淺議無功補償技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

陳玉 梁棟

摘 要：文章主要是闡述了無功補償裝置在煤礦供電系統(tǒng)中的作用，其最為明顯的優(yōu)勢就在于有良好的節(jié)電效益，且有較高的自動化程度，在使用過程中可以達到安全可靠的目的，有效地使電力系統(tǒng)中，功率因數(shù)增加，維護電壓穩(wěn)定，降低功率的損耗量，提升了供電的質(zhì)量，使煤礦電力系統(tǒng)可以全面地把設(shè)備的潛能和一些其他的優(yōu)勢發(fā)揮出來。

關(guān)鍵詞：煤礦；供電系統(tǒng)；無功補償裝置

引言

無功功率補償翻譯成英文就是Reactive power compensation，在日常生活中人們往往稱之為無功補償。無功補償裝置的關(guān)鍵是通過增設(shè)設(shè)備，提升電網(wǎng)系統(tǒng)中的功率因數(shù)，減少供電變壓器及輸送線路的損失，從而提升供電的工作效率，改進用電環(huán)境。所以，從這一意義上來看，無功功率補償裝置在電力企業(yè)的供電系統(tǒng)中發(fā)揮著比較重要的作用，合理地對補償裝置做出選擇，可以從根本上降低電網(wǎng)的損耗，同時還可以進一步改進電網(wǎng)的工作質(zhì)量。相反，如果我們未能正確地選擇好相應(yīng)的裝置，則很有可能會產(chǎn)生供電系統(tǒng)，電壓波動等現(xiàn)象。就當(dāng)前的煤礦企業(yè)來看，由于井下供電系統(tǒng)有較長的供電距離，且線路長，所以就會導(dǎo)致煤礦挖掘發(fā)動機長期連續(xù)作業(yè)，功率過大超出電動機功率因數(shù)所能承載的范圍，同時供電線路的通電電流和電壓負荷過重，極容易對電動機的正常性能造成損耗或者老化，極大地增加了電器事故，并增加了設(shè)備的維修支出，同時還會影響地下煤礦的生產(chǎn)作業(yè)的安全。在煤礦工作的電力系統(tǒng)中，無功功率所增加的用電量會增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，所以為了應(yīng)對該問題，使企業(yè)的經(jīng)濟效益得以提升，保證礦井供電質(zhì)量，減少電器發(fā)生的事故，我國的大型煤礦使用用電設(shè)備大都為感性負荷。

1 無功補償?shù)南嚓P(guān)問題

1.1 功率因數(shù)的內(nèi)涵

功率因數(shù)實質(zhì)是借助數(shù)學(xué)中的用三角函數(shù)COSΦ表示電網(wǎng)中電流和電壓的相位差余弦。在功率的三角形里，其中的二條直角邊，有一條表示的是有功功率（P），另一個是用來表示無功功率（Q），而視在功率則用斜邊來表示，記作字母（S），P直線和S直線間的夾角即有功功率和視在功率的夾角就是功率因數(shù)角。功率因數(shù)則是該夾角的相位差余弦數(shù)值。在正常的煤礦供電系統(tǒng)中，功率因素作為預(yù)測電能利用情況和電力設(shè)備使用情況的一個關(guān)鍵性指標(biāo)，通過測量功率因數(shù)值的大小能夠準(zhǔn)確反映上述的電力利用情況外，當(dāng)電力功率因數(shù)越大，即無功功率數(shù)值越少，所以認(rèn)為大部分的電力功率都能有效過渡給有功功率。

1.2 礦井電網(wǎng)中功率因素對其運行的影響

（1）假設(shè)輸送的是大小相等的有功功率，功率因數(shù)減少，就會使總的傳輸電流上升，電網(wǎng)系統(tǒng)負荷超載導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生損失的現(xiàn)象。（2）功率因數(shù)降低時，無功功率增加，總電流就增加了，從而使發(fā)電機的輸出功率進一步下降。（3）功率因數(shù)減少時，將使變壓器及線路的電壓有所增加。尤其是受到了沖擊負載的情況下，就會使變壓器出現(xiàn)調(diào)壓困難，甚至是變壓器的性能被破壞。當(dāng)功率因數(shù)值太低時，可以通過并聯(lián)電力容器的辦法提升功率因數(shù)值，此時電網(wǎng)系統(tǒng)中電力受到?jīng)_擊負載，無功功率發(fā)生大幅度的波動，借由晶閘管投切電容器、相控電抗器等辦法維持無功功率的數(shù)值水平，從而實現(xiàn)功率過低的補償。

1.3 增強功率因數(shù)的辦法

1.3.1 科學(xué)使用電能

（1）在電氣裝置的選擇上遵循合理科學(xué)的原理。（2）當(dāng)電動機沒有電壓承載時，不允許開動電動機，禁止空轉(zhuǎn)。（3）對于電壓的選取要根據(jù)實際情況而定。（4）盡量避免一臺變壓器進行負荷電壓的調(diào)節(jié)工作。（5）電壓的接線方式采用小負荷異步電動機定子線卷進行。（6）定時對設(shè)備進行檢修工作，提高設(shè)備性能和使用壽命。（7）對于負荷限額低于45%水平的異步電動機予以及時的更替。

1.3.2 無功功率的補償手段

（1）增加靜電電容器。（2）把同步電動機和調(diào)相繼充當(dāng)同步的補償工具。（3）異步電動機和電網(wǎng)功率同步化。

2 無功補償?shù)淖饔?/p>

無功補償使用以后，有多個作用，其最為突出的作用有以下五點：（1）提升用戶的功率因數(shù)，以改進電工設(shè)備的利用效率。（2）降低電力網(wǎng)絡(luò)的有功損耗。（3）科學(xué)地把控電網(wǎng)系統(tǒng)中無功功率的變化，提升電壓和系統(tǒng)電能的水平，增加電網(wǎng)系統(tǒng)中對于其他干擾因素的防御指數(shù)，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（4）增設(shè)無功補償設(shè)備，設(shè)置了適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，有效改善電網(wǎng)系統(tǒng)中電力的傳輸速率和性能，使無功功率維持在穩(wěn)定的數(shù)值水平上。（5）增設(shè)無功補償設(shè)備，除了上述優(yōu)點外，還能完善電壓的波形，有效解決了可能會出現(xiàn)的電壓波形分量、分流等情況，同時電容器、變壓器等設(shè)備還有效地規(guī)避由于高諧波而損耗電網(wǎng)所導(dǎo)致的部分過熱現(xiàn)象。

3 無功補償技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

3.1 降低供電線路的功率損耗

3.1.1 供電線路的功率損耗

當(dāng)前，電網(wǎng)系統(tǒng)中的功率包括無功功率以及因使用供電裝置而產(chǎn)生的有功功率兩種。在正常的電網(wǎng)電流傳輸過程中，往往會發(fā)生有功電流傳輸夾雜著無功電流傳輸?shù)默F(xiàn)象，使得整體的電網(wǎng)系統(tǒng)電流增加。在三相供電線路中功率耗損主要是因為視在電流在線路發(fā)生電流傳輸時會形成熱量的損耗，從而增加了線路的功率，形成了功率損耗。按照目前的現(xiàn)狀可知，煤礦供電的系統(tǒng)的功率因數(shù)的數(shù)值大多維持在0.65的均值水平上，可謂不低不高。當(dāng)增設(shè)無功補償設(shè)備時，此時電網(wǎng)中電流和電壓的相位差余弦數(shù)值會達到0.95，有利于實現(xiàn)供電線路的功率損耗有所降低。

3.1.2 降低電費

按照我國水利部的規(guī)定文件可知，不同的用電用戶，當(dāng)電網(wǎng)的功率因數(shù)滿足下列三種其中的標(biāo)準(zhǔn)值時，能夠?qū)崿F(xiàn)電費成本的減少：（1）從事農(nóng)業(yè)的用電用戶，要求其用電的功率因數(shù)高于0.8。（2）從事正常作業(yè)的用電用戶，要求其功率因素高于0.85。（3）從事特殊工種的高壓用電用戶，則要求其用電的功率因數(shù)超過0.9。所以，針對上述的文件的規(guī)定，用電用戶想要減少電費成本，在進行無功功率補償時，要求補償后的功率因數(shù)值不得高于0.92、0.94、0.95.一旦超出上述數(shù)值，不但不會降低電費，而會使增加電費成本。

3.2 改進線路供電能力

我們可以以山西某煤礦的三部皮帶作為具體的實例，在進行電網(wǎng)功率補償前，接入線路負載電流容量為175安的線路電流和截面寬度為65平方毫米的電纜當(dāng)作第一供電線路。加設(shè)完成電網(wǎng)功率的補償設(shè)備后，供電線路的負載電流就變成了132安，選取了截面面積為50平方毫米的電纜線路實現(xiàn)電纜負載電流的充分供給。同時，補償后，供電線路的負載電流減少了48安，所以供電系統(tǒng)所需電壓也降低，只要選取小的變壓器容量即可滿足電網(wǎng)系統(tǒng)的需求。另外，在該案例中。增設(shè)補償后，原來70平方毫米的電纜更替為使用50平方毫米的電纜。供電線路電纜全長450米，足足減少了約1.2萬元的電纜成本費用，變壓器的選取也節(jié)約了設(shè)備的費用，大大節(jié)省了設(shè)備的支出成本。

3.3 降低了供電線路電壓損失

電網(wǎng)中承載的電流減少，電壓損失降低，保證了電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行，從而有利于電力設(shè)備保持礦山負荷運動。

3.4 減少了礦井電氣事故發(fā)生的概率

在進行無功補償前，電網(wǎng)系統(tǒng)的無功電流有可能造成電纜、變壓器等的絕緣下降速度有所加快，并使電路產(chǎn)生短路，最終導(dǎo)致發(fā)生傷人事件。緊接著，由于電壓降增大，一些機電難以啟動，使得電機、開關(guān)等部件開始被燒壞，極大地影響了安全生產(chǎn)。而進行了無功補償以后，系統(tǒng)電流相對較小，所以發(fā)生上述事故也就不大可能發(fā)生了。

4 結(jié)束語

根據(jù)我們上面的分析，我們對無功補償技術(shù)的優(yōu)勢與劣勢都有一個全面的把握，如在煤礦安裝、運用無功就地補償裝置，明顯地提高了節(jié)電的效果，同時也改進了自動化，從而使得用電更加安全可靠，而且還提高了電網(wǎng)質(zhì)量。所以，我們要利用這一技術(shù)為四化建設(shè)做貢獻。

參考文獻

[1]賈雯杰，汪毅，滕春陽.MCR無功補償技術(shù)在礦井提升機中的應(yīng)用[J].煤礦機械，2011（8）.

[2]崔伯明.淺談無功補償技術(shù)在煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國產(chǎn)業(yè)，2011（1）.

[3]楊鵬飛，王立河.自動無功補償系統(tǒng)在車集選煤廠的應(yīng)用[J].中州煤炭，2010（9）.

[4]趙剛?cè)?無功補償節(jié)能技術(shù)在孟津煤礦的應(yīng)用[J].中州煤炭，2009（8）.

[5]Samra，A.H.，Toro，M.，Sim，S.R.Load management implementation，a method of improving financial performance in power systems[J]. Industry Application Conference，1995.