礦井供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用研究
2014-12-24 23:23:39白文明
科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2014年30期
白文明
摘 要：該文介紹了礦井供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)闹匾裕ㄟ^無功功率補(bǔ)償?shù)脑砑盁o功補(bǔ)償容量的確定，通過對電容補(bǔ)償方式介紹，礦山供電系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要，選用合理的電容容量補(bǔ)償?shù)V井供電系無功功率，可提高功率因數(shù)，提高設(shè)備出力，降低無功功率損耗和電能損失。
關(guān)鍵詞：無功功率補(bǔ)償 ?電容補(bǔ)償 ?煤礦供電
中圖分類號：TD611.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0024-01
在中國，2/3的能源消耗來自煤炭。隨著煤炭開采量的不斷增加，安全問題日益突出，重、特大事故時(shí)有發(fā)生，礦井供電系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)的生命線，地位非常重要。在煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)過程中，礦井供電系統(tǒng)功率因數(shù)低，無功功率的存在造成有功損耗增大，供電網(wǎng)路功率因數(shù)的高低直接影響煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及供電網(wǎng)路的安全運(yùn)行。
隨著礦井供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，，當(dāng)系統(tǒng)受到較大的干擾，就可能導(dǎo)致在電壓穩(wěn)定的薄弱點(diǎn)引起電壓崩潰。合理的無功功率補(bǔ)償選擇以能有效地保護(hù)系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量的無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸，從而減少有功功率損耗，降低電力成本。
1 礦井供電系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償?shù)脑?/p>
當(dāng)?shù)V井供電系統(tǒng)出現(xiàn)正弦波波形的電壓，同時(shí)出現(xiàn)同相位的電流與電壓時(shí)，該文中電阻性設(shè)備如帶鎮(zhèn)流器的日光燈、交流接觸器等的功率公式為：P=U×I。
電感性電氣設(shè)備如電動機(jī)和變壓器等，此時(shí)所消耗的能量不能有效的轉(zhuǎn)化為有功功率，被稱之為無功功率Q。此時(shí)電流滯后電壓一個(gè)角度φ。視在功率S就等于：
無功功率公式：
此時(shí)功率因數(shù)：
無功功率在傳輸?shù)倪^程中會加重礦井供電系統(tǒng)的負(fù)荷，最終導(dǎo)致此供電系統(tǒng)損耗不斷增加，同時(shí)使得礦井供電系統(tǒng)的電壓降低。基于此種原因，我們需要采取就近和就地補(bǔ)償?shù)拇胧﹣硐@種影響。并聯(lián)電容器可補(bǔ)償或平衡電氣設(shè)備的感性無功功率。當(dāng)容性無功功率等于感性無功功率時(shí)，礦井供電系統(tǒng)只傳輸有功功率P。國家根椐一定的科學(xué)統(tǒng)計(jì)，作出的相關(guān)規(guī)定中，指出高壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9以上，低壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.85以上。
如果此時(shí)電容器功率為，則設(shè)R為線路電阻，△P1為原線路損耗，△P2為功率因素提高后線路損耗，則線路損耗減少：
× ? ?（1）
比原來損失的百分?jǐn)?shù)為：
×× ? ?（2）
其中：
，補(bǔ)償后由于功率因素提高，>，為了分析方便，可認(rèn)為≈。
將代入（2）可知：
××
由此可以看出，礦井供電系統(tǒng)的有功功率不隨無功功率的改變而改變。但是如果系統(tǒng)中的無功功率降低時(shí)，礦井供電系統(tǒng)的線路損耗會降低，相應(yīng)的電流也會下降。不難看出，當(dāng)功率因素從0.8提高到0.85有功損耗降低了9%左右，當(dāng)功率因素從0.85提高到0.9的時(shí)候，功率損耗降低了10%左右。
2 按電容補(bǔ)償率確定補(bǔ)償容量
在礦井供電系統(tǒng)中，可以根據(jù)礦井供電系統(tǒng)的負(fù)荷情況和國家相關(guān)規(guī)定的要求確定補(bǔ)償后所需達(dá)到的功率因數(shù)值，然后計(jì)算電容器的安裝容量：
×
×式中：
為礦井供電系統(tǒng)電容器的安裝容量，為礦井供電系統(tǒng)的有功功率， 為礦井供電系統(tǒng)補(bǔ)償前的功率因數(shù)角，為礦井供電系統(tǒng)補(bǔ)償前的功率因數(shù)，為礦井供電系統(tǒng)補(bǔ)償后的功率因數(shù)角，為礦井供電系統(tǒng)補(bǔ)償后的功率因數(shù)。
3 礦山供電電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>
當(dāng)?shù)V井供電系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償電容器的安裝時(shí)候，可采取集中，分散或個(gè)別補(bǔ)償?shù)绕渌问健?/p>
（1）集中補(bǔ)償。
集中補(bǔ)償是將電容器組是集中安裝在變電站的二次側(cè)母線上，這種補(bǔ)償方法，安裝方便，運(yùn)行穩(wěn)定性比較高效率高，但電氣設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)載運(yùn)行時(shí)候，可導(dǎo)致過度補(bǔ)償，從而使工作電壓的增加，電壓質(zhì)量惡化。
（2）分散補(bǔ)償。
分散補(bǔ)償電容器組分組安裝在每個(gè)變電所配電室的出線上，在低壓電網(wǎng)內(nèi)部形成分散補(bǔ)償群體，這種補(bǔ)償方法比較靈活，在礦井供電系統(tǒng)的補(bǔ)償方式上，由于其易于控制，靈活方便等因素，現(xiàn)有的礦井供電系統(tǒng)多選擇分散補(bǔ)償方式。
（3）個(gè)人補(bǔ)償。
個(gè)別補(bǔ)償是針對個(gè)別電氣設(shè)備的運(yùn)行，進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎㄟ^將電容器直接連接到同一電路單個(gè)電氣設(shè)備，使用相同的開關(guān)控制，同時(shí)調(diào)試或斷開，這種補(bǔ)償方法的效果是最好的，最直接的，可以實(shí)現(xiàn)在原地?zé)o功電流的平衡，同時(shí)也避免了過度補(bǔ)償空載，在礦井供電系統(tǒng)中可以對連采機(jī)等大型設(shè)備，進(jìn)行采用個(gè)別補(bǔ)償形式。
4 結(jié)語
綜上所述，合理選擇電容容量以此來補(bǔ)償供電系統(tǒng)無功功率，不但能夠降低無功功率和電能的損耗，還能提高功率因數(shù)，進(jìn)而改善礦井供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1] 萇群方，付小鵬，周少秋.礦井供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償探討[J].中州煤炭，2007（4）：28-29.
[2] 馬守峰.淺析礦井供電系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償方法[J].機(jī)電信息，2011（36）：130-131.
[3] 李宏生.礦井電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2011.
[4] 劉文蔚.煤礦井下供電系統(tǒng)動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)研究[J].煤礦現(xiàn)代化，2010（4）：83-84.
摘 要：該文介紹了礦井供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)闹匾裕ㄟ^無功功率補(bǔ)償?shù)脑砑盁o功補(bǔ)償容量的確定，通過對電容補(bǔ)償方式介紹，礦山供電系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要，選用合理的電容容量補(bǔ)償?shù)V井供電系無功功率，可提高功率因數(shù)，提高設(shè)備出力，降低無功功率損耗和電能損失。
關(guān)鍵詞：無功功率補(bǔ)償 ?電容補(bǔ)償 ?煤礦供電
中圖分類號：TD611.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0024-01
在中國，2/3的能源消耗來自煤炭。隨著煤炭開采量的不斷增加，安全問題日益突出，重、特大事故時(shí)有發(fā)生，礦井供電系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)的生命線，地位非常重要。在煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)過程中，礦井供電系統(tǒng)功率因數(shù)低，無功功率的存在造成有功損耗增大，供電網(wǎng)路功率因數(shù)的高低直接影響煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及供電網(wǎng)路的安全運(yùn)行。
隨著礦井供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，，當(dāng)系統(tǒng)受到較大的干擾，就可能導(dǎo)致在電壓穩(wěn)定的薄弱點(diǎn)引起電壓崩潰。合理的無功功率補(bǔ)償選擇以能有效地保護(hù)系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量的無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸，從而減少有功功率損耗，降低電力成本。
1 礦井供電系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償?shù)脑?/p>
當(dāng)?shù)V井供電系統(tǒng)出現(xiàn)正弦波波形的電壓，同時(shí)出現(xiàn)同相位的電流與電壓時(shí)，該文中電阻性設(shè)備如帶鎮(zhèn)流器的日光燈、交流接觸器等的功率公式為：P=U×I。
電感性電氣設(shè)備如電動機(jī)和變壓器等，此時(shí)所消耗的能量不能有效的轉(zhuǎn)化為有功功率，被稱之為無功功率Q。此時(shí)電流滯后電壓一個(gè)角度φ。視在功率S就等于：
無功功率公式：
此時(shí)功率因數(shù)：
無功功率在傳輸?shù)倪^程中會加重礦井供電系統(tǒng)的負(fù)荷，最終導(dǎo)致此供電系統(tǒng)損耗不斷增加，同時(shí)使得礦井供電系統(tǒng)的電壓降低。基于此種原因，我們需要采取就近和就地補(bǔ)償?shù)拇胧﹣硐@種影響。并聯(lián)電容器可補(bǔ)償或平衡電氣設(shè)備的感性無功功率。當(dāng)容性無功功率等于感性無功功率時(shí)，礦井供電系統(tǒng)只傳輸有功功率P。國家根椐一定的科學(xué)統(tǒng)計(jì)，作出的相關(guān)規(guī)定中，指出高壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9以上，低壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.85以上。
如果此時(shí)電容器功率為，則設(shè)R為線路電阻，△P1為原線路損耗，△P2為功率因素提高后線路損耗，則線路損耗減少：
× ? ?（1）
比原來損失的百分?jǐn)?shù)為：
×× ? ?（2）
其中：
，補(bǔ)償后由于功率因素提高，>，為了分析方便，可認(rèn)為≈。
將代入（2）可知：
××
由此可以看出，礦井供電系統(tǒng)的有功功率不隨無功功率的改變而改變。但是如果系統(tǒng)中的無功功率降低時(shí)，礦井供電系統(tǒng)的線路損耗會降低，相應(yīng)的電流也會下降。不難看出，當(dāng)功率因素從0.8提高到0.85有功損耗降低了9%左右，當(dāng)功率因素從0.85提高到0.9的時(shí)候，功率損耗降低了10%左右。
2 按電容補(bǔ)償率確定補(bǔ)償容量
在礦井供電系統(tǒng)中，可以根據(jù)礦井供電系統(tǒng)的負(fù)荷情況和國家相關(guān)規(guī)定的要求確定補(bǔ)償后所需達(dá)到的功率因數(shù)值，然后計(jì)算電容器的安裝容量：
×
×式中：
為礦井供電系統(tǒng)電容器的安裝容量，為礦井供電系統(tǒng)的有功功率， 為礦井供電系統(tǒng)補(bǔ)償前的功率因數(shù)角，為礦井供電系統(tǒng)補(bǔ)償前的功率因數(shù)，為礦井供電系統(tǒng)補(bǔ)償后的功率因數(shù)角，為礦井供電系統(tǒng)補(bǔ)償后的功率因數(shù)。
3 礦山供電電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>
當(dāng)?shù)V井供電系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償電容器的安裝時(shí)候，可采取集中，分散或個(gè)別補(bǔ)償?shù)绕渌问健?/p>
（1）集中補(bǔ)償。
集中補(bǔ)償是將電容器組是集中安裝在變電站的二次側(cè)母線上，這種補(bǔ)償方法，安裝方便，運(yùn)行穩(wěn)定性比較高效率高，但電氣設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)載運(yùn)行時(shí)候，可導(dǎo)致過度補(bǔ)償，從而使工作電壓的增加，電壓質(zhì)量惡化。
（2）分散補(bǔ)償。
分散補(bǔ)償電容器組分組安裝在每個(gè)變電所配電室的出線上，在低壓電網(wǎng)內(nèi)部形成分散補(bǔ)償群體，這種補(bǔ)償方法比較靈活，在礦井供電系統(tǒng)的補(bǔ)償方式上，由于其易于控制，靈活方便等因素，現(xiàn)有的礦井供電系統(tǒng)多選擇分散補(bǔ)償方式。
（3）個(gè)人補(bǔ)償。
個(gè)別補(bǔ)償是針對個(gè)別電氣設(shè)備的運(yùn)行，進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎㄟ^將電容器直接連接到同一電路單個(gè)電氣設(shè)備，使用相同的開關(guān)控制，同時(shí)調(diào)試或斷開，這種補(bǔ)償方法的效果是最好的，最直接的，可以實(shí)現(xiàn)在原地?zé)o功電流的平衡，同時(shí)也避免了過度補(bǔ)償空載，在礦井供電系統(tǒng)中可以對連采機(jī)等大型設(shè)備，進(jìn)行采用個(gè)別補(bǔ)償形式。
4 結(jié)語
綜上所述，合理選擇電容容量以此來補(bǔ)償供電系統(tǒng)無功功率，不但能夠降低無功功率和電能的損耗，還能提高功率因數(shù)，進(jìn)而改善礦井供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1] 萇群方，付小鵬，周少秋.礦井供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償探討[J].中州煤炭，2007（4）：28-29.
[2] 馬守峰.淺析礦井供電系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償方法[J].機(jī)電信息，2011（36）：130-131.
[3] 李宏生.礦井電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2011.
[4] 劉文蔚.煤礦井下供電系統(tǒng)動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)研究[J].煤礦現(xiàn)代化，2010（4）：83-84.
摘 要：該文介紹了礦井供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)闹匾裕ㄟ^無功功率補(bǔ)償?shù)脑砑盁o功補(bǔ)償容量的確定，通過對電容補(bǔ)償方式介紹，礦山供電系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要，選用合理的電容容量補(bǔ)償?shù)V井供電系無功功率，可提高功率因數(shù)，提高設(shè)備出力，降低無功功率損耗和電能損失。
關(guān)鍵詞：無功功率補(bǔ)償 ?電容補(bǔ)償 ?煤礦供電
中圖分類號：TD611.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0024-01
在中國，2/3的能源消耗來自煤炭。隨著煤炭開采量的不斷增加，安全問題日益突出，重、特大事故時(shí)有發(fā)生，礦井供電系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)的生命線，地位非常重要。在煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)過程中，礦井供電系統(tǒng)功率因數(shù)低，無功功率的存在造成有功損耗增大，供電網(wǎng)路功率因數(shù)的高低直接影響煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及供電網(wǎng)路的安全運(yùn)行。
隨著礦井供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，，當(dāng)系統(tǒng)受到較大的干擾，就可能導(dǎo)致在電壓穩(wěn)定的薄弱點(diǎn)引起電壓崩潰。合理的無功功率補(bǔ)償選擇以能有效地保護(hù)系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量的無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸，從而減少有功功率損耗，降低電力成本。
1 礦井供電系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償?shù)脑?/p>
當(dāng)?shù)V井供電系統(tǒng)出現(xiàn)正弦波波形的電壓，同時(shí)出現(xiàn)同相位的電流與電壓時(shí)，該文中電阻性設(shè)備如帶鎮(zhèn)流器的日光燈、交流接觸器等的功率公式為：P=U×I。
電感性電氣設(shè)備如電動機(jī)和變壓器等，此時(shí)所消耗的能量不能有效的轉(zhuǎn)化為有功功率，被稱之為無功功率Q。此時(shí)電流滯后電壓一個(gè)角度φ。視在功率S就等于：
無功功率公式：
此時(shí)功率因數(shù)：
無功功率在傳輸?shù)倪^程中會加重礦井供電系統(tǒng)的負(fù)荷，最終導(dǎo)致此供電系統(tǒng)損耗不斷增加，同時(shí)使得礦井供電系統(tǒng)的電壓降低。基于此種原因，我們需要采取就近和就地補(bǔ)償?shù)拇胧﹣硐@種影響。并聯(lián)電容器可補(bǔ)償或平衡電氣設(shè)備的感性無功功率。當(dāng)容性無功功率等于感性無功功率時(shí)，礦井供電系統(tǒng)只傳輸有功功率P。國家根椐一定的科學(xué)統(tǒng)計(jì)，作出的相關(guān)規(guī)定中，指出高壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9以上，低壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.85以上。
如果此時(shí)電容器功率為，則設(shè)R為線路電阻，△P1為原線路損耗，△P2為功率因素提高后線路損耗，則線路損耗減少：
× ? ?（1）
比原來損失的百分?jǐn)?shù)為：
×× ? ?（2）
其中：
，補(bǔ)償后由于功率因素提高，>，為了分析方便，可認(rèn)為≈。
將代入（2）可知：
××
由此可以看出，礦井供電系統(tǒng)的有功功率不隨無功功率的改變而改變。但是如果系統(tǒng)中的無功功率降低時(shí)，礦井供電系統(tǒng)的線路損耗會降低，相應(yīng)的電流也會下降。不難看出，當(dāng)功率因素從0.8提高到0.85有功損耗降低了9%左右，當(dāng)功率因素從0.85提高到0.9的時(shí)候，功率損耗降低了10%左右。
2 按電容補(bǔ)償率確定補(bǔ)償容量
在礦井供電系統(tǒng)中，可以根據(jù)礦井供電系統(tǒng)的負(fù)荷情況和國家相關(guān)規(guī)定的要求確定補(bǔ)償后所需達(dá)到的功率因數(shù)值，然后計(jì)算電容器的安裝容量：
×
×式中：
為礦井供電系統(tǒng)電容器的安裝容量，為礦井供電系統(tǒng)的有功功率， 為礦井供電系統(tǒng)補(bǔ)償前的功率因數(shù)角，為礦井供電系統(tǒng)補(bǔ)償前的功率因數(shù)，為礦井供電系統(tǒng)補(bǔ)償后的功率因數(shù)角，為礦井供電系統(tǒng)補(bǔ)償后的功率因數(shù)。
3 礦山供電電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>
當(dāng)?shù)V井供電系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償電容器的安裝時(shí)候，可采取集中，分散或個(gè)別補(bǔ)償?shù)绕渌问健?/p>
（1）集中補(bǔ)償。
集中補(bǔ)償是將電容器組是集中安裝在變電站的二次側(cè)母線上，這種補(bǔ)償方法，安裝方便，運(yùn)行穩(wěn)定性比較高效率高，但電氣設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)載運(yùn)行時(shí)候，可導(dǎo)致過度補(bǔ)償，從而使工作電壓的增加，電壓質(zhì)量惡化。
（2）分散補(bǔ)償。
分散補(bǔ)償電容器組分組安裝在每個(gè)變電所配電室的出線上，在低壓電網(wǎng)內(nèi)部形成分散補(bǔ)償群體，這種補(bǔ)償方法比較靈活，在礦井供電系統(tǒng)的補(bǔ)償方式上，由于其易于控制，靈活方便等因素，現(xiàn)有的礦井供電系統(tǒng)多選擇分散補(bǔ)償方式。
（3）個(gè)人補(bǔ)償。
個(gè)別補(bǔ)償是針對個(gè)別電氣設(shè)備的運(yùn)行，進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎㄟ^將電容器直接連接到同一電路單個(gè)電氣設(shè)備，使用相同的開關(guān)控制，同時(shí)調(diào)試或斷開，這種補(bǔ)償方法的效果是最好的，最直接的，可以實(shí)現(xiàn)在原地?zé)o功電流的平衡，同時(shí)也避免了過度補(bǔ)償空載，在礦井供電系統(tǒng)中可以對連采機(jī)等大型設(shè)備，進(jìn)行采用個(gè)別補(bǔ)償形式。
4 結(jié)語
綜上所述，合理選擇電容容量以此來補(bǔ)償供電系統(tǒng)無功功率，不但能夠降低無功功率和電能的損耗，還能提高功率因數(shù)，進(jìn)而改善礦井供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1] 萇群方，付小鵬，周少秋.礦井供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償探討[J].中州煤炭，2007（4）：28-29.
[2] 馬守峰.淺析礦井供電系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償方法[J].機(jī)電信息，2011（36）：130-131.
[3] 李宏生.礦井電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2011.
[4] 劉文蔚.煤礦井下供電系統(tǒng)動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)研究[J].煤礦現(xiàn)代化，2010（4）：83-84.
