煤礦電力系統(tǒng)電壓無功補償自動調(diào)節(jié)研究

國能新疆寬溝礦業(yè)有限責任公司 齊喜峰

在進行煤礦礦井作業(yè)的過程中往往會面臨比較復雜的工作環(huán)境，進而也使得煤礦礦井電力系統(tǒng)的整體布局也會相對復雜。結合其實際運行情況來看，煤礦礦井電力系統(tǒng)往往會存在線路過長及損耗較大等問題，對于最終的運行成效也會造成一定的影響。經(jīng)濟發(fā)展水平的提升帶動煤礦開采整體行業(yè)朝向機械化與自動化方向發(fā)展。在這樣的情況下，不僅煤礦資源的開采數(shù)量會顯著提升，涉及到的電氣設備數(shù)量也在持續(xù)增加。然而隨著煤礦開采力度的加大，為滿足其供電需求電力系統(tǒng)的線路就需不斷延長，加上較遠的供電距離，往往會在一定程度上導致了礦井電力系統(tǒng)穩(wěn)定性降低、能源消耗變大等問題，同時對于煤礦開采的效率與安全性也會產(chǎn)生一定影響[1]。

對于這樣的問題，無功功率補償技術逐步被應用于煤礦電力系統(tǒng)當中，通過相關技術來實現(xiàn)對電能損耗與電壓損耗的優(yōu)化，并起到提升電力系統(tǒng)運行質(zhì)量、改善煤礦資源開采環(huán)境、減少煤礦開采成本投入的作用，有效為煤礦開采過程中電力系統(tǒng)運行存在的問題提供相應的解決措施?，F(xiàn)階段，無功補償技術在煤礦電力系統(tǒng)中已得到十分廣泛的應用，不僅顯著降低了電力能源損耗、同時還大大提升了電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，為煤炭開采工作的可持續(xù)推進提供保障[2]。

1 無功補償自動調(diào)節(jié)技術運行分析

1.1 技術原理

將無功補償技術引入到煤礦變電力系統(tǒng)當中可顯著提升其運行穩(wěn)定性，同時對于抑制諧波影響及提高設備功率也有著十分突出的作用[3]。就電容器無功輸出的調(diào)節(jié)來說，其運行原理是通過調(diào)節(jié)電容器端電壓來實現(xiàn)對無功輸出功率的調(diào)節(jié)，因此需將電壓調(diào)節(jié)裝置安裝到電力系統(tǒng)當中?，F(xiàn)階段，煤礦電力系統(tǒng)中最常見的是由非線性電子組件構成的智能化設備，但此類設備在運行的時候常會引發(fā)諧波問題，造成供電質(zhì)量的降低。而在煤礦電力系統(tǒng)開啟無功補償?shù)臅r候，諧波還會造成電壓波動，以及對變壓器、變頻器等組件帶來損壞，限制了井下作業(yè)的開展[4]。

相較于以往的無功補償方法，自動調(diào)節(jié)技術體現(xiàn)出更加突出的優(yōu)勢，其優(yōu)勢核心在于可實現(xiàn)對電壓調(diào)節(jié)裝置的自動化、智能化控制，從而有效滿足電力系統(tǒng)運行過程中無功補償需求的變化，促進其運行效率的提升。該裝置的設計與運行主要是基于電壓實時分級調(diào)節(jié)來實現(xiàn)電容器端電壓的變化，其應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面：

第一，由此電容器采取的是固定接入形式，因此在運行過程中并不會產(chǎn)生放電，也不需要調(diào)整延時。也正因如此，電容器端電壓的調(diào)節(jié)可被控制在一個較小的范圍內(nèi)，為無功補償精細化控制的實現(xiàn)提供條件；第二，這種無功補償功率的調(diào)節(jié)技術在實際應用的過程中并不會產(chǎn)生電壓，因此也避免了對其他電子元器件造成不良影響，有效延長電力系統(tǒng)的使用壽命。無功補償自動調(diào)節(jié)中存在的沖擊涌流等問題會對最終的運行效果產(chǎn)生一定影響，但隨著技術升級與更加先進電氣元器件的應用，也為相關問題提供了解決方案，不僅可帶動投切速度的提高，還可進一步提升無功補償自動調(diào)節(jié)技術的安全可靠性。

1.2 技術組成與原則

在電力無功補償自動調(diào)節(jié)技術實際運行的過程中，其核心在于對系統(tǒng)的控制，同時還可以進一步實現(xiàn)對PT、PC輸入供電系統(tǒng)電壓及電流的有效控制。其中主要的控制流程包括計算功率因數(shù)、檢驗編程設置及調(diào)整整體參數(shù)。在實際進行調(diào)節(jié)的時往往需實現(xiàn)對功率因數(shù)和系統(tǒng)電壓的同步調(diào)節(jié)，這主要是因二者間存在十分緊密的聯(lián)系，因此如只完成對單一參數(shù)的調(diào)節(jié)往往難以起到預想的效果。通常情況下會將功率因數(shù)和系統(tǒng)電壓的調(diào)節(jié)區(qū)域分為九個子區(qū)域，而中間的區(qū)域則為整個系統(tǒng)的正常工作區(qū)域。與此同時，對于系統(tǒng)運行的設置也可在此基礎上進行。

如，當電力系統(tǒng)系統(tǒng)電壓和功率因數(shù)均處于低于下限的區(qū)域時，就應對其進行調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)無功輸出的增加，同時還可進一步促進系統(tǒng)電壓的提升。調(diào)節(jié)過程還會引發(fā)系統(tǒng)狀態(tài)變化，從而實現(xiàn)無功補償自動調(diào)節(jié)技術的應用落實。

2 無功補償技術在煤礦電力系統(tǒng)中的具體應用

2.1 無功補償方式的選擇

結合無功補償技術在電力系統(tǒng)中的實際應用情況看，當前常見的補償方式主要可分為隨線補償及低壓補償。其中隨線補償?shù)膽迷硎窃诟邏号潆娐肪€上安裝并聯(lián)電容器裝置，并對配電路線內(nèi)的無功功率加以補償。通過這樣的形式，不僅可實現(xiàn)配電網(wǎng)功率因數(shù)的提升，同時還可有效電壓方面的損耗。隨線補償主要適用于功率因數(shù)不高且負載較小的長配型單路線，進而也有助于發(fā)揮其應用價值。這種補償方式的優(yōu)勢在于可有效控制投資成本，在短時間內(nèi)就可顯現(xiàn)出較為突出的應用效果，加上補償率較高，因此得到了一定認可。隨線補償在應用過程中保護設備配置的難度較大，相關技術人員需要投入更多精力到其維護和管理當中，加上其運行效果還容易受到外界環(huán)境因素的影響，因此在配網(wǎng)中的實際應用較少。

低壓補償又可分為低壓型集中式補償及低壓型分散式補償。就其實際應用情況來看，集中式補償是將投切設備直接應用為掌控保護設備，進而將其安裝到低壓母線中，實現(xiàn)對變壓器及線路中無功損耗的補償?，F(xiàn)階段集中式補償方法更多應用于農(nóng)村地區(qū)的電網(wǎng)中，但會在一定程度上受到管理與維護等方面因素的影響，提升線路出現(xiàn)安全隱患的概率，因此難以在區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模使用。而分散式補償?shù)膽迷韯t是將電容器安裝在較為密集的低壓線路中，實現(xiàn)對用電裝置以及相關線路內(nèi)部無功損耗的補償。

相較于集中式補償方法，分散式補償在改善電壓質(zhì)量、減少損耗等方面顯示出更加突出的優(yōu)勢，但也正是因為這種補償方式分散性、隨機性的特點，使其在確定補償容量及補償方向時面臨著更大的問題。與此同時，電容器安裝完成之后并不是一直處于運行狀態(tài)，在輕載時更多是采取閑置狀態(tài)，進而對于裝置的使用效率也會產(chǎn)生一定影響。

2.2 智能化控制體系的建立

為進一步推動無功補償技術的自動化、智能化發(fā)展，在設計相關操作流程的時候往往需要一定的控制設備，同時完成智能化控制體系的建立，為無功補償技術的穩(wěn)定落實提供保障。在對智能化控制體系結構進行分析的過程中可看出，其最核心的組成部分為顯示器及鍵盤，而其功能與作用的發(fā)揮更多是集中在定值設置方面，包括功率因數(shù)上限、功率因數(shù)下限及PT變化比值等。與此同時，在不同的數(shù)據(jù)設置情況下所采用的電路也是不同的。例如在進行PT和CT輸出時更多采用交流輸入型電路，更加便于對相關數(shù)據(jù)的收集；在進行系統(tǒng)電壓等級調(diào)控時則需采用對應的輸出電路，從而更好地完成繼電器輸出渠道采樣工作；而在進行綜合信息傳輸時更多會選擇應用通信電路，為傳輸通道的運行提供相應的便利條件。

針對煤礦電力系統(tǒng)的具體構成，其中最關鍵的部分就是8位或16位的微控制器，需在進行軟件編制時根據(jù)具體規(guī)則開展有針對性的編制工作，因此對于微控制器的性能也提出了更高的要求。此外還應進一步針對PT和CT的斷線閉鎖功能加以完善，確保其可具備人工操控、通信閉鎖以及失壓閉鎖等多種功能。在這部分功能的有效運行下，電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量將會得到顯著提升，并為電力系統(tǒng)的健康運行與礦井生產(chǎn)的穩(wěn)定推進奠定堅實基礎。

2.3 補償技術的使用與維護

為確保電壓無功補償自動調(diào)節(jié)技術可在煤礦電力系統(tǒng)中得到有效應用，煤礦企業(yè)以及相關技術人員應加強對補償裝置與技術的使用與維護，確保其可發(fā)揮出應用的成效。一方面，技術人員應積極開展相關技術的測試工作，并保證可在測試過程中明確電能質(zhì)量相關指標，同時滿足煤礦電力系統(tǒng)運行過程中的質(zhì)量技術標準。結合當前實際的運行情況來看，最主要的技術標準項目包括電壓波動以及功率因數(shù)等。另一方面，技術人員還應進一步在電能質(zhì)量技術標準的基礎上完成無功補償自動調(diào)節(jié)方案的設計，根據(jù)具體方案推進電力系統(tǒng)運行，實現(xiàn)無功補償作用的顯著發(fā)揮。與此同時，在無功補償自動調(diào)節(jié)技術實際應用的過程中，應最大限度地遵循“經(jīng)濟、安全、可靠”的生產(chǎn)原則，并為其功能發(fā)揮提供依據(jù)與保障。

當前，無功補償自動調(diào)節(jié)技術的功能主要體現(xiàn)在兩個方面，分別是通過技術落實帶動煤礦電力系統(tǒng)的可靠運行，為煤礦設備的正常運行提供保障以及通過技術落實實現(xiàn)對相關參數(shù)的調(diào)節(jié)與選擇，最終起到提升電能質(zhì)量、降低電能損耗的作用。值得注意的是，在實際開展煤礦電力系統(tǒng)建設的過程中，應提升對無功補償裝置安裝環(huán)節(jié)的管控，最大限度滿足國家的相關標準，并將電壓波動變化控制在合理范圍內(nèi)。

此外，為確保煤礦電力系統(tǒng)電壓無功補償自動調(diào)節(jié)裝置應用效果的提升，可結合實際生產(chǎn)情況落實一定的設備巡查與維護管理制度，還可通過建立檢測系統(tǒng)來實時掌握其運行動態(tài)，提升設備運行與生產(chǎn)活動之間的聯(lián)系。通過這樣的形式，無功補償裝置一旦出現(xiàn)運行故障或參數(shù)異常就可在第一時間發(fā)出警報，而相關技術人員與維護人員也可及時展開排查、維護與檢修工作，避免潛在隱患與內(nèi)部故障對裝置的正常運行產(chǎn)生不良影響，從而進一步為煤礦電力系統(tǒng)運行構建更加良好的環(huán)境。

3 無功補償技術在煤礦電力系統(tǒng)中的應用效益

3.1 穩(wěn)定電力系統(tǒng)電壓

在以往電力系統(tǒng)運行的過程中，感性負載設備會產(chǎn)生感性用電負荷，進而也會出現(xiàn)大量的無功功率。無功功率是這種感性負載運轉的關鍵所在，同時電壓的波動情況也會進一步受到其變化頻率的影響，無功功率變化頻率越快、電力系統(tǒng)電壓波動頻率也就越快，總體的波動范圍也會持續(xù)擴大。在這樣的情況下，將會影響電氣設備的正常工作狀態(tài)，導致其脫離預先設定的電壓值條件，進而也會提升設備出現(xiàn)故障的概率。而無功補償技術的應用優(yōu)勢在于可顯著減少無功功率，并將系統(tǒng)中電壓、電流變化情況調(diào)節(jié)在可控制的范圍內(nèi)，最大限度地提升電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。

此外，在電力系統(tǒng)完成動態(tài)無功補償裝置的安裝之后還可發(fā)現(xiàn)，其對于抑制諧波也有著顯著成效，規(guī)避了諧波對于電力系統(tǒng)其他設備和線路的不利影響，加強其在易于操作、維護等方面的優(yōu)勢，為增強電力系統(tǒng)的安全性與科學性打下堅實基礎[5]。

3.2 提升電力系統(tǒng)的利用效率

無功補償技術的應用還可起到提高供電系統(tǒng)的利用率的作用。井下用電設備在運行過程中出現(xiàn)的無功功率會持續(xù)在電源與設備之間往復交換，同時考慮到無功功率的規(guī)模往往較大，因此其交換過程勢必會造成供電系統(tǒng)容量的占用，影響供電系統(tǒng)的正常運行。在完成無功補償裝置的安裝以后，顯著減少了無功功率的交換，因此也節(jié)省出大量的供電系統(tǒng)設備容量，以促進電力系統(tǒng)利用效率的提升，從而為井下作業(yè)的有序推進提供保障。

4 結語

綜上所述，相較于傳統(tǒng)的無功補償方式，無功補償自動調(diào)節(jié)技術在應用過程中體現(xiàn)出十分突出的優(yōu)勢，大大提升了煤礦開采作業(yè)的安全性、可靠性與準確性，因此也在煤礦電力系統(tǒng)中得到了十分廣泛地認可與應用。在實際應用無功補償技術的過程中，應結合煤礦電力系統(tǒng)的需求特點加以調(diào)節(jié)，并制定完善的應用方案來有效滿足相關工程的技術標準，發(fā)揮出該技術應用的價值，提升煤礦電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量。