变频柜与控制柜之间通过两根屏 ［参考文献］ 蔽电缆连接，电阻柜与控制柜中的制动单元之间 ［１］任芸．输煤系统和设备［Ｍ］．北京：中国电力出版社， 通过截面为１６ ｍｍ 的多芯电缆连接。有效地解决 ２００８ 了变频器的电磁兼容性（ＥＭＣ）和ＰＬＣ的抗干扰。 ［２］李方园．变频器自动化工程实践［Ｍ］．北京：电子工业 ４结论 出版社，２００８ ［作者简介］ 该系统经厂家验收后，已经投入使用，控制系 陈勇（１９７６一），男，副教授，硕士研究生，毕业于武汉大 统在运行过程中无任何故障，控制功能满足各项 学机械电子工程专业，现任中国人民解放军镇江船艇学院 使用要求。该系统投运后，提高了卸煤效率，降低 辅机教研室主任。 ［收稿日期：２０１３—０６—２０］ （上接第１５２页） 效益，还能省去不必要的麻烦，降低电网事故发生 △Ｕ Ｐｃ￣Ｌｘ１０３／（ Ｖ Ａ）＝２２．８ Ｖ 的频率，提高电压运行的安全性和稳定性。尽可能 式中，△ 为电压损失。 的减少电压损失已成为各国相关研究领域的一个 ～为正常时用电设备端子上的最小允许电 热门趋势。 压，这里取１ ０８３ Ｖ，变压器二次侧额定电压 ［参考文献］ 为１ ２００ Ｖ，则有： ［１］张刘杰，王葳．浅析供电线路中的电压损失［Ｊ］．电气 低压电网的允许电压损失： 工程及其自动化，２０１１（２４） ＡＵｅ＝ 广 ＝１１７ Ｖ ［２］徐思海．浅谈铁路站台照明设计中的电压损失问题 按允许电压损失校验电缆：△ ＝△Ｕ ＋△Ｕ ＝ ［ｎ城市建设理论研究，２０１２（２６） （５５＋２２．８）Ｖ＝７７．８ Ｖ≤△Ｕｐ，是合格的。 ［３］陈建国．采区干线式低压供电线路电压损失通用计算 正常工作情况下，应保证电动机的端电压在 公式的探讨［Ｊ］＿矿业安全与环保，２０００（２７） ９５％ １０５％额定电压范围之内，对于某些特别远 ［４］贡德忠，刘永军．客户端低电压产生的原因及解决方 的电动机端电压可以偏移一８％￣＿１０％。 案［Ｊ］．城市建设理论研究，２０１１（３２） ［５］盛峰，高俊清．浅谈电网电压调整［Ｊ］．中国高新技术 ６结论 企业，２００８（１５） ［６］王俊杰．降低供电线路电压损耗的方法研究［Ｊ］．科技 通过以上理论分析可知，减小线路损耗，既可 资讯，２０１１（４） 以提高经济效益，又对资源优化配置、能源利用和 ［作者简介］ 环境保护有利。在工程设计阶段计算相关电压损 失，可以估算预期的线损率，变事后检测为事前控 高文华（１９６８一），男，助理工程师，毕业于太原理工大 学，长期从事煤矿机电工作。 制，有效地控制了线路损耗。 ［收稿日期：２０１３—０６—０９］ 总而言之，减少电压损失会带来可观的经济
