無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

康蘇珍

(陽(yáng)泉固莊煤礦,山西 陽(yáng)泉 045000)

當(dāng)前我國(guó)煤炭生產(chǎn)發(fā)展的趨勢(shì)逐步走向大型化、集中化、智能化,煤礦井下采、掘、運(yùn)設(shè)備的功率也隨之不斷增大,對(duì)于供電系統(tǒng)質(zhì)量、效率、降耗的要求也隨之提高,為此,一些不能適應(yīng)當(dāng)前發(fā)展要求的設(shè)備和技術(shù)也需要進(jìn)行改進(jìn)[1],本文所述的無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的應(yīng)用正是為了改善當(dāng)前煤礦井下供電系統(tǒng)質(zhì)量而進(jìn)行的技術(shù)應(yīng)用研究。

1 煤礦井下供電系統(tǒng)現(xiàn)狀分析及改進(jìn)方案

1.1 現(xiàn)狀分析

某礦榆林垴配電室主供本礦丈八井下、九尺井下、空壓機(jī)房、五號(hào)風(fēng)機(jī)房等動(dòng)力負(fù)荷,裝機(jī)容量達(dá)4 926 kW,由于煤礦生產(chǎn)班次的特殊需要,日負(fù)荷變化較大。在礦井供電過(guò)程中出現(xiàn)功率因數(shù)變化較大,致使設(shè)備容量得不到充分的利用,噸煤產(chǎn)量電耗增大,尤其是井下大功率電力電子調(diào)速產(chǎn)品的應(yīng)用,產(chǎn)生大量的諧波電流涌入電網(wǎng),直接影響了礦井自動(dòng)控制裝置及通信設(shè)備的正常運(yùn)行,對(duì)礦井安全造成一定威脅。加之大型負(fù)載周期性啟動(dòng),造成電壓波動(dòng),嚴(yán)重影響了礦井正常生產(chǎn)。本礦榆林垴配電室設(shè)計(jì)為單母線分段供電模式,該配電室原配有兩套固定式408 kvar、6 kV高壓補(bǔ)償電容器,靠35 kV變電所人工監(jiān)控功率因數(shù)情況,指揮值班員進(jìn)行電容器投切。

1.2 改進(jìn)方案

1.2.1 原因分析及改進(jìn)方案

隨著煤礦機(jī)械化水平的不斷提高,原配套使用的408 kvar固定式高壓補(bǔ)償電容器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在的供電網(wǎng)絡(luò),經(jīng)認(rèn)真分析研判,致使本礦供電網(wǎng)絡(luò)功率因數(shù)變化較大,有時(shí)低于0.7的情況,主要是因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程中負(fù)荷的不均衡造成,補(bǔ)償采用的固定式408 kvar補(bǔ)償電容器組遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)要求。經(jīng)過(guò)技術(shù)理論分析,認(rèn)為在榆林垴配電室采用兩套DWK3型高壓電容無(wú)功功率補(bǔ)償控制器,對(duì)榆林垴配電室進(jìn)行無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償[2]。

1.2.2 方案實(shí)施

在榆林垴配電室6 kV高壓進(jìn)線總控柜電流互感器二次中相取電流信號(hào),在配電室6 kV電壓互感器二次取電壓信號(hào),通過(guò)兩信號(hào)收取的數(shù)據(jù)運(yùn)算實(shí)時(shí)控制并聯(lián)電容器組的投切,系統(tǒng)所需無(wú)功功率就根據(jù)負(fù)荷變化情況進(jìn)行自動(dòng)投切供給,保持系統(tǒng)較高的功率因數(shù)系數(shù)。補(bǔ)償后現(xiàn)場(chǎng)功率因數(shù)可提高至0.95以上,節(jié)能效果、功率因數(shù)控制平穩(wěn)均可達(dá)到技術(shù)要求。在選用無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償時(shí),必須根據(jù)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)確定自動(dòng)補(bǔ)償裝置的容量。

2 無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置電容器容量確定

某礦榆林垴配電室的無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的應(yīng)用,主要是根據(jù)負(fù)荷變化的需要,通過(guò)電容器分組投入或切除調(diào)節(jié)供電系統(tǒng)中的無(wú)功功率,也就是使用開(kāi)關(guān)設(shè)備分級(jí)地調(diào)節(jié)電容器補(bǔ)償容量,穩(wěn)定供電設(shè)備受電端電壓,提高本礦供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。

2.1 補(bǔ)償前平均功率因數(shù)確定計(jì)算

由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量榆林垴配電室的無(wú)功功率時(shí)耗時(shí)長(zhǎng)、不易測(cè)量等原因,通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)視榆林垴配電室所安裝的多功能數(shù)字顯示儀,采集6 kV高壓進(jìn)線總控開(kāi)關(guān)運(yùn)行功率、電壓、電流等數(shù)據(jù)?？傻贸鋈缦聰?shù)據(jù):

正常維修時(shí):平均功率750 kW左右;電壓6.4 kV;工作電流105 A(無(wú)補(bǔ)償)。

正常生產(chǎn)時(shí):平均功率1 500 kW左右;電壓6.3 kV;工作電流210 A(無(wú)補(bǔ)償)。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算補(bǔ)償前平均功率因數(shù)。

正常檢修時(shí):

正常生產(chǎn)時(shí):

式中:cosΦ1為正常檢修(生產(chǎn))時(shí),補(bǔ)償前平均功率因數(shù);P為運(yùn)行功率,kW;U為電網(wǎng)電壓,kV;I為運(yùn)行電流,A。

由上可知,在無(wú)補(bǔ)償情況下,某礦供電系統(tǒng)功率因數(shù)較低,為此,原有在配電室裝配了兩套固定式408 kvar、6 kV高壓補(bǔ)償電容器,靠35 kV變電所人工監(jiān)控功率因數(shù),值班員進(jìn)行電容器投切,經(jīng)常出現(xiàn)不能及時(shí)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和操作滯后于電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況的問(wèn)題,在保持較高的功率因數(shù)和電網(wǎng)電能的高效利用上,操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大,且不精確、不科學(xué),技術(shù)手段落后,因此,要進(jìn)行技術(shù)改進(jìn),在系統(tǒng)中采用無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,功率因數(shù)可達(dá)并保持在0.85～0.9。

2.2 補(bǔ)償容量的確定

2.2.1 公式計(jì)算確定

可以根據(jù)負(fù)荷的最大功率、補(bǔ)償前的功率因數(shù)及要求補(bǔ)償后達(dá)到的功率因數(shù),用下式計(jì)算確定:

Q=αP(tanΦ1-tanΦ2).

式中:Q為所需補(bǔ)償?shù)目偀o(wú)功功率kvar;α為平均負(fù)荷系數(shù),取0.7～0.8;P為用戶最大負(fù)荷,kW;tanΦ1為補(bǔ)償前平均功率因數(shù)角;tanΦ2為補(bǔ)償后平均功率因數(shù)角。

2.2.2 查表法確定

查每千瓦負(fù)荷所需無(wú)功功率補(bǔ)償率值表[1]確定補(bǔ)償率值,計(jì)算容量。

2.2.3 本次利用查表法計(jì)算確定

計(jì)算步驟:

采用Q=αPq,假設(shè)榆林垴配電室現(xiàn)無(wú)任何補(bǔ)償裝置,根據(jù)固定長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷計(jì)量報(bào)表統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(不包括井下生產(chǎn)班運(yùn)行負(fù)荷),計(jì)算得某礦榆林垴配電室平均輸出功率僅為720 kW。

1)電容器長(zhǎng)期投入無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘?

Q1=αPq

=0.7×720×0.87

=451 kvar.

式中:Q1為所需長(zhǎng)期補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率, kvar;α為平均負(fù)荷系數(shù),取0.7～0.8;P為固定長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷,kW;q為每kW負(fù)荷所需無(wú)功功率補(bǔ)償率值。

當(dāng)cosΦ1=0.64,cosΦ2=0.95時(shí),查出q=0.87 kvar/kW;α=0.7;P=720 kW。

取整數(shù)Q1=450 kvar。即將450 kvar電容器做為長(zhǎng)期投入無(wú)功補(bǔ)償容量保持不變。

2)自動(dòng)補(bǔ)償裝置補(bǔ)償容量計(jì)算:

Q2=αPq

=0.7×1 500×0.87

=913.5 kvar.

式中:Q2為負(fù)荷最大時(shí)所需補(bǔ)償?shù)目偀o(wú)功功率,kvar;α為平均負(fù)荷系數(shù),取0.7～0.8;P為井下生產(chǎn)時(shí)最大負(fù)荷,kW;q為每kW負(fù)荷所需無(wú)功功率補(bǔ)償率值。

井下生產(chǎn)班次時(shí),負(fù)荷急劇增加,榆林垴配電室平均輸出功率為1 500 kW(根據(jù)計(jì)量報(bào)表),查出當(dāng)cosΦ1=0.64,cosΦ2=0.95時(shí),q=0.87 kvar/kW,α=0.7。

取整數(shù)Q2=900 kvar.

3)在生產(chǎn)班次時(shí),自動(dòng)投切容量為:

Q=900-450=450 kvar.

式中:Q為無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置所需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率,kvar,也即無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置的容量。

無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置的容量確定為450 kvar,選取450 kvar容量的無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置,可滿足礦井供電的需要。

3 應(yīng)用效果

1)節(jié)能顯著。榆林垴配電室采用無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置后,提高了功率因數(shù)系數(shù),減少了本礦電費(fèi)支出。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行分析每年節(jié)省電量60萬(wàn)kW·h～80萬(wàn)kW·h,固莊煤礦平均電價(jià)0.4元/(kW·h),可節(jié)省電費(fèi)24萬(wàn)元～32萬(wàn)元。

2)提高了供配電設(shè)備供電能力。對(duì)于一定容量的用電負(fù)荷,當(dāng)其有功功率為一定值時(shí),功率因數(shù)越低,需要提供的電流越大。進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償后,所需無(wú)功電流大部分由電容器組供電,設(shè)備的供電能力得到提高。

3)延長(zhǎng)電氣設(shè)備使用壽命。采取無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置后,由于線路上無(wú)功電流減少,其線路電壓降也相應(yīng)減少,供電線路電壓有所提高,改善了用電設(shè)備受電端電壓,控制開(kāi)關(guān)故障率也隨之降低,使用壽命得到了增加,減少日常維護(hù)費(fèi)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置在某礦榆林垴配電室的應(yīng)用,解決了以往采用固定式補(bǔ)償裝置帶來(lái)的因生產(chǎn)班次、負(fù)荷變化大等原因帶來(lái)的一系列安全供電中的隱患問(wèn)題,改善和穩(wěn)定了用電設(shè)備受電端的電壓,提高了供電系統(tǒng)的功率因數(shù),減少了供配電設(shè)備及輸電線路有功電能的損耗,最為明顯的有形效益就是節(jié)約了電費(fèi)24萬(wàn)元～32萬(wàn)元,無(wú)形效益也很可觀。綜上分析,無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置在我礦榆林垴配電室的應(yīng)用,發(fā)揮了投資少、見(jiàn)效快、收益高、操作簡(jiǎn)單、節(jié)能效果非常明顯可觀的特點(diǎn)。

[1] 李正祥.煤礦機(jī)電工程師技術(shù)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2010.

[2] 顧永輝.煤礦電工手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2009.