煤礦企業(yè)自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置應(yīng)用分析

周青松

山東裕隆礦業(yè)集團(tuán)裕隆富祥煤礦，山東曲阜 273100

0 引言

在向用電負(fù)荷供電過程中，電力網(wǎng)要負(fù)擔(dān)用電負(fù)荷的有功功率P，還要負(fù)擔(dān)負(fù)荷的無功功率Q，有功功率、無功功率和視在功率之間存在如下關(guān)系，S=（P2+Q2）1/2，其中P/S=COSφ，COSφ即稱為電力網(wǎng)的功率因數(shù)，功率因數(shù)越高，說明電力網(wǎng)的利用率越高，在電力網(wǎng)中安裝無功補(bǔ)償裝置可提高功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)約資源，節(jié)約電能的目的，既有直接經(jīng)濟(jì)效益，又有社會(huì)效益，尤其對于煤礦企業(yè)，在生產(chǎn)過程中大部分負(fù)荷為三相異步電動(dòng)機(jī)，屬感性負(fù)荷，且為了提高設(shè)備的可靠性，電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)選型時(shí)裕度系數(shù)較大，造成電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率較低，一般在50%左右，必然造成功率因數(shù)偏低。

1 無功補(bǔ)償?shù)脑?/h2>

電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分，一是有功功率，二是無功功率.直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、熱能、化學(xué)能、光能等，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；不消耗電能，只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件，并且這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換，這部分功率稱為無功功率，如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能。電流在電感元件中作功時(shí)，電流超前于電壓90℃，而電流在電容元件中作功時(shí)，電流滯后電壓90℃。在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180℃。如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者的電流相互抵消，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小，從而提高電能作功的能力，這就是無功補(bǔ)償?shù)幕驹?

2 無功補(bǔ)償?shù)囊饬x

1）補(bǔ)償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率所占比例；

2）減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資，例如當(dāng)功率因數(shù)cosφ=0.8增加到cosφ=0.95時(shí)，裝1Kvar電容器可節(jié)省設(shè)計(jì)容量0.52Kvar；反之，增加0.52Kvar，對原有設(shè)備而言，相當(dāng)于增大了發(fā)、供電設(shè)備容量；

3）降低線損，由公式△P%=（1-cosφ1/cosφ0）X100%得出，其中cosφ1為補(bǔ)償后的功率因數(shù)，cosφ0為補(bǔ)償前的功率因數(shù)，則cosφ1＞cosφ0，△P%為線損率，因功率因數(shù)提高后，線路的無功電流減少，自然帶來線損的減少，經(jīng)計(jì)算可知，當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，有功損耗將降低20%～45%。所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了.減少設(shè)計(jì)容量，減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益.所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)；

4）節(jié)省電費(fèi)開支：無功補(bǔ)償提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲译妰r(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)；

5）提高設(shè)備的利用率。對于原有供電設(shè)備來講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減少，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備，從而滿足了負(fù)荷增長的需要；如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力。

3 煤礦企業(yè)無功補(bǔ)償應(yīng)用

煤礦用電屬于大工業(yè)用電，其電費(fèi)由基本電費(fèi)、電度電費(fèi)、力率調(diào)整電費(fèi)三部分組成，基本電費(fèi)按用戶變壓器安裝容量計(jì)算，電度電費(fèi)按用戶所消耗的電量計(jì)算，力率調(diào)整電費(fèi)則根據(jù)用戶力率水平的高低減收或增收的電費(fèi)，力率水平即指用戶功率因數(shù)的高低。

裕隆富祥煤礦當(dāng)?shù)毓╇姴块T設(shè)定的功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為0.9，力率調(diào)整電費(fèi)計(jì)算辦法如下：高于0.9時(shí)減收電費(fèi)，額度為：當(dāng)月電費(fèi)總額*（cosφ-0.9）/0.01*0.15%，低于0.9時(shí)增收電費(fèi)，額度為：當(dāng)月電費(fèi)總額*（0.9-cosφ）/0.01*0.5%。

裕隆富祥煤礦每月電費(fèi)在35萬元～40萬元，未投用無功補(bǔ)償前，功率因數(shù)在0.65～0.7之間，每月增收電費(fèi)2.5萬元～3萬元。

在地面變電所安裝了動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置后，功率因數(shù)控制在0.95左右，不但取消了增收電費(fèi)項(xiàng)目，每月還減收電費(fèi)2 000元～3 000元，年直接經(jīng)濟(jì)效益在35萬元以上，一年即可收回?zé)o功補(bǔ)償裝置投資。

裕隆富祥煤礦供電方式為高壓10kV直接入井，采用了就地補(bǔ)償?shù)姆绞剑鶕?jù)生產(chǎn)實(shí)際在地面變電所10kV母線段安裝了DS5型高壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置兩套，每個(gè)回路各1套，總補(bǔ)償容量為900kvar，分兩組不等容，第一組300kvar，第二組600kvar，采用專用投切開關(guān)對電容進(jìn)行投切，每組配6%的串聯(lián)電抗器用于抑制合閘涌流和防止電容器組與電網(wǎng)發(fā)生并聯(lián)諧振，采用DSK5020控制器進(jìn)行控制，達(dá)到如下功能：根據(jù)功率因數(shù)、無功需求量、電壓高低依據(jù)“先投先切”的原則自動(dòng)循環(huán)投切電容，當(dāng)某組電容出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)切除該組電容器并閉鎖，不影響整套裝置的正常投切，功率因數(shù)、無功需求量、電壓參數(shù)可以設(shè)置，根據(jù)設(shè)置的參數(shù)裝置自動(dòng)運(yùn)行，減少了人為干預(yù)，提高了裝置運(yùn)行的可靠性。

4 結(jié)論

無功補(bǔ)償方式有多種，以上僅就高壓集中補(bǔ)償方式進(jìn)行了探討，還有就地補(bǔ)償、分散補(bǔ)償?shù)榷喾N方式，企業(yè)采用哪種補(bǔ)償方式要根據(jù)企業(yè)供電系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，依據(jù)最佳的效果、最高的投資回報(bào)率，同時(shí)兼顧系統(tǒng)的安全性進(jìn)行確定。

[1]朱密科.煤礦供電技術(shù)[M].煤炭工業(yè)出版社，2007，8.

[2]靳龍章，丁毓山.電網(wǎng)無功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù)[M].中國水利水電出版社，1997，8.