煤礦井下供電系統(tǒng)無(wú)功功率的補(bǔ)償技術(shù)分析

宋學(xué)凱

摘 要：由于煤礦的井下供電網(wǎng)絡(luò)線路長(zhǎng)度較大，導(dǎo)致電網(wǎng)的負(fù)荷量較大，用電設(shè)備將長(zhǎng)期處于低功率運(yùn)行的狀態(tài)下，從而導(dǎo)致電能受到極大的浪費(fèi)和損耗。這種情況在中央變電所的供電系統(tǒng)中尤為常見(jiàn)。無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用能夠提高供電系統(tǒng)中的功率因數(shù)，從而降低電網(wǎng)的負(fù)荷和電能的損耗，改善供電的條件，提高供電的質(zhì)量。因此，無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)在供電系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用前景，特別是在煤礦的井下供電系統(tǒng)中具有良好的節(jié)能作用。

關(guān)鍵詞：煤礦；井下供電系統(tǒng)；無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)

一、煤礦井下供電系統(tǒng)的特點(diǎn)

煤礦井下供電系統(tǒng)的運(yùn)行條件較為惡劣，井下的環(huán)境陰暗潮濕，經(jīng)常會(huì)引起電纜等設(shè)備受潮的現(xiàn)象。井下供電系統(tǒng)通常是使用電纜來(lái)連接各個(gè)用電設(shè)備，用電線路中的負(fù)荷變化性較大，容易對(duì)線路造成較大的損壞。此外，井下的電纜巷道相對(duì)較窄，當(dāng)巷道中出現(xiàn)礦車傾倒或巖石掉落的問(wèn)題，將會(huì)引起電纜的極大破壞，從而影響井下的正常供電。在井下采礦的過(guò)程中，所需的用電設(shè)備較多，電氣設(shè)備長(zhǎng)期處于過(guò)載運(yùn)行的狀態(tài)中。而一些大功率的用電設(shè)備采用的都是全壓直接啟動(dòng)的方式，在啟動(dòng)的瞬間，急速增加的電流會(huì)導(dǎo)致線路中的電流達(dá)到額定電流的10倍以上。在這種情況下，線路中的電壓會(huì)急速下降，若電網(wǎng)的安全保護(hù)裝置設(shè)置不合理，將極有可能導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)大面積的停電故障。

我國(guó)的煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)主要采用中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)金屬相接地的現(xiàn)象，用電器仍然能夠正常的運(yùn)行，但未接地的兩端電壓會(huì)出現(xiàn)相對(duì)升高，這很容易引起用電事故。因此，當(dāng)出現(xiàn)一相接地的現(xiàn)象時(shí)，用電系統(tǒng)是不能長(zhǎng)期運(yùn)行的，必須在2小時(shí)之內(nèi)切斷電源，只有這樣才能防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

二、煤礦井下無(wú)功功率存在的危害

煤礦井下供電系統(tǒng)中存在的大量感性負(fù)荷會(huì)消耗大量的無(wú)功功率，從而導(dǎo)致電路中電壓的損耗和電能的損耗增加。一些無(wú)功負(fù)荷還會(huì)造成電壓的劇烈波動(dòng)，導(dǎo)致電網(wǎng)的供電穩(wěn)定性遭到破壞，一些設(shè)備出現(xiàn)開(kāi)機(jī)困難的問(wèn)題，甚至被燒毀。這種作用在一些大功率的用電設(shè)備上表現(xiàn)更為明顯。

三、井下使用無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x

煤礦井下用電系統(tǒng)采用無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x主要體現(xiàn)在四個(gè)方面。

首先，補(bǔ)償無(wú)功功率可以降低無(wú)功損耗，從而起到節(jié)約電能的作用。井下供電系統(tǒng)采用無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償后，可以提高電能的利用率，其實(shí)質(zhì)就是節(jié)約了能源。其次，無(wú)功功率能夠提高電網(wǎng)中的功率因數(shù)。按照就近原則，無(wú)功功率可以抵消電網(wǎng)中的感性無(wú)功電流，從而起到提高功率因數(shù)的作用，使其達(dá)到國(guó)家對(duì)電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。再次，無(wú)功功率可以提高變壓器的利用率和電網(wǎng)的負(fù)載能力。無(wú)功功率在電網(wǎng)中起到了承載容量的作用。這有效地分擔(dān)了電網(wǎng)線路中的負(fù)載，使得變壓器的容量使用率也有所下降。在進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償后，變壓器的無(wú)功功率輸出減少，實(shí)際的工作功率近似于有功功率，這就提高了功率的利用率，降低了電路中的無(wú)功電流，提高了線路的承載力。最后，無(wú)功功率補(bǔ)償還可以穩(wěn)定電網(wǎng)中的電壓。當(dāng)井下電網(wǎng)中存在較多的無(wú)功功率時(shí)，電網(wǎng)中電壓的波動(dòng)較大。在補(bǔ)償了無(wú)功功率后，電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性得到了更好的保障，二次電壓波動(dòng)的現(xiàn)象得到了較好的控制。

四、無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置的工作原理

無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的原理就是通過(guò)能量之間的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)容性設(shè)備無(wú)功功率的補(bǔ)償。井下電網(wǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的感性負(fù)荷，這些感性負(fù)荷的存在會(huì)導(dǎo)致無(wú)功功率受到一定的損耗，從而導(dǎo)致電網(wǎng)中的電壓和電流出現(xiàn)不同的相位，產(chǎn)生的相位差被稱為功率因素角。在電路中將具有容性功率負(fù)載的裝置和感性負(fù)載裝置進(jìn)行并聯(lián)，就能使兩者相互吸收所釋放的能量，從而完成能量的轉(zhuǎn)換，低效率電流和電壓之間的相位差，從而提高了無(wú)功功率。

五、無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的主要類型

（一）就地?zé)o功補(bǔ)償

就地?zé)o功補(bǔ)償是指在用電設(shè)備的周圍直接并聯(lián)一個(gè)電容器，從而在電路中形成與電動(dòng)機(jī)的回路并聯(lián)。這種補(bǔ)償方式在低壓電網(wǎng)中使用的較多。在這種補(bǔ)償方式中，主要采用的設(shè)備有晶閘管和機(jī)械開(kāi)關(guān)。兩者都可以作為電路中的投切開(kāi)關(guān)來(lái)使用。電容器的自動(dòng)投切則由就地電壓傳感器來(lái)控制。在電網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，電容器為電機(jī)提供無(wú)功負(fù)荷，這樣能夠減少能量交換的距離，將線路的電路控制在最小的范圍內(nèi)。在電路不變的情況下，線路的損耗和電流呈正比，就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)姆绞侥軌蚱鸬搅己玫墓?jié)能效果。

（二）分散無(wú)功補(bǔ)償

分散無(wú)功補(bǔ)償是在變壓器的低壓端并聯(lián)一個(gè)電容器，以此來(lái)達(dá)到增強(qiáng)支路功率的作用。在此情況下，電路中的電流和電能損耗都能得到有效的降低。

（三）集中無(wú)功補(bǔ)償

集中無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞绞菍㈦娙萜鞑⒙?lián)在變電站降壓母線的一段。這種補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)﹄娐冯妷簩?shí)現(xiàn)良好的控制，在自動(dòng)投切的實(shí)現(xiàn)上也更加容易，能量的利用率高，電網(wǎng)更易維護(hù)，電網(wǎng)、變壓器和線路中的無(wú)功負(fù)荷能夠得到有效的控制。但這種方式也有一個(gè)缺陷，就是不能降低電網(wǎng)支路中的無(wú)功負(fù)載和能量的損耗。

六、無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）降低供電線路的功率損耗

在三相供電網(wǎng)絡(luò)中，線路功率的損耗主要是以熱損耗的形式產(chǎn)生的。煤礦井下供電系統(tǒng)的功率通常較低，采用無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞侥軌驅(qū)⒆匀还β蔬M(jìn)行顯著提升。在電路負(fù)載穩(wěn)定的情況下，電路中的功率損耗能夠得到有效控制。

（二）提高線路的供電能力

供電網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)過(guò)無(wú)功補(bǔ)償后，線路的負(fù)載電流能夠得到有效的降低，所需電纜的橫截面積也有相應(yīng)的下降。因此，經(jīng)過(guò)無(wú)功補(bǔ)償后的電路節(jié)電的效果十分顯著，供電能力也有了極大的提高。

（三）減少供電線路電壓的損失

在電路中安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置后，線路上只需要有較小的電流進(jìn)行完成電能的正常傳輸，這樣能夠?qū)⒕€路中的電壓損失降到最低，并且提高電壓的穩(wěn)定性，對(duì)用電設(shè)備而言，工作的負(fù)荷也有了相應(yīng)的降低。

七、結(jié)束語(yǔ)

無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在煤礦井下供電系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠有效地降低電網(wǎng)中的電能損耗，提高供電的穩(wěn)定性和質(zhì)量，能夠更好地確保煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，供電的安全性也能夠得到更好的保障，因此，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在煤礦產(chǎn)業(yè)中具有良好的應(yīng)用前景。

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