煤礦井下電網提高功率因數措施的可行性

朱劍

摘 要煤炭是一種不可再生的能源礦產，其是由幾千萬年前的樹木沉淀在泥土之中，經過各種形式的分解以及重組而形成的一種礦產資源，因為煤炭利用容易以及儲存量大等特點被廣泛的應用與人們的日常生產與生活之中。煤礦開采作為煤炭能源的唯一來源，因為煤炭儲存地點往往處于地下較深的位置，開采具有一定的難度，需要地下作業，在開采之中，僅憑人力是不可能的，需要各種先進設備的輔助與幫忙，這些先進設備往往又需要著電力作為能源驅動。而在地下深處，電力運輸較為困難，就存在著電力功率不足等問題，阻礙著煤炭開采的順利以及高效進行，為了提高煤礦井下的開采效率，就需要提高井下電網的功率因數。

【關鍵詞】功率因數 視在功率 無功功率

1 功率因數的定義

對于功率因數這個定義來講，通常被應用與計算電力損耗之中，在井下的供電系統之中，存在多種計算參數，其中最為主要的計算參數包括了有功功率、無功功率以及視在功率，而所謂功率因數就是有功功率與視在功率所形成的比值。

因為直接形容這個功率因數太過抽象，讓人十分難以深刻理解，所以采用一個相對而言比較簡單的線路模型圖來對線路之中的幾個重要參數進行描述，從而表現功率因數的存在。在這個線路模型圖之中，一共存在三個指數為R、L、C，其中R為總負載，L則為總電感，最后C是總電容，所表現的如下圖1中的內容。

通常而言其中的電感電壓超前電流為90°，電容電壓滯后為90°，i則代表了線路之中的電流，那么有如下方程式。

i=Im sin wt

uR=URm sin wt=RIm sin wt

uL=ULm sin（wt+90°）=XLIm sin（wt+90°）

uC=UCm sin（wt-90°）=XCIm sin（wt-90°）

在基于霍爾電壓定律的基礎之上，形成了這樣一個公式：

u=uR+uC+uL=Um sin（wt+φ）

最終我們可以得出：瞬時功率為P、平均功率代表為P、無功功率表示為Q、視在功率表示是S，則最終可以用一個三角形來表達他們之間的功率關系。

2 提高供電網功率因數的意義

2.1 提高設備的利用率

在煤礦井下的開采工作之中，所要利用到的很多設備因為電網功率因數的原因，沒有處于最佳的利用效率之上，如果能夠有效的提高供電網的功率因數，則能夠有效的提高設備利用率，此舉不僅僅減少了電力資源的損耗，同時也提高了煤礦開采的效率與質量。開采設備在工作之中所提供的動力是由發動機所提供的，發動機作為開采設備的主要動力設備，其決定了開采設備的利用率，通常情況下，在發電機進行設計時，會將發動機按照視在功率S來進行設計，因此如果實在額定的電流以及電壓之下，在開采設備正常運行之中，如上述所得公式表達，發動機所輸出的有功功率與所接負載的功率因數有著非常直接的關系，那么就可以有效的得出，如果功率因數為1，其所接的負載為電阻性負載之時，發動機所輸出的有功功率是與其設計時的視在功率相同的，但是如果其所接的負載為感性負載之時，那么此時的功率因數就低于1，那么此時的發動機所輸出的有功功率是低于設計時的視在功率的，就造成了利用率的降低，因此提高供電網功率因數，能夠有效的提高設備的利用率。

2.2 降低供電網損耗

在談及煤礦井下電網損耗時，通常情況下，電網損耗的最大影響因素就是線路損耗，這是由于電力所要經過線路的傳輸到目標地點，其線材是具有導電性能的，只要是具有導電性能的物品就具有電阻，因為電阻的存在會出現線路上電能的損耗。當功率因數較低時，其線路損耗會隨之增加，在這種情況之下，加大功率因數，就能降低線路損耗，從而提高發電設備的電力壓力，使更多設備得到充足的電力供應，與此同時又能提高電能的利用效率，從而降低煤礦井下開采的電能成本，幫助煤礦節約資源，促進煤礦的良性發展。

3 無功補償提高功率因數

3.1 并聯移相電容器組方法

通過上述對于功率因數的介紹可以了解到功率因數是有功功率與視在功率形成的比值，因此如果可以采取一定的方法降低無功功率那么將在側面提高電網的功率因數。在并聯移相電容器組這個無功補償方法之中，可以采用電容器所產生的無功功率去彌補電感負載所需要的無功功率，從而能夠充分降低低電網所需要的無功功率，由此來提高電網的功率因數。

在這種方法之下有優點也有其缺點，優點在于因為是采用了電容器來進行無功功率的降低，因此其相對而言沒有震動與噪音，并且資金投入規模并不大，所需要的維護措施比較簡單，在整個方法的進行步驟較少，方法進行的也比較簡潔，被很多煤礦井下電網工作者所廣泛使用。但是也存在著其缺點，就是其降低無功功率有著明顯的刻度劃分，因此很難根據現實情況進行準確的無功功率調節，導致最后的功率因數沒有辦法形成最優的數據，而且電容器需要一個相對穩定的工作環境，所以在煤礦井下的環境中，容易受到干擾，從而發生電容器不穩定，最終導致功率因數提升出現問題。

3.2 同步調相機方法

同步調相機不僅僅能夠產生無功功率，并且在其工作之中也會消耗無功功率，從而提高井下電網的功率因數。同步調相機可以視為是一個容量大的空載運行發電機，其在工作之中，會根據其容量大小，產生相應程度上的無功功率，而又在欠勵磁的時候，對無功功率進行消耗，可以說是一個自產自銷的方法。

同步調相機方法的優點在于因為其是根據自身來產生無功功率并且消耗無功功率，可以對產生的無功功率進行相當精細的調整，從而實現功率因數的細微調整，實現最優化的一種的功率因數，在設定好程序之后，甚至可以在一定程度上自動進行調整。其缺點在于，同步調相機是一種相當巨大的設備，在一般的煤礦井下都難以施展，因此其所使用的環境受到了嚴格的限制，通常實在大型變電所之中進行工作運轉。

4 結語

對于煤礦井下工作而言，在保證安全的前提下，要進行成本以及效率的提升，從而才能在市場競爭激烈的情況下，占據有利地位，實現煤礦開采與勘探企業的良性發展，促進整個行業前進。

參考文獻

[1]暴封盛.煤礦井下電網提高功率因數措施可行性研究[J].電力電網，2016.

[2]孔英秀.功率因數對工廠供配系統電能質量的影響[J].現代電子技術，2011.

作者單位

邯鄲市孫莊采礦有限公司 河北省邯鄲市 056200