煤礦井下供電系統無功功率的補償技術分析

宋學凱

摘 要：由于煤礦的井下供電網絡線路長度較大，導致電網的負荷量較大，用電設備將長期處于低功率運行的狀態下，從而導致電能受到極大的浪費和損耗。這種情況在中央變電所的供電系統中尤為常見。無功功率補償技術的應用能夠提高供電系統中的功率因數，從而降低電網的負荷和電能的損耗，改善供電的條件，提高供電的質量。因此，無功功率補償技術在供電系統中具有良好的應用前景，特別是在煤礦的井下供電系統中具有良好的節能作用。

關鍵詞：煤礦；井下供電系統；無功功率補償技術

一、煤礦井下供電系統的特點

煤礦井下供電系統的運行條件較為惡劣，井下的環境陰暗潮濕，經常會引起電纜等設備受潮的現象。井下供電系統通常是使用電纜來連接各個用電設備，用電線路中的負荷變化性較大，容易對線路造成較大的損壞。此外，井下的電纜巷道相對較窄，當巷道中出現礦車傾倒或巖石掉落的問題，將會引起電纜的極大破壞，從而影響井下的正常供電。在井下采礦的過程中，所需的用電設備較多，電氣設備長期處于過載運行的狀態中。而一些大功率的用電設備采用的都是全壓直接啟動的方式，在啟動的瞬間，急速增加的電流會導致線路中的電流達到額定電流的10倍以上。在這種情況下，線路中的電壓會急速下降，若電網的安全保護裝置設置不合理，將極有可能導致電網出現大面積的停電故障。

我國的煤礦井下供電網絡主要采用中性點不接地的系統。在這種系統中，一旦出現金屬相接地的現象，用電器仍然能夠正常的運行，但未接地的兩端電壓會出現相對升高，這很容易引起用電事故。因此，當出現一相接地的現象時，用電系統是不能長期運行的，必須在2小時之內切斷電源，只有這樣才能防止事故的進一步擴大。

二、煤礦井下無功功率存在的危害

煤礦井下供電系統中存在的大量感性負荷會消耗大量的無功功率，從而導致電路中電壓的損耗和電能的損耗增加。一些無功負荷還會造成電壓的劇烈波動，導致電網的供電穩定性遭到破壞，一些設備出現開機困難的問題，甚至被燒毀。這種作用在一些大功率的用電設備上表現更為明顯。

三、井下使用無功補償的意義

煤礦井下用電系統采用無功補償的意義主要體現在四個方面。

首先，補償無功功率可以降低無功損耗，從而起到節約電能的作用。井下供電系統采用無功功率進行補償后，可以提高電能的利用率，其實質就是節約了能源。其次，無功功率能夠提高電網中的功率因數。按照就近原則，無功功率可以抵消電網中的感性無功電流，從而起到提高功率因數的作用，使其達到國家對電網的標準。再次，無功功率可以提高變壓器的利用率和電網的負載能力。無功功率在電網中起到了承載容量的作用。這有效地分擔了電網線路中的負載，使得變壓器的容量使用率也有所下降。在進行無功補償后，變壓器的無功功率輸出減少，實際的工作功率近似于有功功率，這就提高了功率的利用率，降低了電路中的無功電流，提高了線路的承載力。最后，無功功率補償還可以穩定電網中的電壓。當井下電網中存在較多的無功功率時，電網中電壓的波動較大。在補償了無功功率后，電網電壓的穩定性得到了更好的保障，二次電壓波動的現象得到了較好的控制。

四、無功功率自動補償裝置的工作原理

無功補償技術的原理就是通過能量之間的轉換來實現容性設備無功功率的補償。井下電網在運行的過程中會產生大量的感性負荷，這些感性負荷的存在會導致無功功率受到一定的損耗，從而導致電網中的電壓和電流出現不同的相位，產生的相位差被稱為功率因素角。在電路中將具有容性功率負載的裝置和感性負載裝置進行并聯，就能使兩者相互吸收所釋放的能量，從而完成能量的轉換，低效率電流和電壓之間的相位差，從而提高了無功功率。

五、無功補償技術的主要類型

（一）就地無功補償

就地無功補償是指在用電設備的周圍直接并聯一個電容器，從而在電路中形成與電動機的回路并聯。這種補償方式在低壓電網中使用的較多。在這種補償方式中，主要采用的設備有晶閘管和機械開關。兩者都可以作為電路中的投切開關來使用。電容器的自動投切則由就地電壓傳感器來控制。在電網運行的過程中，電容器為電機提供無功負荷，這樣能夠減少能量交換的距離，將線路的電路控制在最小的范圍內。在電路不變的情況下，線路的損耗和電流呈正比，就地無功補償的方式能夠起到良好的節能效果。

（二）分散無功補償

分散無功補償是在變壓器的低壓端并聯一個電容器，以此來達到增強支路功率的作用。在此情況下，電路中的電流和電能損耗都能得到有效的降低。

（三）集中無功補償

集中無功補償的方式是將電容器并聯在變電站降壓母線的一段。這種補償方式的優點在于能夠對電路電壓實現良好的控制，在自動投切的實現上也更加容易，能量的利用率高，電網更易維護，電網、變壓器和線路中的無功負荷能夠得到有效的控制。但這種方式也有一個缺陷，就是不能降低電網支路中的無功負載和能量的損耗。

六、無功補償技術在煤礦供電系統中的應用

（一）降低供電線路的功率損耗

在三相供電網絡中，線路功率的損耗主要是以熱損耗的形式產生的。煤礦井下供電系統的功率通常較低，采用無功補償的方式能夠將自然功率進行顯著提升。在電路負載穩定的情況下，電路中的功率損耗能夠得到有效控制。

（二）提高線路的供電能力

供電網絡在經過無功補償后，線路的負載電流能夠得到有效的降低，所需電纜的橫截面積也有相應的下降。因此，經過無功補償后的電路節電的效果十分顯著，供電能力也有了極大的提高。

（三）減少供電線路電壓的損失

在電路中安裝無功補償裝置后，線路上只需要有較小的電流進行完成電能的正常傳輸，這樣能夠將線路中的電壓損失降到最低，并且提高電壓的穩定性，對用電設備而言，工作的負荷也有了相應的降低。

七、結束語

無功補償技術在煤礦井下供電系統中的應用能夠有效地降低電網中的電能損耗，提高供電的穩定性和質量，能夠更好地確保煤礦企業的經濟效益，供電的安全性也能夠得到更好的保障，因此，無功補償技術在煤礦產業中具有良好的應用前景。

參考文獻

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