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[摘 要]根据哈尔乌素露天煤矿大型采掘设备WK-55电铲在实际生产中的用电情况，并结合采掘现场其他大型用电设备的实际用电的特点和采掘现场供电特点，提出了电压波动对用电设备以及大型用电生产设备对电网电压波动的相互影响的探讨。并介绍了电压波动的原因及相应整改方案，具体阐述了如何抑制电压波动和提高供电质量的的具体措施。
[关键词]WK-55电铲；电压波动的原因；抑制电压波动的措施
中图分类号：TD422.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0202-02
一、概述
哈尔乌素露天煤矿从美国山特维克公司引进4台1190E钻机，从太原重型机械厂引进4台WK-55电铲，由于厂家不同电气设计人员设计理念不同，对电压要求不同，1190E钻机电压高于6.3KV高电压保护将会动作跳闸，WK-55电铲控制电压低于570kv低电压保护将会动作跳闸，另外，矿山供电网络系统中，由于存在大量的冲击性负荷、间隙性负荷以及经常存在短路故障的发生，经常导致电网电压快速的变化及大的波动，以至于WK-55电铲发生保护性的动作，下面从几个方面对此问题作以浅析。表1：WK-55电铲的用电设备：（见表1）
二、电压允许波动的范围
根据《供用电规则》规定，受电端的电压波动幅度不应超过：35kV供电和对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的±5%；6kV为额定电压的± 7%；380V为额定电压的+5%～-10%。
三、我矿供电网络
我矿的电源从薛家湾变电所两回220KV母线经过准能电厂将220KV变为110KV，引到陈胜梁开闭所，由陈胜梁开闭所分为哈尔乌素露天矿变电所回路和黑岱沟露天煤矿变电所回路，通过哈尔乌素露天矿变电所的两台主变变为35KV和6KV两回供电线路。其中6KV线路为哈矿选煤厂、检修中心供电；35KV线路送到哈尔乌素露天煤矿坑口，经移动变电站将35KV电压变为6.3KV为坑下钻机、电铲等大型用电采矿设备供电。
（见图1）
哈尔乌素露天矿供电系统网络图
四、 电压波动对电气设备的影响
各种电气设备都设计在额定电压下工作。只有电网内各级电压符合标准，才能使用电设备处于最佳工况运行。当用户端电压波动超过允许值时，则用电设备的性能、生产效率、产品质量等都将受到不同程度的影响，发电、供电、用电设备的效率降低，供电线路损耗增加，电动机起动困难，另外还将影响照明、通信、仪表等设备的精度和寿命。电压波动会使电动机转矩、转差率、负荷电流都受到影响，造成转速不稳或过负荷现象。当电压低于额定电压10%，电动機电磁转矩约下降为额定转矩的81%，而且起动时间延长、电流增大，造成绕组线圈发热、损耗增加、效率降低以及功率因数下降，影响电动机的寿命。对于用电磁起动器控制或装有失压保护的异步电动机瞬时电压降低会导致这些保护装置动作，设备就要停止运转，再起动需花时间。
五、 电压波动的原因
1. 带冲击负载的电动机引起电压波动。有些机械设备由于生产工艺的需要，其电动机负载是冲击性的，如选煤厂使用的德国审克公司生产两级分选振动筛、英国MMD公司生产双齿管破碎机和破碎站、荷兰公司天马生产的块煤脱水离心机等，它们的功率非常大。这些机械设备的特点是负荷在工作时间中作剧增和剧减地变化，并周期性地交替变更。这些机械设备一般采用了带飞轮的电力拖动系统。飞轮的储能和释放能量的作用，拉平了电动机轴上的负载，降低了电动机的能量损耗。但由于机械惯性较大，冲击电流依然存在。故伴随负荷周期性交替的电压波动不可避免。
2. 由反复短时工作制负载引起电压波动。这类负载的特点为负载作聚增减地变化，且周期 性交替。但交替的周期不为定值，其交替的幅值也不为定值。例如露天矿的电铲挖掘，在不断地做负载聚增聚减地挖掘工作，对电网电压的冲击很大，从而造成电网电压波动较大。
3. 大型电动机起动时引起的电压波动。现在，我矿使用的大型设备电动机功率越来越大，起动电流（为额定电流的4～7倍）所引起的电压波动是一个不可忽视的问题，例如我矿的1190E钻机起动电流达到490A左右，而正常工作时的电流只有79A左右。起动电流不仅数值很大，且有很低的滞后功率因数的作用，故电压波动将更大。
4. 供电系统短路电流引起的电压波动。整个准能公司供电系统有许多高、低压配电线路及电气设备，由于种种原因可能发生不同性质的短路。如果继电保护装置或断路器失灵，可能使故障持续存在，也可能造成越级跳闸。这样可能会损坏配电装置，造成大面积的停电，延长整个电网的电压波动时间，并扩大了波动范围。
5.线路损耗引起的电压波动不可忽视。WK-55使用的供电电缆规格3*70mm？+3*25mm？的铜芯电缆。每根电缆长度为300m，每根电缆的电压降我们知道ΔU=IRf，其中ΔU为线路电压降，I为线路电流，Rf为线路电阻；
I=p/（U*√3*cosφ）=3450/（6*√3*0.8）=415A，
P为功率，主辅变压器容量为3000+450KVA，但在实际中，还有一些辅助系统在用电，容量远大于3450KVA；U为电压，在晚上10点左右露天矿、选煤厂所有用电负荷起动后，用电到了高峰期时，从现场观察，用电电压大致在5.9KV左右，所以说WK-55电铲的工作电流远大于415A，我们从现场观察，实际电流在550A左右，理论电流与实际工作电流有差别。
Rf=ρ*L/S=0.0174*300/70=0.075Ω，
ρ为铜的电导率，L为电缆长度，我们按一根电缆300m计算，S为电缆截面积；这样算出一根电缆的电压降为：
ΔU=IRf=550*0.075=41.25V，如果由5根电缆为设备供电时，电缆电压降为：UWK-55=U-5*ΔU=5900-5*41.25=5694V<5700V， 达不到WK-55电铲的正常工作电压；如果由4根电缆为设备供电时，电缆电压降为：
UWK-55=U-4*ΔU=5900-4*41.25=5735V>5700V，
达到了WK-55电铲的正常工作电压，所以在为WK-55电铲供电时不得超过1200m的3*70mm？+3*25mm？的铜芯电缆。
6.由于我矿环坑A线至今未形成，导致环坑线负荷分配不均匀，354#35KV环坑线路负荷较轻，366#35KV环坑线路负荷较重，从哈矿变电站到坑口移动变电站线路较长，导致366#35KV环坑线路压降较大，最终影响到用电设备的电压较低。
六、抑制电压波动的措施
1. 合理地选择变压器的分接头来保证用电设备的电压水平。但是受到1190E钻机的高电压保护限制，最高电压不得高于6.3KV，在今后购置移动变电站或新增配电变压器，条件许可时应尽可能采用有载调压变压器。
2. 设置电容器进行人工补偿。电容器分为并联补偿和串联补偿。并联电容补偿用以改变网络中无功功率分配来抑制电压的波动，提高设备的功率因数，改善电压的质量。串联补偿主要是为了改变线路参数，从而减少线路电压损失、提高线路末端电压并减少电能损耗。
3. 线路出口加装限流电抗器。在变电所35kV线路出口加装限流电抗器，以增加线路的短路阻抗，限制线路故障时的短路电流，减小电压的波及范围，提高变电所的35kV母线遭短路时的电压。
4. 采用电抗值最小的高低压配电线路方案。架空线路的电抗约为0.4Ω/km，电缆线路的电抗约为0.08Ω/km。可见，在同样长度的架空线路和电缆线路上因负载波动引起电压波动是相当悬殊的。因此，条件许可时，应尽量优先采用电缆线路供电。
5. 在条件允许的情况下，尽量减少电缆长度，保证WK-55电压在5700V以上，合理的优化采矿设备的位置分布，尽量将WK-55电铲调到坑口离移动变电站较近的地方作业，保证为其的供电电缆长度不超过1200m。
6. 尽快形成35KV环坑A线，将负荷均匀分配，减轻366#35KV环坑线路负荷，降低366#35KV环坑线路压降，保证移动变电站一次侧电压达到35KV。
7. 配电变压器并列运行。变压器并列运行是减少变压器阻抗的惟一方法。
8. 大型感应电动机带电容器补偿 其目的主要为了对大型感应电动机进行个别补偿，使它 在整个负荷范围内都保持良好的功率因数。在线路结构上使电动机和电容器同时投入运行，所以一开始起动就有良好的功率因数，电动机较大的滞后起动电流和电容器较大的超前冲击电流的抵消作用，对电力系统电压波动起到了很好的稳定作用。
七、总结
总之，产生电压波动的原因多种多样，抑制电压波动的措施也很多。在这种大的露天煤矿，供配电网络系统比较复杂，用电设备较多，设备功率较大，所以供电网络系统存在的电压波动及线路压降属于正常现象，尽管我们通过以上措施对供电网络系统进行了优化，但是，WK-55电铲与495HR电铲相比，在电气系统的设计上还是存在很多缺陷，所以从铲上改进才能从根本上解决WK-55電压问题。
参考文献
[1] （美）邵特（Short，T.A.）著；徐政，译.配电可靠性与电能质量[M].机械工业出版社，2008.06
[2] 凤凰出版社委员会.电能质量电压波动和闪变[S].凤凰出版社，2008.05.16.
[3] 吴安官，倪保珊.中国电力出版社[M].电力系统线损分析与计算， 2013.3.
[4] 汤涌.科学出版社[M].电力系统电压稳定性分析.2011.10.
[5] 周孝信.电力系统可控串联电容补偿[M].科学出版社，2009年.
作者简介：秦少华（1971），高级工程师，1993年毕业于内蒙古煤炭工业学校，现任职于神华哈尔乌素煤炭分公司露天煤矿供电队队长。
范中华（1988），助理工程师，2011年毕业于内蒙古工业大学，现任职于神华哈尔乌素煤炭分公司露天煤矿供电队技术员。
作者简介：齐秀英，出生于1972年10月，现年44岁，女，内蒙古鄂尔多斯市人，现在选煤厂担任技术员工作工作。
[关键词]WK-55电铲；电压波动的原因；抑制电压波动的措施
中图分类号：TD422.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0202-02
一、概述
哈尔乌素露天煤矿从美国山特维克公司引进4台1190E钻机，从太原重型机械厂引进4台WK-55电铲，由于厂家不同电气设计人员设计理念不同，对电压要求不同，1190E钻机电压高于6.3KV高电压保护将会动作跳闸，WK-55电铲控制电压低于570kv低电压保护将会动作跳闸，另外，矿山供电网络系统中，由于存在大量的冲击性负荷、间隙性负荷以及经常存在短路故障的发生，经常导致电网电压快速的变化及大的波动，以至于WK-55电铲发生保护性的动作，下面从几个方面对此问题作以浅析。表1：WK-55电铲的用电设备：（见表1）
二、电压允许波动的范围
根据《供用电规则》规定，受电端的电压波动幅度不应超过：35kV供电和对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的±5%；6kV为额定电压的± 7%；380V为额定电压的+5%～-10%。
三、我矿供电网络
我矿的电源从薛家湾变电所两回220KV母线经过准能电厂将220KV变为110KV，引到陈胜梁开闭所，由陈胜梁开闭所分为哈尔乌素露天矿变电所回路和黑岱沟露天煤矿变电所回路，通过哈尔乌素露天矿变电所的两台主变变为35KV和6KV两回供电线路。其中6KV线路为哈矿选煤厂、检修中心供电；35KV线路送到哈尔乌素露天煤矿坑口，经移动变电站将35KV电压变为6.3KV为坑下钻机、电铲等大型用电采矿设备供电。
（见图1）
哈尔乌素露天矿供电系统网络图
四、 电压波动对电气设备的影响
各种电气设备都设计在额定电压下工作。只有电网内各级电压符合标准，才能使用电设备处于最佳工况运行。当用户端电压波动超过允许值时，则用电设备的性能、生产效率、产品质量等都将受到不同程度的影响，发电、供电、用电设备的效率降低，供电线路损耗增加，电动机起动困难，另外还将影响照明、通信、仪表等设备的精度和寿命。电压波动会使电动机转矩、转差率、负荷电流都受到影响，造成转速不稳或过负荷现象。当电压低于额定电压10%，电动機电磁转矩约下降为额定转矩的81%，而且起动时间延长、电流增大，造成绕组线圈发热、损耗增加、效率降低以及功率因数下降，影响电动机的寿命。对于用电磁起动器控制或装有失压保护的异步电动机瞬时电压降低会导致这些保护装置动作，设备就要停止运转，再起动需花时间。
五、 电压波动的原因
1. 带冲击负载的电动机引起电压波动。有些机械设备由于生产工艺的需要，其电动机负载是冲击性的，如选煤厂使用的德国审克公司生产两级分选振动筛、英国MMD公司生产双齿管破碎机和破碎站、荷兰公司天马生产的块煤脱水离心机等，它们的功率非常大。这些机械设备的特点是负荷在工作时间中作剧增和剧减地变化，并周期性地交替变更。这些机械设备一般采用了带飞轮的电力拖动系统。飞轮的储能和释放能量的作用，拉平了电动机轴上的负载，降低了电动机的能量损耗。但由于机械惯性较大，冲击电流依然存在。故伴随负荷周期性交替的电压波动不可避免。
2. 由反复短时工作制负载引起电压波动。这类负载的特点为负载作聚增减地变化，且周期 性交替。但交替的周期不为定值，其交替的幅值也不为定值。例如露天矿的电铲挖掘，在不断地做负载聚增聚减地挖掘工作，对电网电压的冲击很大，从而造成电网电压波动较大。
3. 大型电动机起动时引起的电压波动。现在，我矿使用的大型设备电动机功率越来越大，起动电流（为额定电流的4～7倍）所引起的电压波动是一个不可忽视的问题，例如我矿的1190E钻机起动电流达到490A左右，而正常工作时的电流只有79A左右。起动电流不仅数值很大，且有很低的滞后功率因数的作用，故电压波动将更大。
4. 供电系统短路电流引起的电压波动。整个准能公司供电系统有许多高、低压配电线路及电气设备，由于种种原因可能发生不同性质的短路。如果继电保护装置或断路器失灵，可能使故障持续存在，也可能造成越级跳闸。这样可能会损坏配电装置，造成大面积的停电，延长整个电网的电压波动时间，并扩大了波动范围。
5.线路损耗引起的电压波动不可忽视。WK-55使用的供电电缆规格3*70mm？+3*25mm？的铜芯电缆。每根电缆长度为300m，每根电缆的电压降我们知道ΔU=IRf，其中ΔU为线路电压降，I为线路电流，Rf为线路电阻；
I=p/（U*√3*cosφ）=3450/（6*√3*0.8）=415A，
P为功率，主辅变压器容量为3000+450KVA，但在实际中，还有一些辅助系统在用电，容量远大于3450KVA；U为电压，在晚上10点左右露天矿、选煤厂所有用电负荷起动后，用电到了高峰期时，从现场观察，用电电压大致在5.9KV左右，所以说WK-55电铲的工作电流远大于415A，我们从现场观察，实际电流在550A左右，理论电流与实际工作电流有差别。
Rf=ρ*L/S=0.0174*300/70=0.075Ω，
ρ为铜的电导率，L为电缆长度，我们按一根电缆300m计算，S为电缆截面积；这样算出一根电缆的电压降为：
ΔU=IRf=550*0.075=41.25V，如果由5根电缆为设备供电时，电缆电压降为：UWK-55=U-5*ΔU=5900-5*41.25=5694V<5700V， 达不到WK-55电铲的正常工作电压；如果由4根电缆为设备供电时，电缆电压降为：
UWK-55=U-4*ΔU=5900-4*41.25=5735V>5700V，
达到了WK-55电铲的正常工作电压，所以在为WK-55电铲供电时不得超过1200m的3*70mm？+3*25mm？的铜芯电缆。
6.由于我矿环坑A线至今未形成，导致环坑线负荷分配不均匀，354#35KV环坑线路负荷较轻，366#35KV环坑线路负荷较重，从哈矿变电站到坑口移动变电站线路较长，导致366#35KV环坑线路压降较大，最终影响到用电设备的电压较低。
六、抑制电压波动的措施
1. 合理地选择变压器的分接头来保证用电设备的电压水平。但是受到1190E钻机的高电压保护限制，最高电压不得高于6.3KV，在今后购置移动变电站或新增配电变压器，条件许可时应尽可能采用有载调压变压器。
2. 设置电容器进行人工补偿。电容器分为并联补偿和串联补偿。并联电容补偿用以改变网络中无功功率分配来抑制电压的波动，提高设备的功率因数，改善电压的质量。串联补偿主要是为了改变线路参数，从而减少线路电压损失、提高线路末端电压并减少电能损耗。
3. 线路出口加装限流电抗器。在变电所35kV线路出口加装限流电抗器，以增加线路的短路阻抗，限制线路故障时的短路电流，减小电压的波及范围，提高变电所的35kV母线遭短路时的电压。
4. 采用电抗值最小的高低压配电线路方案。架空线路的电抗约为0.4Ω/km，电缆线路的电抗约为0.08Ω/km。可见，在同样长度的架空线路和电缆线路上因负载波动引起电压波动是相当悬殊的。因此，条件许可时，应尽量优先采用电缆线路供电。
5. 在条件允许的情况下，尽量减少电缆长度，保证WK-55电压在5700V以上，合理的优化采矿设备的位置分布，尽量将WK-55电铲调到坑口离移动变电站较近的地方作业，保证为其的供电电缆长度不超过1200m。
6. 尽快形成35KV环坑A线，将负荷均匀分配，减轻366#35KV环坑线路负荷，降低366#35KV环坑线路压降，保证移动变电站一次侧电压达到35KV。
7. 配电变压器并列运行。变压器并列运行是减少变压器阻抗的惟一方法。
8. 大型感应电动机带电容器补偿 其目的主要为了对大型感应电动机进行个别补偿，使它 在整个负荷范围内都保持良好的功率因数。在线路结构上使电动机和电容器同时投入运行，所以一开始起动就有良好的功率因数，电动机较大的滞后起动电流和电容器较大的超前冲击电流的抵消作用，对电力系统电压波动起到了很好的稳定作用。
七、总结
总之，产生电压波动的原因多种多样，抑制电压波动的措施也很多。在这种大的露天煤矿，供配电网络系统比较复杂，用电设备较多，设备功率较大，所以供电网络系统存在的电压波动及线路压降属于正常现象，尽管我们通过以上措施对供电网络系统进行了优化，但是，WK-55电铲与495HR电铲相比，在电气系统的设计上还是存在很多缺陷，所以从铲上改进才能从根本上解决WK-55電压问题。
参考文献
[1] （美）邵特（Short，T.A.）著；徐政，译.配电可靠性与电能质量[M].机械工业出版社，2008.06
[2] 凤凰出版社委员会.电能质量电压波动和闪变[S].凤凰出版社，2008.05.16.
[3] 吴安官，倪保珊.中国电力出版社[M].电力系统线损分析与计算， 2013.3.
[4] 汤涌.科学出版社[M].电力系统电压稳定性分析.2011.10.
[5] 周孝信.电力系统可控串联电容补偿[M].科学出版社，2009年.
作者简介：秦少华（1971），高级工程师，1993年毕业于内蒙古煤炭工业学校，现任职于神华哈尔乌素煤炭分公司露天煤矿供电队队长。
范中华（1988），助理工程师，2011年毕业于内蒙古工业大学，现任职于神华哈尔乌素煤炭分公司露天煤矿供电队技术员。
作者简介：齐秀英，出生于1972年10月，现年44岁，女，内蒙古鄂尔多斯市人，现在选煤厂担任技术员工作工作。