淺析煤礦供電系統無功補償技術的應用及發展

神華寧煤集團麥垛山煤礦 海英林

淺析煤礦供電系統無功補償技術的應用及發展

神華寧煤集團麥垛山煤礦 海英林

通過比較煤礦供電系統無功功率的起因及缺陷，本文介紹了無功補償原理、方式選擇、補償容量的計算方法，以及工礦企業進行無功補償的意義，并提出控制無功功率的具體操作辦法。結合實例，分析其在廠礦企業的經濟效益，說明工礦企業采用無功補償技術的重要性以及運用無功補償所的整體效益。

供電系統 動態無功補償 節能 應用 功率因數

對于無功平衡而言，提高電網的經濟效益和改善供電質量是至關重要的。伴隨飛速發展的電力工業，超高、特高壓電網逐步運轉，人們對供電質量及可靠性的要求穩步提高。這極大加劇了超高壓大電網的形成及負荷變化。要求大量快速響應的可調無功電源來調整電壓，維持系統無功潮流平衡，減少損耗，提高供電可靠性。諸如煉鋼電弧爐、電氣化鐵道、可逆式大型軋鋼機等動態變化的非線性負荷在運行時，其有功與無功功率隨時間作快速變化，導致供電電壓波動或閃變、波形畸變、功率因數惡化以及不平衡負荷引起三相電壓動態不平衡，從而使電網電能質量惡化。

一、井下供電總論

在電力系統領域，尤其對于電力用戶，一項重要指標是功率因數。用電負荷的功率因數增大可使發、變電設備和輸電線路的性能發揮良好；各級供電線路與供電變壓器的功率損失減小、電壓損失、且節約電能。現在，煤礦供電系統重點運用集中補償的方法增高功率因數，即采取在礦井地面供電系統的6kV母線上并聯電力電容器，增大功率因數。可調節電網功率因數，有效提升電網供電質量和程度。以曉南煤礦供電為例，討論應用前景。

隨著采掘機械化水平的提高，曉南煤礦原產煤量的大力提高，顯著增強工作面電氣設備總容量和單機功率，供電距離增長。因為用電設備自身無功功率損耗，引起井下電網功率因數為0.65。這降低了供電設備設施的運用頻率，且增加了供電線路的損耗功率。

二、無功就地補償理論

將靜電電容器并聯于電網末端的感性負載之上，執行無功功率補償，減小系統的無功功率以及增大電網功率因數，即為無功就地補償技術。

補償之前，線路電流i1低于電壓Φ1電角度，運用靜電電容器執行無功功率補償后，線路電流i2落后于電壓Φ2電角度，由于Φ1大于Φ2，故cosΦ1小于cosΦ2，即補償后的功率因數值遠遠大于補償前的值。因此，可通過靜電電容器執行無功功率補償，提高電網功率因數。

三、應用前景分析

1.降低供電線路的功率損耗

（1 ）供電線路的功率損耗

現在，用電設備無功功率是從電力系統向用電設備提供有功功率，以及所屬的無功功率。因此，在輸送有功電流的時侯，還需要傳送無功電流，增加總電流。

三相供電線路中的功率損耗主要是流過供電線路視在電流在線路電阻上的熱損耗。即：

式中 P1——三相供電線路損耗，kW

R——供電線路每相的直流電阻，Ω

得出P1與cos2Φ成反比。目前，煤礦井下低壓電網自然功率因數較小（約0.65）。采取無功就地補償裝置，可使cosΦ升至0.95。在負載穩定的條件下，可降低供電線路的功率損耗。

（2 ）節約電力

以鐵煤集團曉南礦西三三部皮帶輸送機作作為樣例，比較無功補償裝置安裝在配電點受入開關后面。

補償前，供電線路的功率損耗為6.7kW；補償后，供電線路的功率損耗為3.6kW。補償后供電線路的功率損耗減少3.1lkW。

皮帶工作18h/每天，年工作350天，則年節約電力為19530度；按平價電費0.468元/度計算，年節電費9140元。

2.提高線路供電能力

以西三三部皮帶為例，補償前的線路負載電流為180A，根據電纜長時允許載流量選擇截面積為70mm2的電纜作為供電線路。補償后線路負載電流為132A，根據電纜長時允許載流量供電電路就可以選擇截面積為50mm2的電纜。70mm2電纜單價117元/m，50mm2電纜單價為88元/m，供電線路電纜450m。所以，各配電點可節約投資1.2萬元左右。同時，由于負載電流降低了48A，可選擇容量小的變壓器，以節約投資，也可提高當前變壓器的負載水平。

3.減少供電線路電壓損失

補償前供電線路電壓損失為5.61%，補償后線路電壓損失為4.82%，補償后線路電壓損失減少了0.79%。井下供電電壓額定值為690V，補償后供電線路電壓降減少49.3V，有利于用電設備重負荷運動。

四、結論

結合無功就地補償技術之優缺點，得出在煤礦安裝、運用無功就地補償裝置，可有效改善電網質量、節約電力、減少安裝材料資金，取得可觀的經濟效益。這將有極好的應用前景。

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