中央變電所設(shè)備更新改造及配電系統(tǒng)優(yōu)化研究

伊犁永寧煤業(yè)化工有限公司 薛德俊 張 斌 黃書東 王文杰 段林鵬

隨著社會(huì)的發(fā)展和能源需求的不斷增長(zhǎng)，中央變電所作為能源傳輸和分配的核心環(huán)節(jié)，承擔(dān)著關(guān)鍵的供電任務(wù)。然而，隨著時(shí)間的推移，中央變電所設(shè)備逐漸老化，配電系統(tǒng)面臨著一系列的技術(shù)和性能挑戰(zhàn)，如供電質(zhì)量低下、能源損耗大等問題。為了解決這些問題，本文旨在研究中央變電所設(shè)備更新改造和配電系統(tǒng)的優(yōu)化。研究的主要內(nèi)容包括設(shè)備的選擇和優(yōu)化及配電漏電和接地系統(tǒng)的優(yōu)化。在設(shè)備選擇和優(yōu)化方面，本文將重點(diǎn)研究變壓器、井下高壓電纜和井下低壓電纜的選擇，并優(yōu)化主接線方式。在配電漏電和接地系統(tǒng)的優(yōu)化方面，本文將研究井下漏電保護(hù)、井下保護(hù)接地，以及整體系統(tǒng)的優(yōu)化。通過深入研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文旨在提出有效的更新改造和優(yōu)化方案，以提高中央變電所的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性，降低能源損耗，為可持續(xù)發(fā)展和能源安全做出貢獻(xiàn)。

1 中央變電所主接線設(shè)備選擇及更新優(yōu)化研究

1.1 變壓器的選擇

變壓器的選擇在中央變電所設(shè)備更新改造和配電系統(tǒng)的優(yōu)化中起著重要的作用。本節(jié)將根據(jù)參考內(nèi)容，對(duì)變壓器的選擇進(jìn)行詳細(xì)擴(kuò)展描述。首先，在確定變壓器的容量時(shí)，需要考慮中央變電所的供電范圍負(fù)荷的大小。然而，由于井下生產(chǎn)的復(fù)雜情況，精確計(jì)算供電負(fù)荷是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因此，通常采用系數(shù)法來計(jì)算金屬礦山供電負(fù)荷。根據(jù)變壓器容量的確定公式（1），可以得到變壓器的計(jì)算容量[1]。

在變壓器容量的計(jì)算公式中，Sca是變壓器的計(jì)算容量；∑Pn代表變壓器供電范圍內(nèi)所有電氣設(shè)備的額定總功率，kde代表需用系數(shù)，cosφwm代表加權(quán)平均功率因數(shù)。通過合理選擇這些參數(shù)，并進(jìn)行計(jì)算，可以得出適合的變壓器容量。

在確定變壓器的型號(hào)時(shí)，本文選擇了礦用干式變壓器（KS11-200KVA 10/0.4kV）[2]。該型號(hào)的礦用動(dòng)力變壓器具有許多優(yōu)點(diǎn)。該型號(hào)對(duì)線圈設(shè)計(jì)和繞制方式進(jìn)行了改革，降低了變壓器的負(fù)載損耗和空載損耗。其鐵芯無接縫，減少了空載損耗和空載電流，使其成為一種新型低噪聲和低損耗型變壓器。通過對(duì)KS11-200變壓器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其符合中央變電所設(shè)備更新改造和配電系統(tǒng)的優(yōu)化要求。這包括變壓器的額定容量、額定電壓比、高壓側(cè)電壓范圍、低壓側(cè)電壓范圍等。選擇適當(dāng)?shù)淖儔浩餍吞?hào)，能夠滿足中央變電所對(duì)供電質(zhì)量、能源效率和穩(wěn)定性的要求。KS11-200變壓器各項(xiàng)參數(shù)見表1。

表1 KS11-200變壓器各項(xiàng)參數(shù)

總而言之，變壓器的選擇是中央變電所設(shè)備更新改造和配電系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵步驟之一。通過合理計(jì)算變壓器的容量，并選擇適當(dāng)?shù)念愋秃托吞?hào)，可以確保中央變電所的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性。此外，選擇具有優(yōu)良性能的變壓器還能降低能源損耗和提高運(yùn)行效率。因此，變壓器的選擇在中央變電所的優(yōu)化中具有重要意義。

1.2 主接線方式的優(yōu)化

1.2.1 變壓器選型方面的優(yōu)化

在中央變電所設(shè)備更新改造和配電系統(tǒng)的優(yōu)化中，變壓器選型方面的優(yōu)化是至關(guān)重要的。變壓器是供電系統(tǒng)中的核心設(shè)備之一，其性能直接影響到供電質(zhì)量和能效水平。通過優(yōu)化變壓器選型，可以提高供電系統(tǒng)的可靠性、節(jié)約能源和減少能源損耗。第一，在變壓器選型時(shí)，需要根據(jù)供電范圍負(fù)荷的大小來確定變壓器的容量。通過合理計(jì)算和估算負(fù)荷需求，可以選擇適當(dāng)容量的變壓器來滿足供電系統(tǒng)的需求。第二，在選擇變壓器的型號(hào)和規(guī)格時(shí)，應(yīng)綜合考慮多種因素。例如，變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)額定電壓比、工作頻率、繞組類型和絕緣材料等。通過選擇適當(dāng)?shù)男吞?hào)和規(guī)格，可以提高變壓器的運(yùn)行效率、降低能耗和損耗，并減少對(duì)環(huán)境的影響。

1.2.2 高壓電纜方面的優(yōu)化

中央變電所設(shè)備更新改造和配電系統(tǒng)的優(yōu)化中，高壓電纜方面的優(yōu)化也是一個(gè)關(guān)鍵任務(wù)。高壓電纜作為基礎(chǔ)設(shè)施之一，負(fù)責(zé)將電能傳輸?shù)竭h(yuǎn)端設(shè)備，其性能和呈現(xiàn)直接影響到供電質(zhì)量和能效。通過優(yōu)化高壓電纜的選擇和應(yīng)用，可以提高供電質(zhì)量、節(jié)約能源和減少能源損耗。第一，高壓電纜的選型應(yīng)根據(jù)供電范圍和負(fù)荷的需求來確定。具有良好導(dǎo)電性能和抗氧化性能的銅或鋁材料可以作為導(dǎo)體材料，合適的絕緣和護(hù)套材料則可以保護(hù)電纜免受潮濕及其他環(huán)境影響。第二，在高壓電纜的設(shè)計(jì)、安裝和使用方面，應(yīng)注意各種因素對(duì)電纜性能的影響，如環(huán)境條件、局部氣候、敷設(shè)方式等。正確設(shè)計(jì)和安裝高壓電纜可以降低電纜的傳輸損耗、提高電能傳輸效率、避免電纜損壞和故障等[3]。

2 中央變電所配電漏電和接地系統(tǒng)的優(yōu)化研究

2.1 高壓柜保護(hù)參數(shù)的研究

高壓柜保護(hù)參數(shù)的研究是為了確保高壓柜在運(yùn)行中的安全穩(wěn)定，防止故障和意外事件的發(fā)生。高壓柜的保護(hù)參數(shù)主要包括視在容量、過流整定值、速斷整定值、過壓整定值等，這些參數(shù)可以通過一定的公式來計(jì)算[4]。

變壓器的視在容量計(jì)算如公式（2）所示：

其中，S是視在容量，單位kVA；U是額定電壓，單位V；I是額定電流，單位A。

過流整定值計(jì)算如公式（3）所示：

其中，1.2～1.3是計(jì)算系數(shù)；Ie過流整定值。

速斷整定值計(jì)算如公式（4）所示：

其中，1.15是計(jì)算系數(shù)；I過流過流整定值。

過壓整定值計(jì)算如公式（5）所示：

其中，1.15是計(jì)算系數(shù)；Udz是過電壓的整定值；Ue是系統(tǒng)額定電壓。

綜上所述，高壓柜保護(hù)參數(shù)的研究對(duì)于確保高壓柜的安全穩(wěn)定及防止故障和意外事件的發(fā)生具有重要意義。通過計(jì)算和研究合適的保護(hù)參數(shù)，可以保證高壓柜在運(yùn)行中的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，提高其保護(hù)機(jī)制的效率和信譽(yù)度，從而全面提高供電系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和效率。

2.2 井下漏電保護(hù)的研究

井下漏電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行原理是基于對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行中可能發(fā)生的漏電進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)漏電的情況，就會(huì)迅速切斷電源以保護(hù)工作人員安全。井下漏電保護(hù)系統(tǒng)可以通過多種方式進(jìn)行運(yùn)行，其中最常見的方式是安裝漏電保護(hù)器或絕緣監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備[5]。當(dāng)電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)，井下漏電保護(hù)系統(tǒng)通過漏電保護(hù)器或絕緣監(jiān)測(cè)儀等對(duì)設(shè)備周圍的電流和絕緣狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。如果檢測(cè)到任何異常的電流流動(dòng)或絕緣破壞的狀況，漏電保護(hù)器就會(huì)用其內(nèi)部工作原理快速切斷電源以保護(hù)人員的生命安全。

此外，井下漏電保護(hù)系統(tǒng)的安裝和運(yùn)行也需要考慮井下環(huán)境和設(shè)備的特殊性。由于井下環(huán)境比較特殊，漏電保護(hù)器必須能夠快速反應(yīng)，同時(shí)需要具備防水防潮等特殊保護(hù)措施以保證設(shè)備的可靠性[6]。

2.3 井下保護(hù)接地的研究

井下保護(hù)接地系統(tǒng)的運(yùn)行原理是基于使用接地體將電氣設(shè)備的電流引至地面進(jìn)行回流，從而保障工作人員和設(shè)備的安全。井下保護(hù)接地系統(tǒng)需要確保接地系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，以便使電氣設(shè)備的電流通過安全的路徑回流到電源，從而有效地保護(hù)工作人員和設(shè)備的安全。井下保護(hù)接地系統(tǒng)通常由接地體、接地線和接地底座等組成。接地體通過銅桿、鋼筋等導(dǎo)體材料設(shè)置在地面上，與電氣設(shè)備相連，將電流引入地下。接地線將接地體與設(shè)備連接在一起，形成完整的保護(hù)接地系統(tǒng)。當(dāng)電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)，如果發(fā)生電流短路或其他故障，接地系統(tǒng)將強(qiáng)制電流通過接地導(dǎo)體流回地面。井下保護(hù)接地系統(tǒng)的正常運(yùn)行需要保證接地電阻小于規(guī)定值，同時(shí)需要根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)及電氣設(shè)備的要求選擇適當(dāng)?shù)慕拥伢w材料和構(gòu)造方式，以優(yōu)化接地系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。此外，還需定期對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和維修，確保其有效性和可靠性[7]。

2.4 漏電和接地系統(tǒng)的優(yōu)化研究

在漏電和接地系統(tǒng)的優(yōu)化研究中，一方面需要考慮漏電保護(hù)的設(shè)備和技術(shù)選擇。常見的漏電保護(hù)裝置包括漏電保護(hù)器和絕緣監(jiān)測(cè)儀等。這些裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流和絕緣狀態(tài)，一旦檢測(cè)到漏電或絕緣破壞情況，能夠快速切斷電源或發(fā)出報(bào)警。通過選擇適當(dāng)?shù)穆╇姳Ｗo(hù)裝置，可以提高漏電保護(hù)系統(tǒng)的靈敏性和可靠性。另一方面，優(yōu)化井下接地系統(tǒng)也是研究的重點(diǎn)[8]。接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置需要充分考慮井下環(huán)境的特殊性，如地形復(fù)雜和濕度高等因素。通過合理選擇接地體材料和布置方式，減小接地電阻，優(yōu)化接地系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。此外，研究還需要針對(duì)井下工作環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)估，包括檢測(cè)可能導(dǎo)致漏電和接地問題的潛在因素。基于實(shí)際情況，采取相應(yīng)的監(jiān)測(cè)手段和維護(hù)策略，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理可能的風(fēng)險(xiǎn)隱患，確保漏電和接地系統(tǒng)始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

3 結(jié)語

本文主要研究了中央變電所設(shè)備更新改造和配電系統(tǒng)的優(yōu)化問題，并提出了一系列的解決方案。通過對(duì)變壓器、井下高壓電纜和井下低壓電纜的選擇和優(yōu)化，以及主接線方式和配電漏電及接地系統(tǒng)的優(yōu)化研究，得出以下結(jié)論。

第一，合適的變壓器容量的選擇和優(yōu)化能夠提高電能傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性，而優(yōu)質(zhì)的井下電纜的選擇能夠進(jìn)一步提升電力輸送的質(zhì)量和可靠性。

第二，中央變電所配電漏電和接地系統(tǒng)的優(yōu)化能夠有效減少漏電事故的發(fā)生，提高供電的安全性。通過研究漏電保護(hù)技術(shù)和接地系統(tǒng)的改進(jìn)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和防止漏電問題，并保障供電設(shè)備和人員的安全。

綜上所述，本文的更新改造和優(yōu)化方案，能夠顯著改善中央變電所的運(yùn)行質(zhì)量和效率，為穩(wěn)定供電、節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。