試析煤礦供電中無功補償裝置的設計與應用

侯易奇

（貴州省煤礦設計研究院，貴州貴陽 550025）

試析煤礦供電中無功補償裝置的設計與應用

侯易奇

（貴州省煤礦設計研究院，貴州貴陽 550025）

在煤礦開采中，供電系統(tǒng)是支撐所有工作正常進行的關鍵，其中供電中無功補償裝置發(fā)揮著重要作用，無功補償裝置不僅可以改善沖擊性負荷工作時對電網的損害，又可以提高電網的電能質量，節(jié)約能源，提高煤礦開采的經濟效益與社會效益，因此，對煤礦供電中無功補償裝置的設計與應用進行探討非常重要。本文就煤礦供電中無功補償的工作原理、配置要點、事例三個部分加以簡要分析。

煤礦 供電 無功補償 設計 應用

煤礦行業(yè)在我國國民經濟中占有非常重要的位置，是我國能源供應的主要渠道，隨著經濟的發(fā)展，現代礦井隨著快速發(fā)展，逐漸由人工操作轉為機械化操作，并且機械化程度越來越高，越來越多的大型機械應用于煤礦領域［1］。但是，煤礦的用電設備功率越大，其所帶來的感性復合與電網供電電源功率耗損越來越多，礦井之下的供電質量、供電效率不斷下降，與此同時，電能浪費非常嚴重。針對這樣的問題，優(yōu)化設計煤礦供電無功補償裝置非常關鍵，這是解決這樣問題的有效途徑。

1　煤礦供電中無功補償的工作原理

煤礦供電電網的電力負荷裝置一般都是感性負荷，例如，電動機、變壓器，在這些裝置處于運行狀態(tài)時必須為其提供相應的無功功率，這樣才能保證裝置正常工作。一般情況下，在煤礦供電系統(tǒng)中連接無功補償設備，一方面可以彌補感性負荷造成的無功功率消耗，另一方面可以降低電網為感性負荷輸送無功功率。所以，正是由于電網中的無功功率量降低了，才有可能減少低壓線路以及變壓器的電能浪費，這樣的工作方式就是煤礦供電中無功補償的工作原理。目前，在理論上，對無功功率補償的定義為：將帶有容性功率負荷的供電裝置以及感性功率負荷的供電裝置并聯(lián)在相同的線路上，以此來達到能量循環(huán)流轉的目的。如此以來，感性負荷在運行中需要的無功功率會以可由容性負荷運行中產生的無功功率所補償，這樣的結果就是煤礦的用電條件被改善，所使用的電網電壓質量被提高，在最大限度上消除電力設備開始工作時產生的電流沖擊，而且使用無功補償還會提高煤礦的經濟效益與社會效益。

2　煤礦電網無功補償設備的配置要點

（1）井上變電站無功補償的配置要點。在煤礦中井上變電站輸出的無功補償一般都是補償變壓器的無功耗損，但是也有補償負荷側無功補償的情況。無功補償的方式一般為：根據主變壓器所能容納的電量，按著20%左右進行配置無功補償，在選擇無功補償量時要按著一年之內最多的無功補償量95%配置，并按照期望功率進行計算。

（2）井底配電峒室補償容量的配置要點。煤礦井底的配電峒室在選擇無功補償量時，需要根據裝置容量年供電最大使用量的70%計算負荷，按著80%的負荷功率因數計算，并且功率因數的最大負荷要超過95%［2］。為了配置方便也可以根據最大負荷的30%左右來配置配電峒室的補償容量。

（3）不規(guī)則補償容量的配置要點。不規(guī)則補償容量的配置隨機性很強，在配置時可以選擇空載電流計算法，也可以選擇經驗系數法，另外，還可以選擇現場測試法，這種方法的配置精確度非常高，不僅可以用于一般情況下的感性負荷無功補償，又可用于感性負荷的就地無償功率量計算，是一種非常實用的無功補償方式。

（4）無功補償節(jié)點的配置要點。無功補償節(jié)點可以分為三種方式，一種為集中補償與分散補償，一種為高壓補償與低壓補償，還有一種為調壓與降損的補償。這三種無功補償方式側重點不同，因此，被用于不同的配電設備中。例如，煤礦高壓配電網大部分都是以井上變電站的集中補償為主，低壓配電網中以配電降壓補償為主，而中壓配電網中大都以井底配電峒室補償為主，配電網中的就地平衡補償通常以隨機補償為主。

（5）無功補償方法的選取。第一，煤礦電網的電力負荷是動態(tài)配置、發(fā)展的，因此，在實際工作中使用固定電容器補償只能起到一定補償作用，而不能實現全部無功功率補償，剩余無功功率并不能得到很好的處理，如果電容器的電容納量達不到使用標準，補償效果微乎其微，如果電容器的電容納量太大，就會使得一部分無功功率得不到有效利用而造成浪費［3］。所以，實施動態(tài)跟蹤無功功率補償是解決功率補償問題的重要途徑。第二，根據電網負荷的性質選取相應的補償方式。例如，井上變電站的無功負荷增定性很強，但是變動規(guī)模大，所以要選用電容器分組自動跟蹤投切無功補償裝置進行無功補償。又如，如果煤礦配電裝置的無功補償變動比較大，并且變動的頻率也不大，可以選用線性動態(tài)無功補償裝置下的載調感式鐵心電抗器。

3　煤礦供電中無功補償裝置應用實例

煤礦開采中的主提升機以及副提升機是煤礦開采的主要承受裝置，其所帶有的負荷為沖擊性負荷，這種裝置的功率因數不高，致使電網供電系統(tǒng)所產生的電壓不穩(wěn)，具有很大的波動性，這非常不利于煤礦開采工作的實施，會給整個煤礦開采工作帶來不便，影響開采質量與效率。平朔煤炭工業(yè)公司安家?guī)X一號井工礦6kV供電系統(tǒng)使用TCR+FC型SVC動態(tài)無功補償裝置，經過對比，這種補償裝置的應用給公司帶來了非常大的經濟效益［4］。

第一，節(jié)省電費。根據變電所數據統(tǒng)計，沒有使用動態(tài)無功補償裝置之前，配電裝置的平均功率因數為0.7，如果按著9%的無功功率調整費用計算，那么每年的功率因數調整費用為226.8萬，這將成為煤礦巨大的經濟負擔。應用動態(tài)無功補償裝置之后，所能達到的功率因數在0.9之上，得到的獎勵率可達到0.8，按著這樣的方式計算，每年公司所能得到的獎勵費用為18.9萬，如此一來，公司每年節(jié)省下來的電費為245.7萬元。

第二，節(jié)省變壓器增容量。一般情況下，變壓器所能容納的容量25000kV·A，如果不使用動態(tài)無功補償裝置，變壓器的功率因數為0.8，所能發(fā)揮的最大功效為18000kV·A。公司使用了動態(tài)無功補償裝置之后，變壓器的功率因數上升了0.15，并且變壓器所能提供的最大功率達到了23750kW，工作時，有功功率因數不超過0.7，此時的變壓器容量為33885kV·A，也就是說變壓器的增容量為7986kV·A。按著這樣的運行功率，公司每年所能節(jié)省的變壓器增容量費用便可達到114.9萬元［5］。

第三，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、持續(xù)工作。與傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)相比，動態(tài)無功補償降低了主副提升機與供電網之間的電流沖突，從而有效控制了閃變波與電壓波，將諧波電流阻擋在濾鏡之中，降低了電壓紊亂的頻率。另外，使用動態(tài)無功補償消除了負荷電流，平衡了多個系統(tǒng)電壓，由此為煤礦配電系統(tǒng)順利運行提供高質量的供電系統(tǒng)，保4結語

證了供電系統(tǒng)的安全、高校運行。

綜上所述，煤礦供電中無功補償裝置的設計與應用對于煤礦開采工作的高效進行非常重要，不僅能夠降低電能的耗損，提高整個電網系統(tǒng)的供電質量，還可以提高煤礦的經濟效益與社會效益，為煤礦的更好發(fā)展添加一份保障。這項新技術為煤礦發(fā)展提供了新的供電模式，避免了電機多次開關而造成的電機沖擊與破損，優(yōu)化了濾除諧波方式，延長了電網供電系統(tǒng)以及各個設備的使用年限，具有非常好的發(fā)展前景。

［1］蘇飛.淺析無功補償裝置在煤礦供電電網中的應用［J］.科技信息，2012，（2）：380.

［2］張玉芬.淺論煤礦供電網絡的諧波治理［J］.科技創(chuàng)新導報，2010，（9）：61.

［3］趙躍齊.MCR型無功功率補償裝置在煤礦供電系統(tǒng)中的應用［J］.內蒙古煤炭經濟，2012，（10）：94-95.

［4］宋志亮.無功補償裝置在煤礦供電電網中的應用［J］.內蒙古煤炭經濟，2013，（8）：94.

［5］殷軍輝.無功補償裝置對煤礦供電的意義［J］.低碳世界，2014，（20）：74-75，77.