礦井電網無功補償優化技術探究

楊 建

（神華寧夏煤業集團有限責任公司清水營煤礦 寧夏 靈武 751410）

礦井電網無功補償優化技術探究

楊 建

（神華寧夏煤業集團有限責任公司清水營煤礦 寧夏 靈武 751410）

電壓是配電網重要的質量指標之一，電壓質量對電網和電力設備的安全運行、線路的損耗、產品的質量都有直接影響。理想的電壓應當是一個幅值和頻率保持穩定的正弦波，但由于電流通過線路和變壓器時將產生電壓降，使受端電壓比送端電壓低，離電源越遠的用戶電壓降越大。同時，由于負荷的不斷變化，使同一用戶的電壓也在不斷變化。質量合格的電壓應該在供電電壓偏差、電網諧波、三相不對稱程度、電壓波動和閃變、暫時過電壓和瞬態過電壓等方面都滿足有關的國家標準。

礦井供電；無功補償；優化技術；電壓質量；電壓波動；用電負荷

0 引言

在配電網中，電壓水平偏低的一個重要原因就是負荷端無功功率補償不足和補償裝置分配不合理。實現無功功率最優補償是解決這一問題的重要手段。

礦井電網也屬于配電網系統，由于采區大型設備多，負荷重，且處于煤礦供電網絡的末端，正常運行時，采區6kV或（10kV）母線供電電壓質量低，網損較大，運行不經濟。且煤礦井下電網供電系統由于線路長，用電負荷大，井下各用電設備長期在功率因數較低的情況下運行，使電網的線路損耗所造成能源浪費極大。尤其是在煤礦井下移動變電站及中央變電所的中低壓側至各采區的供電系統中，這種現象非常普遍。上述的采用優化級數改造電網結構可以在一定程度上解決電壓低的問題，但是并不能完全解決，且對電網經濟性運行改善不大。

1 無功補償區的概念及補償方式

1.1 高壓集中補償

這種方式是在地面變電所6～10kV母線上集中裝設移相電容器組，一般設有專門的電容器室，并要求通風良好及配有可靠的放電設備。它只能補償6～10kV母線前（電源方向）所有向該母線供電的線路上的無功功率，而母線后（負荷方向）的礦內電網并沒有得到無功補償，因而經濟效果較差。這種方式的初期投資較低，由于礦井6～10kV母線上無功功率變化比較穩定，因而便于運行管理和調節，而且利用率高，還可提高供電變壓器的負載能力。雖然技術經濟效益較差，但從全局上可改善礦區電網、甚至區域大電網的功率因數，所以至今仍是大、中型企業的主要無功補償方式。

1.2 低壓分組補償

這種方式是把低壓電容器組或無功功率自動補償裝置裝設在車間或井下動力變壓器的低壓母線上。它能補償低壓母線前的礦內高壓電網，礦區電網和整個電力系統的無功功率，補償區大于高壓集中補償。低壓分組補償投資不大，通常安裝在低壓配電室內，運行維護及管理也很方便，因而正在逐漸成為無功補償中的重要成分。尤其是將無功補償裝置引入井下，將大大改善我國的礦山井下電網功率因數嚴重偏低（0.65左右）的狀況，對提高整個礦井的無功補償有重大意義。

根據井下變電所、配電點或移動變電站的容量大小及負荷分布情況，適當選用無功功率自動補償裝置后可將采區低壓電網的功率因數從0.65提高到0.85～0.95,而購置補償裝置的投資，可以由供電變壓器的降級和電纜的截面的減少來補償。井下若大量裝設無功功率自動補償裝置，將會獲得巨大的技術經濟效益。

1.3 分散就地補償

這種補償方式是將電容器組分別裝設在各組用電設備或單獨的大容量電動機處，它與用電設備的停、運相一致，但不能與之共用一套控制設備。為了避免送電時的大電流沖擊和切斷電源時的過電壓，要求電容器投運時遲于用電設備，而停運時早于用電設備，并應設有可靠的放電裝置。

分散就地補償從補償效果上看是比較理想的，除控制開關到用電設備的一小段負荷線外，其余直到電源都是它的補償區。但是，分散就地補償總的投資較大，其原因有二：一是分散就地補償多用于低壓，而低壓電容器的價格要比同等補償容量的高壓電容器高；二是要增加開關控制設備。此外，分散就地補償也增加了管理上的不便，而且利用率較低，所以它僅適用于個別容量較大且位置單獨的負荷。

對負荷較穩定的6～10kV高壓繞線式異步電動機最理想的分散補償措施是在電動機處就地安裝進相機，其補償區從電動機起一直覆蓋到電源，功率因數可補償到1，節電效果顯著，一般數月就能收回增置設備的全部費用，是一種很有發展前途的補償方式。這種方式，在工廠地面低壓大容量繞線式異步電動機上的應用也比較廣泛。

2 從提高功率因數和降低線損考慮確定無功補償容量

確定補償容量的方法有很多種，但其目的都是要提高配電網的某種運行指標，下面介紹兩種確定補償容量的方法。

2.1 從提高功率因數需要確定補償容量

2.2 從降低線損需要確定補償容量

線損是電力網經濟運行的一項重要指標，在網絡參數一定的條件下，其與通過導線的電流平方成正比。設補償前流經電力網的電流為I1，其有功、無功分量分別為I1R和I1RX，則i1=i1R+ji1RX。 若補償后，流經網絡的電流為 i2，其有功、無功分量分別為 i2R和 i2RX，則 i2=i2R+ji2RX。

3 無功補償優化技術

無功補償的原則是“分級補償，就地平衡”。具體的說就是，無功補償配制應按照分散就地補償與變電站集中補償相結合，以分散為主；高壓補償與低壓補償相結合，以低壓為主；調壓與降損相結合，以降損為主的原則。

井下常使用的補償方式有兩種，一是在地面補償，二是在井下中央變電所固定補償。但由于煤礦井下供電系統的生產負荷，一般都處于供電網絡的最末端，其用電設備都是660V或1140V低壓系統供電。因此，用電負荷變化較大，功率因數只有0.6～0.7，有時甚至更低。隨著機械化程度的提高，采煤機、運輸機的裝機功率都達1000kW以上。而且，由于工作面走向增加，導致供電距離加長，這些，都使系統中的無功損失加大導致供電系統運行不經濟。同時，因設備容量大、供電距離遠、設備起動力矩降低的問題也無法解決。因此，在地面集中補償，井下中央變電所固定補償的同時，應對遠距離大功率負載側也進行補償。如采用隨機自動補償，根據電網中無功功率和功率因數變化的情況，采用微電腦自動投入或切除適當容量的電容器，使供電網絡的功率因數被控制在最佳范圍內，而最大限度地減少無功功率；目前，一些高產高效綜采工作面，主要設備都是從國外引進的，根據現場的實際情況，在3.3kV系統中電動機處采用無功功率就地補償有很大困難，通常在6kV側集中無功補償，裝置的安裝地點即補償點越接近6kV末端補償效果越好。即將該點選在采煤工作面聯絡巷高防開關處，在6kV側雖然不能實現與電動機的同步無功就地補償，也不能提高工作面變壓器的出力，補償的效果比無功就地補償稍差，但補償的范圍比較寬（3.3kV、1.14kV的設備都能補）。設備可放在工作面外，不占用綜采面空間，減少了設備的移動量，且與綜采進口設備無關聯。

對煤礦進行無功補償時，應綜合考慮各方面的因素，選用適當的無功補償組合方式，達到最佳的補償效果。

4 結束語

采用無功功率補償技術在供電系統中可用于提高電網的功率因數，降低損耗，提高供電效率，改善供電質量。因此，無功功率補償技術在供電系統中，尤其是在煤礦井下的供電系統中具有改善電壓質量、節能降耗的重要作用。

［1］陳國強.提高煤礦供電系統可靠性的措施與對策[J].能源技術與管理,2007(1):89.

［2］萬長慈,劉福佺.煤礦安全用電[M].北京:中國經濟出版社,1986.

［3］賴昌干.礦山電工學[M].北京:煤炭工業出版社,2006.

楊建（1976—），男，漢族，寧夏永寧人，本科學歷（電氣工程及其自動化專業），機電專業，助理工程師，現主要從事煤礦機電管理方面的工作。

王洪澤］