煤礦供電中無功自動補償技術的研究及應用

李冉　張林沖

【摘 要】隨著煤礦生產(chǎn)能力及其供電負荷的逐步增大，煤礦的生產(chǎn)設備也已經(jīng)由傳統(tǒng)的單一化、簡單化朝著自動化、多樣化方向發(fā)展，對于煤礦供電質(zhì)量等方面的要求也隨之逐步提高，傳統(tǒng)的無功補償裝置已經(jīng)無法滿足煤礦供電的整體需求，必須采用自動化無功補償技術，全面推進煤礦供電系統(tǒng)無功的自動化調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)煤礦供電質(zhì)量的逐步提高。鑒于此，本文重點就煤礦供電中無功自動補償技術的應用進行了研究。

【關鍵詞】煤礦；無功補償技術；應用

對于多數(shù)煤礦企業(yè)而言，其所使用的用電設備多為感性負荷，不僅會對有功功率造成極大的消耗，還需要從電源入手，進行超負荷運轉功率的吸取，從而使得功率發(fā)生較大幅度的降低。因此，為了實現(xiàn)負荷無功的有效減小，必須在煤礦供電中進行無功自動補償技術的應用。

1、無功功率對煤礦供電系統(tǒng)的危害

對于煤礦供電系統(tǒng)而言，其中存在著大量的感性負荷，例如，變壓器或者三相異步電動機，此類感性負荷會消耗系統(tǒng)大量的無功功率，并大幅度降低供供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，導致線路中的電壓產(chǎn)生巨大的損失，并進一步增加電能的損耗。例如，采用變壓器對軌道順槽掘進過程進行供電，掘進機在掘進過程中系統(tǒng)的總功率為235kW，當掘進至1.3km時，就會發(fā)生機器啟動困難、設備靈敏度降低等情況。因而需要對線路的導線進行更換，將70mm2更換為95mm2，并對變壓器接線端子的分接頭位置進行調(diào)節(jié)，以便實現(xiàn)電源電壓方式的進一步提高，通過一系列手段方可完成此掘進任務。此例就是由于供電系統(tǒng)的無功負荷過大而引起的，解決此類問題必須采用無功補償?shù)姆绞健?/p>

對于電網(wǎng)而言，其除了要進行用電負荷有功功率的負擔以外，還需對負荷無功功率進行負擔，有功功率P與無功功率Q之間的關系如下：

S=（P2+Q2）1/2

電網(wǎng)功率因數(shù)則為：cosΦ=P/S

功率因數(shù)cosΦ具有如下物理意義：線路視在功率S在對有功功率P的消耗進行供給時所占據(jù)的百分數(shù)，其還可以下式進行表達：cosΦ= P/S=P/（30.5UI）。由此可見，在某電壓U值與電流I值下，將功率因數(shù)提高，則其所輸出的P值也將增大，由此可見，對功率因數(shù)進行改善可以有效發(fā)揮供電設備的能力，實現(xiàn)設備利用效率的大幅提高。

2、無功自動補償技術在煤礦供電中的應用

下文以某煤礦為例，對無功自動補償技術在該煤礦供電系統(tǒng)中的應用進行了分析。

2.1 供電系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的問題。該煤礦于年五十年代投產(chǎn)運營，經(jīng)過五十多年的發(fā)展，已經(jīng)成為了一個大規(guī)模礦井，不僅生產(chǎn)能力極大，而且設備復雜、用電負荷相當高。該煤礦原來所使用的無功補償裝置即傳統(tǒng)的固定式無功補償裝置，在運行過程中，其補償電容會隨著負荷改變而出現(xiàn)欠補或者過補的情況，從而導致功率因數(shù)出現(xiàn)大幅度的降低，此時，降壓站的值班人員必須不斷通過人為透切來對電容器的功率因數(shù)進行調(diào)節(jié)，而且，隨著直流絞車啟動的停止，傳統(tǒng)的無功補償裝置無法進行線性跟蹤，因而造成平均功率因數(shù)偏低，具體而言，運行時主要存在如下方面的問題：

1）值班人員必須時刻進行固定式無功補償裝置的監(jiān)控，并隨時做好調(diào)整的準備，一旦忘記進行補償電容的切除，將極易出現(xiàn)過補或欠補的現(xiàn)象，從而導致功率因數(shù)出現(xiàn)大幅度的降低；2）對于副立井降壓站而言，其下屬配電所的固定無功補償裝置各組所配備的電容器最小容量為900kW，很難通過調(diào)節(jié)無功補償使得電壓的質(zhì)量及功率因數(shù)達到最優(yōu)化；3）每天，值班人員都必須多次人為進行無功補償開關柜的操作，因此極易產(chǎn)生失誤操作；4）由于無功補償需要人為進行調(diào)節(jié)，因而人力耗費量較大。

2.2 無功自動補償改造方案的優(yōu)化及確定

通過分析該煤礦的供電系統(tǒng)，采用了無功自動補償技術對煤礦供電系統(tǒng)進行了改造，并對改造方案進行了確定。對于系統(tǒng)而言，其共配有五個變電所，其中，主變電所，即上文提到的副立井降壓站中的雙回路電源主要來自于當?shù)仉姌I(yè)局的110kV/35kV變電站，煤礦的兩臺35kV的母聯(lián)開關均閉合，2、3號主變使用，1號主變?yōu)閭溆茫?kV的母線并列進行運行，兩段均存在補償電容器，分別為1440kVar。

當供電系統(tǒng)向電網(wǎng)進行有功功率的倒送過程中，其范圍處于2798-7494kW之間。當供電系統(tǒng)從電網(wǎng)中進行有功功率的吸收時，其范圍處于2756-7461kW之間。將兩集合進行并集，結合余量應取的最低限度是2700kW。若將無功功率當作常量，此時，有功功率越大，相應的功率因數(shù)也越大，反之則越小。若電網(wǎng)入線點所流經(jīng)的最小有功功率可以使功率因數(shù)在0.95以上，則即可確保任何情況下功率因數(shù)均超過0.95。若電網(wǎng)的入線點所流經(jīng)的無功功率是0.95，有功功率是2700kW時，此時根據(jù)功率因數(shù)的計算式子可對電網(wǎng)所吸收的無功功率進行計算，經(jīng)計算為887kvar。因此，只要確保從電網(wǎng)中所吸收的無功功率不超過887kvar，即可達到無功補償設計方面的有關要求。

1）改造方案的確定。將主變電所之前的兩組1440kvar電容器中的其中一組進行改造，將其改造為1800kvar的電容器，并進行自動無功補償方式的應用；將另一組改造為2700kvar的固定補償，同時，結合1800kvar磁控電抗器來對整個系統(tǒng)進行全面調(diào)節(jié)，這樣，當系統(tǒng)運行負荷相對較多時，可有效滿足負載對于無功方面的需求；若運行的負荷相對較少，過補的容量不足1800kar時，采用MCR將過補無功功率進行消除，若過補的容量超過了1800kva時，將對1800kvar的自動補償電容進行自動切除，剩余通過磁控電抗器進行消除。

2）改造方案的實施。經(jīng)調(diào)研采用了銀湖電氣設備有限公司的無功自動補償裝置，并在主變電所進行了安裝和運行。系統(tǒng)主要包括了真空接觸器、TBBC高壓并聯(lián)電容、GWk-Z無功自動補償裝置、磁控電抗器及其相關控制裝置等。其不僅可以對該煤礦供電網(wǎng)絡無功功率進行線性跟蹤，還可以無功負荷改變情況為依據(jù)對補償電容進行自動投切，以便對系統(tǒng)的功率因數(shù)進行調(diào)節(jié)。GWK-Z無功自動補償裝置主要是以模糊控制策略為依據(jù)，采用控制器對電壓無功進行綜合性控制。電容器組主要是通過真空接觸器進行投切，若控制器所檢測的無功功率大于設定值時，控制器能夠以需要為依據(jù)對電容器組的級數(shù)進行投切，并將控制信號發(fā)出，對高壓真空開關進行自動化合閘，此時電容器組即可投入到運行中來。反之，控制器將發(fā)出信號斷開高壓真空開關，此時，電容器將停止工作。

3、結論

自應用無功自動補償技術以來，煤礦功率因數(shù)有了顯著的改善，日均功率因數(shù)維持在0.98以上，并獲得了十分顯著的社會及經(jīng)濟效益，不僅有效減少了網(wǎng)損，還對系統(tǒng)的諧波進行了有效的抑制，實現(xiàn)了無功電流的大幅減少，節(jié)約了大量的增容費用，此外，此技術的應用還有效避免了失誤操作的發(fā)生，保證了配電等有關人員的安全性，通過提高功率因數(shù)，推動了煤礦供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的逐步改善。

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