靜態(tài)無功發(fā)生器對提高井下供電質(zhì)量的應(yīng)用研究

李玉寧

（山西晉神能源有限公司，山西 忻州 036500）

引言

伴隨著我國民經(jīng)濟對煤炭的需求增大，煤炭資源隨著資源的大量開采而逐步減少。由此，為保證礦井產(chǎn)量，大量煤礦企業(yè)已經(jīng)開始從侏羅紀煤系向石炭紀煤系逐步過渡，但是，由于開采石炭紀煤系對井下機電設(shè)備，以及巷道開拓方式要求比較高，煤礦企業(yè)不斷投入高功率生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施，直接影響到供電負荷的不斷加重，生產(chǎn)供電質(zhì)量也就受到不少負面影響，因此，利用理論計算的手段，探討應(yīng)用靜態(tài)無功發(fā)生器對井下機電設(shè)備起動壓降是否能夠起到明顯的作用效果。對保證礦井井下供電性能，提高供電線路的末端壓降具有重要意義。

1 影響設(shè)備啟動困難的原因及造成的影響

由于煤礦產(chǎn)量的增加，致使掘進工作面距離逐步加長，從而導(dǎo)致井下供電線路的變長、煤礦井下電壓降低；大起動電流的設(shè)備起動時會瞬間產(chǎn)生較大電流，使線路電壓降增大；由于用電高峰期用電設(shè)備較多；供電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量較差，電壓波動較劇烈；上述問題均可導(dǎo)致使用電設(shè)備的供電電壓超出了規(guī)定波動范圍，致使用電設(shè)備起動困難，其產(chǎn)生的影響體現(xiàn)在一下三個方面：

1）導(dǎo)致煤礦的產(chǎn)量下降。

2）需要提高變壓器供電側(cè)電壓但此方法只能針對固定的工況，而煤礦井下的工況及整體的供電環(huán)境是多變的，并無固定的工況；且變壓器供電側(cè)電壓提高過大會導(dǎo)致出現(xiàn)過電壓的情況。

3）如采用移動變壓器的方法來解決用電設(shè)備起動困難的問題則存在人員工作量的不斷增加等問題。

2 靜態(tài)無功發(fā)生器對提高電壓質(zhì)量具有可行性分析

東灘煤礦3304工作面所用設(shè)備及功率如下表1所示，對東灘煤礦3304工作面供電情況進行電能質(zhì)量分析。

表1 工作面設(shè)備參數(shù)表

在理想情況下，3304工作面需要系數(shù)：

式中：PD為最大一臺電動機的額定功率，kW；∑PN為工作面電氣設(shè)備容量總和（不包含備用設(shè)備）。

在此，為均衡考慮，3304工作面功率因數(shù)按0.6考慮。

東灘煤礦2號變電所下轄設(shè)備重載時：有功功率為＝5 770×0.6＝3 462kW；可推出視在功率為3 462／0.6＝5 770kVA；無功功率4 616kVar；線路電流555A。

2號變電所下最重負荷的開關(guān)（帶前、后刮板機的）所帶負荷總量3 400kW，則該工作面：有功功率為＝3 440×0.6＝2 040kW；可推出視在功率為2 040／0.6＝3 400kVA；無功功率2 720kVar；該開關(guān)電流327A；

線路阻抗：R＝ρL／S，其中ρ＝0.018 9Ω·mm2／m（20 ℃），銅。3×240mm2的 （4 760＋1 600）m線路阻抗約0.5Ω；3×95mm2的2 400 m線路阻抗約0.48Ω；

線路壓降（無補償時）：線路壓降555×0.5＋327×0.48＝277.5＋157＝434.5V；無功沖擊壓降（線路末端短路容量按28.9MVA考慮）

則無功沖擊壓降為（4.616／28.9）×6＝0.958 kV

由此可知：壓降最重的前后溜子移動變壓器前端電壓應(yīng)為6 300－434.5－958＝4 907.5V

通過《東灘煤礦井下電能質(zhì)量數(shù)據(jù)分析》，有針對性的在工作面刮板輸送機前段加裝加裝礦用隔爆兼本質(zhì)安全型鏈式靜止無功發(fā)生器 WJL－2500／6；在綜采工作面移動變壓器 KBSGY－2 500 KVA的一次側(cè)再加裝一臺 WJL－2 500／6；進行功率因數(shù)、電壓、諧波多種補償同時進行的綜合治理方案。設(shè)備進行如此增加后，補償設(shè)備總?cè)萘繛? 000kVar，大于前面估算的無功功率4 616 kVar；因此可滿足將3304工作面電網(wǎng)功率因數(shù)提升至0.95以上，則預(yù)估補償效果為：

則2號變電所下轄設(shè)備重載時：有功功率為＝5 770×0.6＝3 462kW；可推出視在功率為3 462／0.95＝3 644kVA；無功功率近似0；線路電流351A。

2號變電所下最重負荷的開關(guān)（帶前、后刮板機的）所帶負荷總量3 400kW，則該工作面：有功功率為＝3 440×0.6＝2 040kW；可推出視在功率為2 040／0.95＝2 147kVA；無功功率近似0；該開關(guān)電流207A；

線路阻抗：R＝ρL／S，其中ρ＝0.0189Ω·mm2／m（20 ℃），銅。3×240mm2的4 760＋1 600m線路阻抗約0.5Ω；3×95mm2的2 400m線路阻抗約0.48Ω；

線路壓降（補償時）：線路壓降351×0.5＋207×0.48＝175.5＋99＝274.5V；

無功沖擊壓降（線路末端短路容量按28.9MVA考慮），因補償容量足夠，則無功沖擊近似為0。

此時，壓降最重的前后溜子移動變壓器前端電壓應(yīng)6 300－274.5＝6 025.5V

因此通過理論的計算與分析，認為靜態(tài)無功發(fā)生器對提高電壓質(zhì)量是可行的。

3 靜態(tài)無功發(fā)生器在礦井的實際應(yīng)用

東灘煤礦深入井下了解靜態(tài)無功發(fā)生器的使用情況，了解到靜態(tài)無功發(fā)生器安裝于該礦三采區(qū)2號變電所內(nèi)，為三采區(qū)3304綜放工作面提供無功補償。入井電纜電源取自地面35kV變電站，該站出口電壓為6 100V到6 200V左右，從變電站到三采區(qū)一變電所線路長度為9 170m，從三采區(qū)2號變電所到3 304工作面線路長度為1 400m，因此供電線路共計10.57km。從變電站供三趟電源至三采區(qū)2號變電所，分別進入1號、13號、14號高壓總開關(guān)，其中1號總開關(guān)代3304面兩部皮帶機、采煤機（1 480kW）、轉(zhuǎn)載機（700kW）、破碎機（250kW）等；13號總開關(guān)代3304面泵站、前溜尾及后溜頭，14號總開關(guān)代3304面泵前溜頭及后溜尾，共計總負荷為7 520kW。而防爆SVG是對1號高開所代回路進行無功補償，1號回路總負荷在4 060kW左右。在該礦變電所內(nèi)我們跟蹤設(shè)備現(xiàn)場數(shù)據(jù)了解到，夜班生產(chǎn)班的時候線路末端壓降非常大，通過測試將靜止無功發(fā)生器分別兩次投入運行并采集數(shù)據(jù)，觀察電壓表示數(shù)和功率因數(shù)表示數(shù)，具體數(shù)據(jù)如下表2：通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析：采用靜止無功發(fā)生器后，系統(tǒng)功率因數(shù)提高至0.95以上（與原功率因數(shù)高低有關(guān)），使變壓器及供電線路中電流下降30%，降低了無功損耗，達到節(jié)能降耗的目的，靜態(tài)無功發(fā)生器對提高電壓質(zhì)量是可行的。

表2 靜態(tài)無功發(fā)生器投入前后電壓表示數(shù)和功率因數(shù)

4 結(jié)語

井下感性負荷大量產(chǎn)生無功功率，必然導(dǎo)致供電系統(tǒng)電網(wǎng)電壓波動。無功功率大，電網(wǎng)電壓波動幅度大，無功量變化頻率快，電網(wǎng)電壓波動頻率隨之加快。安裝使用靜止無功發(fā)生器后，將大部分無功功率就近補償，勢必導(dǎo)致供電網(wǎng)無功功率顯著減少，減小了電網(wǎng)電壓及井下變壓器二次電壓波動范圍，能夠?qū)㈦妷嚎刂圃谝欢ǖ臄?shù)值范圍內(nèi)，對提高井下電壓質(zhì)量有非常顯著的作用。