無功補償在煤礦供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

李國策

貴州興源煤礦科技有限責(zé)任公司 貴州省 550081

摘要：本文就煤礦供電系統(tǒng)方面存在的不足之處，從高次諧波對煤礦供電系統(tǒng)所造成的危害角度著手，對有效濾波治理無功補償?shù)挠行ё饔眠M行簡單的分析，進而闡述無功補償?shù)膽?yīng)用效果，希望能夠?qū)γ旱V的供電系統(tǒng)工作提供可供借鑒的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：無功補償；煤礦；供電系統(tǒng)

0引言

煤礦的日產(chǎn)量隨著煤礦資源的需求量不斷增加，其生產(chǎn)作業(yè)過程少不了大型電動機等大功率電氣設(shè)備的使用，這些電氣設(shè)備的使用自然會帶來巨大的電動機消耗，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在煤炭的全年生產(chǎn)中，有超過一半以上的電能是來自這些電動機。需要特別提到的是，在煤礦的供電系統(tǒng)中，大部分情況都存在著非線性感性負載的情況，這個時候，如果我們不能采取適當(dāng)?shù)臒o功率補償措施，會降低整個供電系統(tǒng)的功率，而且設(shè)備運行過程中，必然會產(chǎn)生一定的諧波污染，這些諧波污染不僅會給供電功率帶來更負面的影響，還會導(dǎo)致電壓畸變。這些問題的出現(xiàn)帶來的能源浪費不可小覷，更嚴(yán)重的是會降低供電水平，影響煤炭作業(yè)的生產(chǎn)安全。

1煤礦供配電系統(tǒng)無功補償原則和方式

1.1無功補償原則

在煤礦的實際應(yīng)用中，選擇無功補償方式時應(yīng)當(dāng)結(jié)合煤礦供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電氣負荷容量等因素進行合理選擇。相關(guān)的規(guī)定表明，配電變壓器的無功補償裝置容量應(yīng)當(dāng)結(jié)合配電變壓器最大負載率大于75%：在通過無功補償之后，配電變壓器在最大負荷工況的條件下，其高壓側(cè)功率應(yīng)當(dāng)大于0.95。

1.2無功補償方式

（1）變電站集中無功補償。集中式無功補償通常在煤礦變配電站中使用，其主要功能是利用合理的無功補償而對配電系統(tǒng)中的配電線路的功率因素進行改善。其中，該無功補償裝置的安裝位置通常是在10kv母線上，并通過有載調(diào)壓接頭進行供配電系統(tǒng)電壓的有效調(diào)節(jié)，達到節(jié)能，減少耗能的效果。

（2）低壓側(cè)集中無功補償。可以再煤礦配電變壓器低壓側(cè)中采用無功集中補償方式，同時結(jié)合微機控制技術(shù)。從而對幾十至幾百KV范圍進行補償。目前，該種補償方式在我國煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛的使用。

上面我們提到的無功補償技術(shù)，是在煤礦供電系統(tǒng)中非常成熟，也是非常常見的一種技術(shù)，主要是應(yīng)用在供電系統(tǒng)的節(jié)能減排中，可以最大限度地將單位電能利用起來。但是在實際煤炭供電系統(tǒng)中，這種技術(shù)的應(yīng)用也需要提高，直接影響到了供電質(zhì)量，進而給整個煤炭生產(chǎn)帶來損失。因此，我們需要在無功補償技術(shù)上多做思考和改進，將煤礦供電系統(tǒng)發(fā)揮起來，來保證大型電氣設(shè)備的運行。下面從三個主要方面就這個問題進行分析。

2.高次諧波對煤礦供電系統(tǒng)的危害

在煤炭供電系統(tǒng)中，往往會由于非線性負荷容量的增加而產(chǎn)生高次諧波，這些諧波的產(chǎn)生會影響到供電系統(tǒng)的正常運行，會產(chǎn)生電壓畸變，這些畸變直接影響到供電質(zhì)量，也就無法滿足大型電氣設(shè)備的用電需要。這時所需要用到的無功補償裝置，常常由安裝在電容器柜中的補償電容器構(gòu)成，這些電容器容量的計算是由系統(tǒng)固定的，一般情況下是根據(jù)處于基波頻率條件下所需的無功功率來獲得。在這個過程中，會產(chǎn)生大量并聯(lián)高次諧波。其電流量甚至超過了基波電流的幾十倍，如此強大的高次諧波，會導(dǎo)致電壓畸變，造成無功補償裝置的補償啟用，進入一種非良性補償循環(huán)中。針對這個問題，我們可以在補償電容器中安裝如下圖1所示的裝置，來緩解高次諧波給供電系統(tǒng)帶來的危害。

安裝了圖1中的無功補償后，會讓原來單一容器的容抗特性轉(zhuǎn)換為感抗特性，這種轉(zhuǎn)變帶來的變化是明顯的，會使得原來無功補償裝置對高次諧波放大消失，讓供電系統(tǒng)得到凈化，保證大功率電氣供電設(shè)備的正常使用和運行，從而提高整個煤炭作業(yè)的生產(chǎn)效率。

3.有源濾波治理無功補償?shù)木唧w技術(shù)分析

無功補償裝置在煤礦供電系統(tǒng)的應(yīng)用，主要從有源濾波治理無功補償?shù)慕嵌热胧株U述。無功補償裝置主要由電容器組成，在補償電力容器時，要通過配電網(wǎng)進行切投，不過由于其設(shè)備本身并不具有抗諧波能力，非常容易受到系統(tǒng)中非線性感性負載影響而產(chǎn)生諧振團。這些在電容器內(nèi)部形成的諧振，基本上超過了額定電流的數(shù)倍，如此強大的諧振電流對電容器本身會造成很負面的影響，甚至?xí)a(chǎn)生損毀的情況。同時這些諧振電流也會導(dǎo)致無功補償柜中的其它設(shè)備原件過熱，進而導(dǎo)致原件和設(shè)備的燒毀，給生產(chǎn)安全和生產(chǎn)質(zhì)量帶來巨大影響。針對這個問題，在煤礦供電系統(tǒng)的無功補償中，需要首先解決諧波帶來諧振過大的情況，對其控制是至關(guān)重要的。

在煤礦的供電系統(tǒng)中，針對諧振過大問題一般采取清波方案，而清波治理無功補償主要包括了有源濾波治理無功補償和無源濾波治理無功補償兩種方案。其中，有源濾波治理無功補償方案的局限性是很大的，對施用設(shè)備也有很高要求，要求設(shè)備功率比較小，諧振污染也要比較小，比如一些精密儀器和通信設(shè)備等，但是這個方案運用在這些設(shè)備上的成本比較大田，在煤礦開采和挖掘作業(yè)中，大多數(shù)是功率巨大的電氣設(shè)備，且諧振污染很大，在這樣系統(tǒng)中，很難發(fā)揮其應(yīng)有作用。

而無源濾波治理無功補償方案則比有源濾波治理方案運用廣泛，從上圖2中我們可以看出，自動控制器經(jīng)過內(nèi)部的DSP數(shù)據(jù)處理單元分析處理判斷系統(tǒng)需要進行無功補償時，其容器內(nèi)部會有一套動態(tài)命令來控制K 1-K 4電容器開關(guān)，與所需的無功補償是相應(yīng)的，所形成電容器的切投也是相應(yīng)的，這樣，不僅完成了供電系統(tǒng)的無功補償，還解決諧振波問題，達到濾波功能，對于整個供電系統(tǒng)的運行都有十分重要的作用。另外，無源濾波治理無功補償?shù)臒o功補償作用有針對性，特別是對于會產(chǎn)生較大波含量電氣設(shè)備的補償作用比較好，從圖2中可以看出，這種無功補償作用的形成，主要是通過連接電感，同時并聯(lián)電容之間的匹配，使得諧波所經(jīng)的并聯(lián)低阻力，形成了一條低阻通道，為濾波電流展開通道，將諧波電流的流入降低到最小，完成無功補償?shù)膭討B(tài)運行。

4.無功補償?shù)膽?yīng)用效果

通過上文的具體技術(shù)分析，我們了解到無功補償?shù)膽?yīng)用，其應(yīng)用效果十分明顯，一方面，這種應(yīng)用可以提高煤礦供電系統(tǒng)的供電功率，提高其負載電能的功率，另一方面，還可以大大降低相應(yīng)系統(tǒng)的能耗，將配電電壓穩(wěn)定在一定數(shù)值之內(nèi)，從而提高整個供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。同時，這種無功補償，會減少有功功率對配電系統(tǒng)帶來的不良影響，減少沖擊，也就能夠保證大型電氣設(shè)備的用電需求，使得整體的煤礦供電系統(tǒng)有效運行。

5.結(jié)語

文中提到的無功補償，一般來講是針對大型煤礦電氣設(shè)備所進行的無功補償，一方面是對煤礦中配電系統(tǒng)的補償，另一方面也可以解決供電系統(tǒng)中諧波過大問題，給大型電氣設(shè)備運行提供一個良好的環(huán)境。無功補償?shù)倪\用可以有效地減少高次諧波的產(chǎn)生，減少高次諧波給供電系統(tǒng)帶來的沖擊，進而也就減少了系統(tǒng)過熱等問題，延長電氣設(shè)備使用壽命，需要特別提到的是，這種技術(shù)的應(yīng)用，對于節(jié)能減排的作用也是非常有效和明顯的，降低了單位煤炭的生產(chǎn)成本，起到了一個減少消耗的作用。就礦井供電系統(tǒng)方面的問題，從高次諧波對煤礦供電系統(tǒng)的危害入手，分析了有源濾波治理無功補償?shù)挠行ё饔茫M而對無功補償?shù)膽?yīng)用效果進行了闡述，希望對實際工作中煤礦供電系統(tǒng)的改善提出有益的思考。

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