無功功率補(bǔ)償技術(shù)在煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

馮世旭 李樂成

摘 要 煤礦企業(yè)不斷增加原煤產(chǎn)量，井下采掘和運(yùn)動(dòng)工作也體現(xiàn)出自動(dòng)化和機(jī)械化特點(diǎn)，擴(kuò)大了設(shè)備的裝機(jī)功率，延長(zhǎng)了供電距離，加大了設(shè)備損耗。無功功率直接影響了電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并成為電力系統(tǒng)主要組成部分之一。合理分配無功功率，科學(xué)應(yīng)用無功功率補(bǔ)償技術(shù)，可以有效降低線損，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞 無功功率補(bǔ)償技術(shù);煤礦;供電系統(tǒng)

引言

煤礦井下供電系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)行無功功率，容易降低煤礦井下供電水平，甚至破壞機(jī)電設(shè)備。為了提高供電電路的穩(wěn)定性，最大程度節(jié)省生產(chǎn)成本，通過現(xiàn)場(chǎng)分析，將無功功率補(bǔ)償技術(shù)科學(xué)應(yīng)用在高壓線路上，保證煤礦供電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。

1井下煤礦供電系統(tǒng)的供電特點(diǎn)

（1）煤礦井下環(huán)境復(fù)雜且惡劣，存在大量粉塵和瓦斯氣體，同時(shí)井下供電巷道陰暗潮濕，一部分電氣設(shè)備與電纜容易被水澆濕。

（2）煤礦井下供電系統(tǒng)包括電纜與饋電設(shè)備，并與用電設(shè)備連接，由于這部分設(shè)備產(chǎn)生較大用電功率，時(shí)常發(fā)生啟動(dòng)與停止，造成井下供電系統(tǒng)不斷改變供電負(fù)荷。

（3）通常在相對(duì)下閘的巷道鋪設(shè)供電系統(tǒng)電纜，導(dǎo)致巷道被煤塊或巖石砸中，進(jìn)而破壞電纜線路，另外巷道的光線昏暗，礦車和其他設(shè)備易軋到巷道內(nèi)的電纜，一定程度威脅了供電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

（4）井下供電系統(tǒng)的供電電壓不斷變化。主要因?yàn)榫鹿╇娫O(shè)備在運(yùn)行中時(shí)常發(fā)生過載現(xiàn)象，大多數(shù)情況下一線員工都會(huì)直接實(shí)施全壓?jiǎn)?dòng)操作，瞬間啟動(dòng)的電機(jī)增加了電流，嚴(yán)重沖擊了供電系統(tǒng)，如果饋電設(shè)備的保護(hù)設(shè)備無法有效化解這部分沖擊，將發(fā)生熔斷保險(xiǎn)設(shè)備的現(xiàn)象，或者引起供電系統(tǒng)跳閘，引起井下出現(xiàn)大規(guī)模停電的問題，威脅了電網(wǎng)穩(wěn)定供電。

（5）煤礦井下供電系統(tǒng)應(yīng)用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。系統(tǒng)發(fā)生一相金屬性接地故障時(shí)，雖然三相系統(tǒng)依然維持平衡，用電設(shè)備不改變工作狀態(tài)，但由于升高未接地兩相對(duì)地電壓，增加了一相接地故障概率，導(dǎo)致兩相短路，擴(kuò)大了事故范圍，因此運(yùn)行不要超過2小時(shí)。當(dāng)電纜線路出現(xiàn)一相接地故障，將無法自主恢復(fù)絕緣性能，需要快速斷開電源[1]。

2無功功率補(bǔ)償方式的確定

根據(jù)不同的補(bǔ)償位置，無功功率補(bǔ)償方式包括集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償和就地補(bǔ)償三種。

（1）集中補(bǔ)償。這是煤礦企業(yè)普遍應(yīng)用的無功功率補(bǔ)償方式。在地面變電所的母線上安裝無功功率補(bǔ)償裝置。該種補(bǔ)償方式可以有效利用設(shè)備，便于維護(hù)，不會(huì)發(fā)生較大的事故，最大程度減小無功負(fù)荷與電能耗損。

（2）分散補(bǔ)償。將無功功率補(bǔ)償裝置分別安裝在供電系統(tǒng)干線上，提高了功率因數(shù)，減少線路通過的電流，防止發(fā)生嚴(yán)重的線損故障。

（3）就地補(bǔ)償。在井下大功率電機(jī)周圍并聯(lián)供電回路，并安裝無功補(bǔ)償裝置，具體為了補(bǔ)償大功率電動(dòng)機(jī)運(yùn)行所需的無功量。該種方式得到的能量交換距離最短，減少了線路內(nèi)通過的電流。是最理想的補(bǔ)償方式，在煤礦供電系統(tǒng)中普遍應(yīng)用，獲得較好的效果。在不斷拓展煤礦工作面的同時(shí)，相應(yīng)延長(zhǎng)了供電線路，而系統(tǒng)中大用量設(shè)備絕大部分在供電線路末端分布，故而將無功功率補(bǔ)償裝置安裝在井下電網(wǎng)末端負(fù)荷中心，就地完成平衡無功電流，保證穩(wěn)定供應(yīng)電壓，預(yù)防用電發(fā)生的其他問題[2]。

3無功功率補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

電力負(fù)荷是不斷變化的，相應(yīng)變化的還有無功功率，為保證無功平衡，需要無功補(bǔ)償設(shè)備完成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，根據(jù)無功負(fù)荷的變化特點(diǎn)投切操作電容器。傳統(tǒng)利用接觸器投切低壓無功補(bǔ)償設(shè)備的電容器，運(yùn)動(dòng)速度較慢，還會(huì)出現(xiàn)過電壓、涌流沖擊等問題，容易破壞開關(guān)與電容器。為解決這部分問題，35kv煤礦選擇應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)，合理安裝靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）。

SVC包括LC單調(diào)諧無功功率補(bǔ)償及濾波回路和靜止?fàn)顟B(tài)無功補(bǔ)償單元。根據(jù)負(fù)荷與系統(tǒng)特征，在進(jìn)線位置串聯(lián)一組電抗器，對(duì)電壓和閃變有效限制。工作原理是LC調(diào)諧高次特征諧波頻率，形成短路通道，發(fā)揮了濾波功能;對(duì)基波來說，LC回路向電網(wǎng)提供容性無功，一定程度彰顯了無功功率補(bǔ)償?shù)淖饔?LC回路通常根據(jù)最大負(fù)荷沖擊對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償容量提供容性無功功率，安裝結(jié)束則無法改變。

SVC裝置僅包括TCR與FC，F(xiàn)C對(duì)濾波和固定容性無功功率QFC有效綜合，TCR回路采用觸發(fā)晶閘管角變化情況提示電抗器通過的電流大小，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變輸出的感性無功QTCR，感性無功與容性無功彼此消除，只要實(shí)現(xiàn)Q=QIod-QFC+QTCR≈0或常熟，則電網(wǎng)功率因數(shù)=常數(shù)，電壓無任務(wù)變化。此時(shí)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生極快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率，響應(yīng)時(shí)間低于10ms。

控制保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)可以并行操作數(shù)字控制信號(hào)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快，控制精讀較高，可以動(dòng)態(tài)計(jì)算控制量，促使監(jiān)控系統(tǒng)形成極強(qiáng)的抗干擾性能，提高了控制靈活度;高壓晶閘管閥組采取并聯(lián)壓線方法，對(duì)最大過流和過壓有效承受，聯(lián)系電抗器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，閥組通過高電位電路板獲得能量，與空氣有效絕緣，防止電壓對(duì)晶閘管造成沖擊，避免系統(tǒng)受到破壞;電抗器使用固化型鋁線，其擁有較高線性度，動(dòng)熱穩(wěn)定性較好，損耗較低，噪音相對(duì)較小，與感性負(fù)載非常接近，利用電子調(diào)節(jié)器與可控硅閥的連接實(shí)現(xiàn)控制相位的目標(biāo)，從而對(duì)電抗器電流調(diào)節(jié)補(bǔ)償，達(dá)到動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)。

4結(jié)束語(yǔ)

在煤礦井下供電系統(tǒng)中科學(xué)應(yīng)用無功功率補(bǔ)償技術(shù)，幫助煤礦供電系統(tǒng)減少了電能耗損，解決了電網(wǎng)質(zhì)量問題，擴(kuò)大了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益，保證礦井安全生產(chǎn)。故而，在煤炭行業(yè)大規(guī)模推廣應(yīng)用無功功率補(bǔ)償技術(shù)具有一定的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉治宇.鳳凰山礦井下低壓電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償及運(yùn)行結(jié)果分析[J].煤，2018，（8）：76-78，105.

[2] 王秀蘭.隔爆型無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置在煤礦井下低壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].山西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2018，23（2）：64-65.