淺析煤礦供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

神華寧煤集團(tuán)麥垛山煤礦 海英林

淺析煤礦供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

神華寧煤集團(tuán)麥垛山煤礦 海英林

通過比較煤礦供電系統(tǒng)無功功率的起因及缺陷，本文介紹了無功補(bǔ)償原理、方式選擇、補(bǔ)償容量的計(jì)算方法，以及工礦企業(yè)進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)囊饬x，并提出控制無功功率的具體操作辦法。結(jié)合實(shí)例，分析其在廠礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，說明工礦企業(yè)采用無功補(bǔ)償技術(shù)的重要性以及運(yùn)用無功補(bǔ)償所的整體效益。

供電系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償 節(jié)能 應(yīng)用 功率因數(shù)

對(duì)于無功平衡而言，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益和改善供電質(zhì)量是至關(guān)重要的。伴隨飛速發(fā)展的電力工業(yè)，超高、特高壓電網(wǎng)逐步運(yùn)轉(zhuǎn)，人們對(duì)供電質(zhì)量及可靠性的要求穩(wěn)步提高。這極大加劇了超高壓大電網(wǎng)的形成及負(fù)荷變化。要求大量快速響應(yīng)的可調(diào)無功電源來調(diào)整電壓，維持系統(tǒng)無功潮流平衡，減少損耗，提高供電可靠性。諸如煉鋼電弧爐、電氣化鐵道、可逆式大型軋鋼機(jī)等動(dòng)態(tài)變化的非線性負(fù)荷在運(yùn)行時(shí)，其有功與無功功率隨時(shí)間作快速變化，導(dǎo)致供電電壓波動(dòng)或閃變、波形畸變、功率因數(shù)惡化以及不平衡負(fù)荷引起三相電壓動(dòng)態(tài)不平衡，從而使電網(wǎng)電能質(zhì)量惡化。

一、井下供電總論

在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其對(duì)于電力用戶，一項(xiàng)重要指標(biāo)是功率因數(shù)。用電負(fù)荷的功率因數(shù)增大可使發(fā)、變電設(shè)備和輸電線路的性能發(fā)揮良好；各級(jí)供電線路與供電變壓器的功率損失減小、電壓損失、且節(jié)約電能?，F(xiàn)在，煤礦供電系統(tǒng)重點(diǎn)運(yùn)用集中補(bǔ)償?shù)姆椒ㄔ龈吖β室驍?shù)，即采取在礦井地面供電系統(tǒng)的6kV母線上并聯(lián)電力電容器，增大功率因數(shù)?？烧{(diào)節(jié)電網(wǎng)功率因數(shù)，有效提升電網(wǎng)供電質(zhì)量和程度。以曉南煤礦供電為例，討論應(yīng)用前景。

隨著采掘機(jī)械化水平的提高，曉南煤礦原產(chǎn)煤量的大力提高，顯著增強(qiáng)工作面電氣設(shè)備總?cè)萘亢蛦螜C(jī)功率，供電距離增長(zhǎng)。因?yàn)橛秒娫O(shè)備自身無功功率損耗，引起井下電網(wǎng)功率因數(shù)為0.65。這降低了供電設(shè)備設(shè)施的運(yùn)用頻率，且增加了供電線路的損耗功率。

二、無功就地補(bǔ)償理論

將靜電電容器并聯(lián)于電網(wǎng)末端的感性負(fù)載之上，執(zhí)行無功功率補(bǔ)償，減小系統(tǒng)的無功功率以及增大電網(wǎng)功率因數(shù)，即為無功就地補(bǔ)償技術(shù)。

補(bǔ)償之前，線路電流i1低于電壓Φ1電角度，運(yùn)用靜電電容器執(zhí)行無功功率補(bǔ)償后，線路電流i2落后于電壓Φ2電角度，由于Φ1大于Φ2，故cosΦ1小于cosΦ2，即補(bǔ)償后的功率因數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于補(bǔ)償前的值。因此，可通過靜電電容器執(zhí)行無功功率補(bǔ)償，提高電網(wǎng)功率因數(shù)。

三、應(yīng)用前景分析

1.降低供電線路的功率損耗

（1 ）供電線路的功率損耗

現(xiàn)在，用電設(shè)備無功功率是從電力系統(tǒng)向用電設(shè)備提供有功功率，以及所屬的無功功率。因此，在輸送有功電流的時(shí)侯，還需要傳送無功電流，增加總電流。

三相供電線路中的功率損耗主要是流過供電線路視在電流在線路電阻上的熱損耗。即：

式中 P1——三相供電線路損耗，kW

R——供電線路每相的直流電阻，Ω

得出P1與cos2Φ成反比。目前，煤礦井下低壓電網(wǎng)自然功率因數(shù)較小（約0.65）。采取無功就地補(bǔ)償裝置，可使cosΦ升至0.95。在負(fù)載穩(wěn)定的條件下，可降低供電線路的功率損耗。

（2 ）節(jié)約電力

以鐵煤集團(tuán)曉南礦西三三部皮帶輸送機(jī)作作為樣例，比較無功補(bǔ)償裝置安裝在配電點(diǎn)受入開關(guān)后面。

補(bǔ)償前，供電線路的功率損耗為6.7kW；補(bǔ)償后，供電線路的功率損耗為3.6kW。補(bǔ)償后供電線路的功率損耗減少3.1lkW。

皮帶工作18h/每天，年工作350天，則年節(jié)約電力為19530度；按平價(jià)電費(fèi)0.468元/度計(jì)算，年節(jié)電費(fèi)9140元。

2.提高線路供電能力

以西三三部皮帶為例，補(bǔ)償前的線路負(fù)載電流為180A，根據(jù)電纜長(zhǎng)時(shí)允許載流量選擇截面積為70mm2的電纜作為供電線路。補(bǔ)償后線路負(fù)載電流為132A，根據(jù)電纜長(zhǎng)時(shí)允許載流量供電電路就可以選擇截面積為50mm2的電纜。70mm2電纜單價(jià)117元/m，50mm2電纜單價(jià)為88元/m，供電線路電纜450m。所以，各配電點(diǎn)可節(jié)約投資1.2萬元左右。同時(shí)，由于負(fù)載電流降低了48A，可選擇容量小的變壓器，以節(jié)約投資，也可提高當(dāng)前變壓器的負(fù)載水平。

3.減少供電線路電壓損失

補(bǔ)償前供電線路電壓損失為5.61%，補(bǔ)償后線路電壓損失為4.82%，補(bǔ)償后線路電壓損失減少了0.79%。井下供電電壓額定值為690V，補(bǔ)償后供電線路電壓降減少49.3V，有利于用電設(shè)備重負(fù)荷運(yùn)動(dòng)。

四、結(jié)論

結(jié)合無功就地補(bǔ)償技術(shù)之優(yōu)缺點(diǎn)，得出在煤礦安裝、運(yùn)用無功就地補(bǔ)償裝置，可有效改善電網(wǎng)質(zhì)量、節(jié)約電力、減少安裝材料資金，取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。這將有極好的應(yīng)用前景。

[1]王靜爽.煤礦電網(wǎng)微機(jī)監(jiān)控測(cè)量保護(hù)系統(tǒng)[J].河北建筑科技學(xué)院學(xué)報(bào).2002(01)

[2]陶崢.截割部減速器水力測(cè)功試驗(yàn)加載系統(tǒng)研究[J].煤礦機(jī)電.2006(03)

[3]吳皓駒.礦用防爆電器機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀及展望[J].煤礦自動(dòng)化.2006(03)

[4]傅桂興.亓學(xué)廣.黃珍成.特大型現(xiàn)代化礦井高壓漏電保護(hù)系統(tǒng)的研制[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào).2004(03)

[5]梁曉劍.電力系統(tǒng)諧波及其抑制技術(shù)的研究[D].廣西大學(xué).2007(10)

[6]黃振華.基于虛擬儀器的電力參數(shù)及FACTS裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[D].清華大學(xué).2006(05)

[7]李長(zhǎng)峰.無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置在煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭工業(yè).2008(05)