礦井電力系統(tǒng)負(fù)載計算實例在礦井生產(chǎn)中，電力系統(tǒng)猶如心臟，其穩(wěn)定可靠運行直接關(guān)系到生產(chǎn)安全與效率。而負(fù)載計算作為電力系統(tǒng)設(shè)計、改造及運行維護(hù)的基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確性至關(guān)重要。礦井環(huán)境復(fù)雜，負(fù)載類型多樣，既有大功率的提升設(shè)備、通風(fēng)機(jī)，也有大量的采掘機(jī)械和輔助設(shè)備，這使得負(fù)載計算工作頗具挑戰(zhàn)性。本文將結(jié)合一個簡化的井下工作面實例，闡述礦井電力系統(tǒng)負(fù)載計算的基本思路與步驟，希望能為相關(guān)工程技術(shù)人員提供一些參考。一、負(fù)載計算的基本概念與目的負(fù)載計算，簡而言之，就是確定電力系統(tǒng)中各部分所承擔(dān)的用電負(fù)荷大小。在礦井中，我們通常關(guān)注的是“計算負(fù)荷”，它是一個假想的持續(xù)性負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同一時間內(nèi)實際變動負(fù)荷產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。計算負(fù)荷是選擇變壓器容量、開關(guān)設(shè)備、導(dǎo)線電纜截面，以及整定繼電保護(hù)裝置的重要依據(jù)。若計算值偏小，可能導(dǎo)致設(shè)備過熱、跳閘甚至引發(fā)安全事故；若計算值偏大，則會造成設(shè)備投資浪費和運行效率降低。因此，尋求一個既安全又經(jīng)濟(jì)的計算負(fù)荷值，是我們的目標(biāo)。礦井負(fù)荷具有以下顯著特點：一是電動機(jī)負(fù)載占比極大，如采煤機(jī)、運輸機(jī)、泵類等，它們的啟動特性（如啟動電流倍數(shù)、啟動時間）對系統(tǒng)影響較大；二是存在周期性或非周期性的沖擊負(fù)荷，如提升機(jī)的啟動與制動過程；三是負(fù)荷的同時運行系數(shù)變化范圍大，不同生產(chǎn)工序、不同時間段，設(shè)備的投入情況差異明顯；四是負(fù)荷率受生產(chǎn)組織、設(shè)備完好率等多種因素影響。這些特點都需要在計算過程中予以充分考慮。二、負(fù)載計算的主要方法與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備目前，工程上常用的負(fù)載計算方法有需要系數(shù)法、二項式法、利用系數(shù)法等。其中，需要系數(shù)法以其簡便易行、結(jié)果較為準(zhǔn)確，在礦井電力系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用最為廣泛。本文將主要采用需要系數(shù)法進(jìn)行實例計算。采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)載計算，核心公式為：`Pjs=Kd*Pe``Qjs=Pjs*tanφ``Sjs=√(Pjs2+Qjs2)`或`Sjs=Pjs/cosφ`其中：`Pjs`為計算有功功率(kW)`Qjs`為計算無功功率(kvar)`Sjs`為計算視在功率(kVA)`Pe`為設(shè)備額定功率之和(kW)，即總裝機(jī)容量`Kd`為需要系數(shù)，表征設(shè)備實際運行功率與額定功率的比值，同時也考慮了設(shè)備的同時運行程度`cosφ`為設(shè)備的平均功率因數(shù)`tanφ`為對應(yīng)于`cosφ`的正切值進(jìn)行負(fù)載計算前，需收集以下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：1.用電設(shè)備清單：包括設(shè)備名稱、型號規(guī)格、額定功率(Pe)、額定電壓(Ue)、額定電流(Ie)、功率因數(shù)(cosφ)等。2.設(shè)備的運行方式：哪些是連續(xù)運行，哪些是短時或斷續(xù)運行；哪些是必須同時啟動，哪些是分批啟動。3.需要系數(shù)(Kd)的確定：這是需要系數(shù)法的關(guān)鍵。需要系數(shù)通常通過查閱設(shè)計手冊、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合礦井實際經(jīng)驗來選取。同類設(shè)備數(shù)量越多，需要系數(shù)相對越?。辉O(shè)備效率越高，需要系數(shù)可適當(dāng)取高。三、實例計算（一）實例背景假設(shè)我們需要對某礦井下一個綜采工作面的配電點進(jìn)行負(fù)載計算。該工作面主要用電設(shè)備如下表所示（為簡化計算，部分設(shè)備參數(shù)做了理想化處理）：序號設(shè)備名稱數(shù)量(臺)額定功率(kW/臺)額定電壓(V)cosφtanφ備注(典型Kd范圍):---:---------------:--------:---------------:-----------:----:----:------------------------1采煤機(jī)137511400.850.62連續(xù)運行，Kd0.7-0.92刮板輸送機(jī)216011400.830.68連續(xù)運行，Kd0.75-0.953轉(zhuǎn)載機(jī)111011400.820.72連續(xù)運行，Kd0.7-0.94乳化液泵站21256600.800.75一用一備，Kd0.6-0.85噴霧泵站2756600.800.75一用一備，Kd0.5-0.76破碎機(jī)116011400.830.68間斷運行，Kd0.4-0.67小水泵2156600.780.80間斷運行，Kd0.3-0.58照明及通訊設(shè)備151270.900.48常運行，Kd0.8-1.0（二）確定需要系數(shù)(Kd)根據(jù)設(shè)備的運行特性、數(shù)量及行業(yè)經(jīng)驗，為上述設(shè)備選取合適的需要系數(shù)Kd：采煤機(jī)：作為工作面核心設(shè)備，幾乎連續(xù)滿負(fù)荷運行，取Kd=0.85刮板輸送機(jī)：兩臺，連續(xù)運行，負(fù)荷穩(wěn)定，取Kd=0.85轉(zhuǎn)載機(jī)：連續(xù)運行，但負(fù)荷可能略低于額定值，取Kd=0.80乳化液泵站：一用一備，實際運行一臺，取Kd=0.70(單臺)噴霧泵站：類似乳化液泵站，取Kd=0.60(單臺)破碎機(jī)：間斷運行，取Kd=0.50小水泵：兩臺，可能不同時運行，取Kd=0.40(單臺)照明及通訊設(shè)備：常運行，取Kd=0.90（三）分回路計算我們按設(shè)備類型或功能單元進(jìn)行分回路計算，然后再進(jìn)行匯總。1.采煤機(jī)回路Pe1=1*375=375kWPjs1=Kd1*Pe1=0.85*375=318.75kWQjs1=Pjs1*tanφ1=318.75*0.62≈197.63kvar2.刮板輸送機(jī)回路Pe2=2*160=320kWPjs2=Kd2*Pe2=0.85*320=272kWQjs2=Pjs2*tanφ2=272*0.68≈184.96kvar3.轉(zhuǎn)載機(jī)回路Pe3=1*110=110kWPjs3=Kd3*Pe3=0.80*110=88kWQjs3=Pjs3*tanφ3=88*0.72≈63.36kvar4.乳化液泵站回路(按一臺運行考慮)Pe4=1*125=125kW(注意：此處取單臺功率，因Kd已考慮備用情況)Pjs4=Kd4*Pe4=0.70*125=87.5kWQjs4=Pjs4*tanφ4=87.5*0.75≈65.63kvar5.噴霧泵站回路(按一臺運行考慮)Pe5=1*75=75kWPjs5=Kd5*Pe5=0.60*75=45kWQjs5=Pjs5*tanφ5=45*0.75=33.75kvar6.破碎機(jī)回路Pe6=1*160=160kWPjs6=Kd6*Pe6=0.50*160=80kWQjs6=Pjs6*tanφ6=80*0.68=54.4kvar7.小水泵回路Pe7=2*15=30kW(此處取兩臺總功率，Kd考慮了不同時運行)Pjs7=Kd7*Pe7=0.40*30=12kWQjs7=Pjs7*tanφ7=12*0.80=9.6kvar8.照明及通訊回路Pe8=1*5=5kWPjs8=Kd8*Pe8=0.90*5=4.5kWQjs8=Pjs8*tanφ8=4.5*0.48≈2.16kvar（四）總計算負(fù)荷各回路計算完畢后，需將其有功功率和無功功率分別相加，得到總的有功計算負(fù)荷(ΣPjs)和總的無功計算負(fù)荷(ΣQjs)。但需注意，當(dāng)多個回路同時運行時，可能存在一定的負(fù)荷同時系數(shù)(Kt)。對于井下工作面配電點，各主要設(shè)備往往在同一生產(chǎn)循環(huán)內(nèi)運行，同時系數(shù)可取較高值，此處取Kt=0.95(有功)，Ktq=0.97(無功，通常無功同時系數(shù)略高于有功)。ΣPjs'=318.75+272+88+87.5+45+80+12+4.5=907.75kWΣQjs'=197.63+184.96+63.36+65.63+33.75+54.4+9.6+2.16≈611.49kvarPjs_total=Kt*ΣPjs'=0.95*907.75≈862.36kWQjs_total=Ktq*ΣQjs'=0.97*611.49≈593.15kvarSjs_total=√(Pjs_total2+Qjs_total2)≈√(862.362+593.152)≈√(743,764+351,827)≈√1,095,591≈1046.7kVAcosφ_total=Pjs_total/Sjs_total≈862.36/1046.7≈0.824（五）變壓器容量選擇根據(jù)計算得到的總視在功率Sjs_total≈1046.7kVA?？紤]到變壓器的經(jīng)濟(jì)運行和一定的裕量，以及可能的短期過載能力，變壓器容量通常按計算視在功率的1.1-1.2倍選擇。同時，還需考慮變壓器的額定電壓等級是否與系統(tǒng)匹配（此處工作面配電點通常由上一級10kV變電所供電，經(jīng)移動變電站降壓至1140V/660V）?？蛇x標(biāo)準(zhǔn)容量的移動變電站，例如1250kVA(10kV/1.2kV)。校核其負(fù)載率：1046.7/1250≈0.837，即83.7%，處于較經(jīng)濟(jì)的運行區(qū)間。四、計算過程中的注意事項1.需要系數(shù)的合理選取：這是負(fù)載計算中最關(guān)鍵也最考驗經(jīng)驗的一步。應(yīng)盡可能參考類似礦井或工作面的運行數(shù)據(jù)，并結(jié)合本礦的生產(chǎn)組織方式、設(shè)備新舊程度等因素綜合確定。設(shè)計手冊中的推薦值僅為參考。2.同時系數(shù)的影響：在對多個獨立負(fù)荷中心或不同性質(zhì)的負(fù)荷進(jìn)行匯總時，必須考慮同時系數(shù)。上級變電所的同時系數(shù)通常比分變電所或配電點的要小。3.沖擊負(fù)荷的處理：對于提升機(jī)、大型破碎機(jī)等具有較大啟動沖擊的設(shè)備，除了正常的計算負(fù)荷外，還需校核其啟動時對系統(tǒng)電壓的影響，必要時需進(jìn)行電壓損失計算或采取限壓啟動措施。本實例中未包含此類強(qiáng)沖擊設(shè)備，若包含，則需特殊考慮。4.無功補償：礦井負(fù)荷功率因數(shù)普遍偏低，無功損耗大。在計算出無功負(fù)荷后，應(yīng)考慮進(jìn)行無功補償，以提高功率因數(shù)，降低線路損耗，提升變壓器利用率。補償后的功率因數(shù)通常要求達(dá)到0.9以上。本例中計算得cosφ≈0.824，后續(xù)應(yīng)考慮增設(shè)無功補償裝置。5.負(fù)荷的發(fā)展與變化：計算時應(yīng)適當(dāng)考慮未來一段時間內(nèi)可能增加的負(fù)荷，為系統(tǒng)留有一定的擴(kuò)展余地。6.不同電壓等級的分別計算：礦井電力系統(tǒng)通常有多個電壓等級，如10kV、6kV、1140V、660V、380V、127V等，負(fù)載計算應(yīng)按不同電壓等級分別進(jìn)行，再逐級向上匯總。7.電纜截面與保護(hù)整定：計算出各回路的計算電流后（Ijs=Pjs/(√3*Ue*cosφ)），即可進(jìn)行電纜截面的選擇和保護(hù)裝置的整定計算。五、結(jié)論負(fù)載計算是礦井電力系統(tǒng)設(shè)計與管理的基石。本文通過一個簡化的綜采工作面實例，運用需要系數(shù)法完成了從單臺設(shè)備到總