煤礦供電中無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的研究及應(yīng)用

李冉　張林沖

【摘 要】隨著煤礦生產(chǎn)能力及其供電負(fù)荷的逐步增大，煤礦的生產(chǎn)設(shè)備也已經(jīng)由傳統(tǒng)的單一化、簡(jiǎn)單化朝著自動(dòng)化、多樣化方向發(fā)展，對(duì)于煤礦供電質(zhì)量等方面的要求也隨之逐步提高，傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置已經(jīng)無(wú)法滿足煤礦供電的整體需求，必須采用自動(dòng)化無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，全面推進(jìn)煤礦供電系統(tǒng)無(wú)功的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)煤礦供電質(zhì)量的逐步提高。鑒于此，本文重點(diǎn)就煤礦供電中無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】煤礦；無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)；應(yīng)用

對(duì)于多數(shù)煤礦企業(yè)而言，其所使用的用電設(shè)備多為感性負(fù)荷，不僅會(huì)對(duì)有功功率造成極大的消耗，還需要從電源入手，進(jìn)行超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)功率的吸取，從而使得功率發(fā)生較大幅度的降低。因此，為了實(shí)現(xiàn)負(fù)荷無(wú)功的有效減小，必須在煤礦供電中進(jìn)行無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用。

1、無(wú)功功率對(duì)煤礦供電系統(tǒng)的危害

對(duì)于煤礦供電系統(tǒng)而言，其中存在著大量的感性負(fù)荷，例如，變壓器或者三相異步電動(dòng)機(jī)，此類感性負(fù)荷會(huì)消耗系統(tǒng)大量的無(wú)功功率，并大幅度降低供供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，導(dǎo)致線路中的電壓產(chǎn)生巨大的損失，并進(jìn)一步增加電能的損耗。例如，采用變壓器對(duì)軌道順槽掘進(jìn)過(guò)程進(jìn)行供電，掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中系統(tǒng)的總功率為235kW，當(dāng)掘進(jìn)至1.3km時(shí)，就會(huì)發(fā)生機(jī)器啟動(dòng)困難、設(shè)備靈敏度降低等情況。因而需要對(duì)線路的導(dǎo)線進(jìn)行更換，將70mm2更換為95mm2，并對(duì)變壓器接線端子的分接頭位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便實(shí)現(xiàn)電源電壓方式的進(jìn)一步提高，通過(guò)一系列手段方可完成此掘進(jìn)任務(wù)。此例就是由于供電系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷過(guò)大而引起的，解決此類問(wèn)題必須采用無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

對(duì)于電網(wǎng)而言，其除了要進(jìn)行用電負(fù)荷有功功率的負(fù)擔(dān)以外，還需對(duì)負(fù)荷無(wú)功功率進(jìn)行負(fù)擔(dān)，有功功率P與無(wú)功功率Q之間的關(guān)系如下：

S=（P2+Q2）1/2

電網(wǎng)功率因數(shù)則為：cosΦ=P/S

功率因數(shù)cosΦ具有如下物理意義：線路視在功率S在對(duì)有功功率P的消耗進(jìn)行供給時(shí)所占據(jù)的百分?jǐn)?shù)，其還可以下式進(jìn)行表達(dá)：cosΦ= P/S=P/（30.5UI）。由此可見(jiàn)，在某電壓U值與電流I值下，將功率因數(shù)提高，則其所輸出的P值也將增大，由此可見(jiàn)，對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行改善可以有效發(fā)揮供電設(shè)備的能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備利用效率的大幅提高。

2、無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)在煤礦供電中的應(yīng)用

下文以某煤礦為例，對(duì)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)在該煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

2.1 供電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。該煤礦于年五十年代投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，經(jīng)過(guò)五十多年的發(fā)展，已經(jīng)成為了一個(gè)大規(guī)模礦井，不僅生產(chǎn)能力極大，而且設(shè)備復(fù)雜、用電負(fù)荷相當(dāng)高。該煤礦原來(lái)所使用的無(wú)功補(bǔ)償裝置即傳統(tǒng)的固定式無(wú)功補(bǔ)償裝置，在運(yùn)行過(guò)程中，其補(bǔ)償電容會(huì)隨著負(fù)荷改變而出現(xiàn)欠補(bǔ)或者過(guò)補(bǔ)的情況，從而導(dǎo)致功率因數(shù)出現(xiàn)大幅度的降低，此時(shí)，降壓站的值班人員必須不斷通過(guò)人為透切來(lái)對(duì)電容器的功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且，隨著直流絞車啟動(dòng)的停止，傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)法進(jìn)行線性跟蹤，因而造成平均功率因數(shù)偏低，具體而言，運(yùn)行時(shí)主要存在如下方面的問(wèn)題：

1）值班人員必須時(shí)刻進(jìn)行固定式無(wú)功補(bǔ)償裝置的監(jiān)控，并隨時(shí)做好調(diào)整的準(zhǔn)備，一旦忘記進(jìn)行補(bǔ)償電容的切除，將極易出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致功率因數(shù)出現(xiàn)大幅度的降低；2）對(duì)于副立井降壓站而言，其下屬配電所的固定無(wú)功補(bǔ)償裝置各組所配備的電容器最小容量為900kW，很難通過(guò)調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償使得電壓的質(zhì)量及功率因數(shù)達(dá)到最優(yōu)化；3）每天，值班人員都必須多次人為進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償開關(guān)柜的操作，因此極易產(chǎn)生失誤操作；4）由于無(wú)功補(bǔ)償需要人為進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而人力耗費(fèi)量較大。

2.2 無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償改造方案的優(yōu)化及確定

通過(guò)分析該煤礦的供電系統(tǒng)，采用了無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)對(duì)煤礦供電系統(tǒng)進(jìn)行了改造，并對(duì)改造方案進(jìn)行了確定。對(duì)于系統(tǒng)而言，其共配有五個(gè)變電所，其中，主變電所，即上文提到的副立井降壓站中的雙回路電源主要來(lái)自于當(dāng)?shù)仉姌I(yè)局的110kV/35kV變電站，煤礦的兩臺(tái)35kV的母聯(lián)開關(guān)均閉合，2、3號(hào)主變使用，1號(hào)主變?yōu)閭溆茫?kV的母線并列進(jìn)行運(yùn)行，兩段均存在補(bǔ)償電容器，分別為1440kVar。

當(dāng)供電系統(tǒng)向電網(wǎng)進(jìn)行有功功率的倒送過(guò)程中，其范圍處于2798-7494kW之間。當(dāng)供電系統(tǒng)從電網(wǎng)中進(jìn)行有功功率的吸收時(shí)，其范圍處于2756-7461kW之間。將兩集合進(jìn)行并集，結(jié)合余量應(yīng)取的最低限度是2700kW。若將無(wú)功功率當(dāng)作常量，此時(shí)，有功功率越大，相應(yīng)的功率因數(shù)也越大，反之則越小。若電網(wǎng)入線點(diǎn)所流經(jīng)的最小有功功率可以使功率因數(shù)在0.95以上，則即可確保任何情況下功率因數(shù)均超過(guò)0.95。若電網(wǎng)的入線點(diǎn)所流經(jīng)的無(wú)功功率是0.95，有功功率是2700kW時(shí)，此時(shí)根據(jù)功率因數(shù)的計(jì)算式子可對(duì)電網(wǎng)所吸收的無(wú)功功率進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算為887kvar。因此，只要確保從電網(wǎng)中所吸收的無(wú)功功率不超過(guò)887kvar，即可達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)方面的有關(guān)要求。

1）改造方案的確定。將主變電所之前的兩組1440kvar電容器中的其中一組進(jìn)行改造，將其改造為1800kvar的電容器，并進(jìn)行自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償方式的應(yīng)用；將另一組改造為2700kvar的固定補(bǔ)償，同時(shí)，結(jié)合1800kvar磁控電抗器來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面調(diào)節(jié)，這樣，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷相對(duì)較多時(shí)，可有效滿足負(fù)載對(duì)于無(wú)功方面的需求；若運(yùn)行的負(fù)荷相對(duì)較少，過(guò)補(bǔ)的容量不足1800kar時(shí)，采用MCR將過(guò)補(bǔ)無(wú)功功率進(jìn)行消除，若過(guò)補(bǔ)的容量超過(guò)了1800kva時(shí)，將對(duì)1800kvar的自動(dòng)補(bǔ)償電容進(jìn)行自動(dòng)切除，剩余通過(guò)磁控電抗器進(jìn)行消除。

2）改造方案的實(shí)施。經(jīng)調(diào)研采用了銀湖電氣設(shè)備有限公司的無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，并在主變電所進(jìn)行了安裝和運(yùn)行。系統(tǒng)主要包括了真空接觸器、TBBC高壓并聯(lián)電容、GWk-Z無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置、磁控電抗器及其相關(guān)控制裝置等。其不僅可以對(duì)該煤礦供電網(wǎng)絡(luò)無(wú)功功率進(jìn)行線性跟蹤，還可以無(wú)功負(fù)荷改變情況為依據(jù)對(duì)補(bǔ)償電容進(jìn)行自動(dòng)投切，以便對(duì)系統(tǒng)的功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。GWK-Z無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置主要是以模糊控制策略為依據(jù)，采用控制器對(duì)電壓無(wú)功進(jìn)行綜合性控制。電容器組主要是通過(guò)真空接觸器進(jìn)行投切，若控制器所檢測(cè)的無(wú)功功率大于設(shè)定值時(shí)，控制器能夠以需要為依據(jù)對(duì)電容器組的級(jí)數(shù)進(jìn)行投切，并將控制信號(hào)發(fā)出，對(duì)高壓真空開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)化合閘，此時(shí)電容器組即可投入到運(yùn)行中來(lái)。反之，控制器將發(fā)出信號(hào)斷開高壓真空開關(guān)，此時(shí)，電容器將停止工作。

3、結(jié)論

自應(yīng)用無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)以來(lái)，煤礦功率因數(shù)有了顯著的改善，日均功率因數(shù)維持在0.98以上，并獲得了十分顯著的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益，不僅有效減少了網(wǎng)損，還對(duì)系統(tǒng)的諧波進(jìn)行了有效的抑制，實(shí)現(xiàn)了無(wú)功電流的大幅減少，節(jié)約了大量的增容費(fèi)用，此外，此技術(shù)的應(yīng)用還有效避免了失誤操作的發(fā)生，保證了配電等有關(guān)人員的安全性，通過(guò)提高功率因數(shù)，推動(dòng)了煤礦供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的逐步改善。

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