淺議無功補償技術在煤礦中的應用

陳玉 梁棟

摘 要：文章主要是闡述了無功補償裝置在煤礦供電系統中的作用，其最為明顯的優勢就在于有良好的節電效益，且有較高的自動化程度，在使用過程中可以達到安全可靠的目的，有效地使電力系統中，功率因數增加，維護電壓穩定，降低功率的損耗量，提升了供電的質量，使煤礦電力系統可以全面地把設備的潛能和一些其他的優勢發揮出來。

關鍵詞：煤礦；供電系統；無功補償裝置

引言

無功功率補償翻譯成英文就是Reactive power compensation，在日常生活中人們往往稱之為無功補償。無功補償裝置的關鍵是通過增設設備，提升電網系統中的功率因數，減少供電變壓器及輸送線路的損失，從而提升供電的工作效率，改進用電環境。所以，從這一意義上來看，無功功率補償裝置在電力企業的供電系統中發揮著比較重要的作用，合理地對補償裝置做出選擇，可以從根本上降低電網的損耗，同時還可以進一步改進電網的工作質量。相反，如果我們未能正確地選擇好相應的裝置，則很有可能會產生供電系統，電壓波動等現象。就當前的煤礦企業來看，由于井下供電系統有較長的供電距離，且線路長，所以就會導致煤礦挖掘發動機長期連續作業，功率過大超出電動機功率因數所能承載的范圍，同時供電線路的通電電流和電壓負荷過重，極容易對電動機的正常性能造成損耗或者老化，極大地增加了電器事故，并增加了設備的維修支出，同時還會影響地下煤礦的生產作業的安全。在煤礦工作的電力系統中，無功功率所增加的用電量會增加企業的生產成本，所以為了應對該問題，使企業的經濟效益得以提升，保證礦井供電質量，減少電器發生的事故，我國的大型煤礦使用用電設備大都為感性負荷。

1 無功補償的相關問題

1.1 功率因數的內涵

功率因數實質是借助數學中的用三角函數COSΦ表示電網中電流和電壓的相位差余弦。在功率的三角形里，其中的二條直角邊，有一條表示的是有功功率（P），另一個是用來表示無功功率（Q），而視在功率則用斜邊來表示，記作字母（S），P直線和S直線間的夾角即有功功率和視在功率的夾角就是功率因數角。功率因數則是該夾角的相位差余弦數值。在正常的煤礦供電系統中，功率因素作為預測電能利用情況和電力設備使用情況的一個關鍵性指標，通過測量功率因數值的大小能夠準確反映上述的電力利用情況外，當電力功率因數越大，即無功功率數值越少，所以認為大部分的電力功率都能有效過渡給有功功率。

1.2 礦井電網中功率因素對其運行的影響

（1）假設輸送的是大小相等的有功功率，功率因數減少，就會使總的傳輸電流上升，電網系統負荷超載導致電網發生損失的現象。（2）功率因數降低時，無功功率增加，總電流就增加了，從而使發電機的輸出功率進一步下降。（3）功率因數減少時，將使變壓器及線路的電壓有所增加。尤其是受到了沖擊負載的情況下，就會使變壓器出現調壓困難，甚至是變壓器的性能被破壞。當功率因數值太低時，可以通過并聯電力容器的辦法提升功率因數值，此時電網系統中電力受到沖擊負載，無功功率發生大幅度的波動，借由晶閘管投切電容器、相控電抗器等辦法維持無功功率的數值水平，從而實現功率過低的補償。

1.3 增強功率因數的辦法

1.3.1 科學使用電能

（1）在電氣裝置的選擇上遵循合理科學的原理。（2）當電動機沒有電壓承載時，不允許開動電動機，禁止空轉。（3）對于電壓的選取要根據實際情況而定。（4）盡量避免一臺變壓器進行負荷電壓的調節工作。（5）電壓的接線方式采用小負荷異步電動機定子線卷進行。（6）定時對設備進行檢修工作，提高設備性能和使用壽命。（7）對于負荷限額低于45%水平的異步電動機予以及時的更替。

1.3.2 無功功率的補償手段

（1）增加靜電電容器。（2）把同步電動機和調相繼充當同步的補償工具。（3）異步電動機和電網功率同步化。

2 無功補償的作用

無功補償使用以后，有多個作用，其最為突出的作用有以下五點：（1）提升用戶的功率因數，以改進電工設備的利用效率。（2）降低電力網絡的有功損耗。（3）科學地把控電網系統中無功功率的變化，提升電壓和系統電能的水平，增加電網系統中對于其他干擾因素的防御指數，提高電力系統的穩定性。（4）增設無功補償設備，設置了適當的調節裝置，有效改善電網系統中電力的傳輸速率和性能，使無功功率維持在穩定的數值水平上。（5）增設無功補償設備，除了上述優點外，還能完善電壓的波形，有效解決了可能會出現的電壓波形分量、分流等情況，同時電容器、變壓器等設備還有效地規避由于高諧波而損耗電網所導致的部分過熱現象。

3 無功補償技術在煤礦中的應用

3.1 降低供電線路的功率損耗

3.1.1 供電線路的功率損耗

當前，電網系統中的功率包括無功功率以及因使用供電裝置而產生的有功功率兩種。在正常的電網電流傳輸過程中，往往會發生有功電流傳輸夾雜著無功電流傳輸的現象，使得整體的電網系統電流增加。在三相供電線路中功率耗損主要是因為視在電流在線路發生電流傳輸時會形成熱量的損耗，從而增加了線路的功率，形成了功率損耗。按照目前的現狀可知，煤礦供電的系統的功率因數的數值大多維持在0.65的均值水平上，可謂不低不高。當增設無功補償設備時，此時電網中電流和電壓的相位差余弦數值會達到0.95，有利于實現供電線路的功率損耗有所降低。

3.1.2 降低電費

按照我國水利部的規定文件可知，不同的用電用戶，當電網的功率因數滿足下列三種其中的標準值時，能夠實現電費成本的減少：（1）從事農業的用電用戶，要求其用電的功率因數高于0.8。（2）從事正常作業的用電用戶，要求其功率因素高于0.85。（3）從事特殊工種的高壓用電用戶，則要求其用電的功率因數超過0.9。所以，針對上述的文件的規定，用電用戶想要減少電費成本，在進行無功功率補償時，要求補償后的功率因數值不得高于0.92、0.94、0.95.一旦超出上述數值，不但不會降低電費，而會使增加電費成本。

3.2 改進線路供電能力

我們可以以山西某煤礦的三部皮帶作為具體的實例，在進行電網功率補償前，接入線路負載電流容量為175安的線路電流和截面寬度為65平方毫米的電纜當作第一供電線路。加設完成電網功率的補償設備后，供電線路的負載電流就變成了132安，選取了截面面積為50平方毫米的電纜線路實現電纜負載電流的充分供給。同時，補償后，供電線路的負載電流減少了48安，所以供電系統所需電壓也降低，只要選取小的變壓器容量即可滿足電網系統的需求。另外，在該案例中。增設補償后，原來70平方毫米的電纜更替為使用50平方毫米的電纜。供電線路電纜全長450米，足足減少了約1.2萬元的電纜成本費用，變壓器的選取也節約了設備的費用，大大節省了設備的支出成本。

3.3 降低了供電線路電壓損失

電網中承載的電流減少，電壓損失降低，保證了電網系統的正常運行，從而有利于電力設備保持礦山負荷運動。

3.4 減少了礦井電氣事故發生的概率

在進行無功補償前，電網系統的無功電流有可能造成電纜、變壓器等的絕緣下降速度有所加快，并使電路產生短路，最終導致發生傷人事件。緊接著，由于電壓降增大，一些機電難以啟動，使得電機、開關等部件開始被燒壞，極大地影響了安全生產。而進行了無功補償以后，系統電流相對較小，所以發生上述事故也就不大可能發生了。

4 結束語

根據我們上面的分析，我們對無功補償技術的優勢與劣勢都有一個全面的把握，如在煤礦安裝、運用無功就地補償裝置，明顯地提高了節電的效果，同時也改進了自動化，從而使得用電更加安全可靠，而且還提高了電網質量。所以，我們要利用這一技術為四化建設做貢獻。

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