提高煤礦供電網絡功率因數的分析

張玉

摘 要：近年來煤礦產業迅速發展。越來越向著現代化、智能化、無人化的方向發展，由于采煤事業機械化電氣化程度越來越高，因此損耗電能越來越多。一些采煤機器中電動機以及其他機械結構的摩擦使得大量電能被消耗。另外在供電和傳輸電能線路中也消耗了大量的電能，如何充分的發掘這些影響因素進而改進功率因數是十分重要的。文章將對煤礦網絡功率因數的影響因素進行分析，并探討如何科學、有效的提高煤礦供電網絡功率因數。

關鍵詞：煤礦；供電網絡；功率；因素；研究

中圖分類號：TD61 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0181-02

引言

近年來，我國采煤事業在不斷的發展，越來越多的煤礦向著現代化、無人化、機電化方向發展，在這個過程中，越來越多的機械設備、電氣設備被投入使用。大型化機械電氣設備對于電能的消耗是十分巨大的，然而在實際設備運行中，設備不僅消耗電能用于有用功，還有很多一部分電能被用于無用功中，據統計目前大多數采煤設備功率因數都在80%，只要為數不多的能夠達到90%。由于電氣設備功率因數較低，機械設備的摩擦等等原因使得在采煤運轉過程中增加了好多無用功，如何挖掘該過程中的導致功率因數降低的因素是十分重要的，通過發掘這些因素才能找到降低不利因素的途徑。

1 提高煤礦供電網絡功率因數的意義

供電網絡功率因數的降低會造成諸多不利因素，供電網絡功率因數太低會對經濟生態甚至安全造成巨大的影響。過低的功率因數會使得大量電能消耗，對于煤礦是一筆巨大的支出，另外這些能源的巨大消耗最終會對環境造成巨大的破壞，另外，一些降低功率的因素如摩擦會使得零件局部處于高溫狀態，長期磨損會使得零件強度剛度大大降低，隨著時間的積累會增加設備的安全隱患因數。就系統而言，供電功率因數的降低會造成以下幾方面不利因素產生。

首先會使得供電網絡線損增加。根據電學知識可知，當功率一定時，較低的煤礦功率因數將會使得傳輸電流增大，根據歐姆定理可知，當電流增大時，在傳輸電線中線路損耗量將增大。另外，較低的功率因數還會造成變壓器銅損增加。由電磁學基本原理可知，變壓器銅損和功率因數的余弦值成反比，當功率因數降低時，銅損相應減小，因此增大功率因數有利于降低銅損，保護變壓器。因此，提高功率因數在各方面對于煤礦采煤系統都是有益處的。

2 影響功率因數的因素

影響功率因數的因素從宏觀角度講主要有兩大方面，一方面是機械原因，另外一方面屬于電氣原因。這兩方面對于煤礦功率因數的影響是十分重要的。由于目前大多數采煤機器還是比較粗糙的采煤裝置，在裝備制造過程中對于機械的制造工藝、裝配工藝等考慮都較少，因此在很多結構中都存在摩擦較大，裝配精度較低，電機容易出現卡死等情況。摩擦過大時在采煤機器進行長時間工作工程中將會產生大量的熱能，由能量守恒定律可知大量的熱能必然會導致大量的電能消耗，大量無用電能的消耗和有用功的恒定輸出使得功率因數不斷降低。另外，長期的摩擦會使得其溫度升高，進一步影響機器的工作效率進而也會對功率因數降低產生一定的原因。此外裝配精度過低會使得機器經常出現空轉，超程等現象，這些現象會使得機器無形中多做一些無用功，這些無用功同時也降低了功率因數。最后也是最重要的一部分，電氣部分是對功率因數影響最大的一部分，由串并聯功率計算公式可知電氣設備功率因數的降低對整個電氣設備的功率影響是起累積效應的。由于采煤設備中多采用異步電動機，異步電動機功率因數較低，對整個設備產生影響較大。

3 科學、有效的提高煤礦供電網絡功率因數的措施

根據影響功率因數的因素分析，可以提出一系列提高功率因數的措施。

3.1 采用合理的變壓器

變壓器對于大多數電力網絡系統都起著至關重要的作用，合理的變壓器將會使得變壓效率較高，能量損耗降低，銅損降低，變壓部分功率因數的提高將會對整個系統的功率因數的提高起到重要的作用。根據電廠實際變配電的性質，選擇一個非常合理的變壓器，努力的降低損耗，是目前大多數電廠所采取的一個有效方法。

3.2 避免空載運行

電機在空轉時會使得功率因數急劇降低。因此在采煤實際工程中，應盡量避免空轉現象的出現。避免該現象出現一方面可以從調度方面考慮，在機器運轉過程中，因對其傳輸運載一直處于監控狀態，盡量避免傳送帶處于空載狀態。另外一方面，從電學角度考慮，將電容器和電動機并聯可以避免空載狀態時功率因數急劇降低的現象出現。

3.3 可多采用同步電機

目前很多采煤企業還是采用異步電機進行工作，異步電機在對功率因數要求較高的場合遠遠不如同步電機性能好，因此在采煤大功率網絡電路中可多采用同步電機進行工作，并且合理調節同步機勵磁，這樣會達到較好的效果。

3.4 制造過程及潤滑選擇中的措施

對于機械設備在制造裝配過程中應當充分重視其制造工藝和裝配過程，避免一些空轉、超行程等現象的出現。通過改變機械機構進而降低摩擦等大量消耗電能的不利因素以期提高功率因數。在制造時，對于接觸型零件多進行打磨拋光，降低零件表面的摩擦因數進而降低能耗。裝配時，一些軸與軸承，軸與聯軸器之間采用合適的配合，并且要充分采用潤滑油等降低摩擦，常用的潤滑方式有油脂潤滑和油液潤滑兩種方式。油脂潤滑是數控機床的主軸支承軸承、滾珠絲杠支承軸承及低速滾動線導軌最常采用的潤滑方式；高速滾動直線導軌、貼塑導軌及變速齒輪等多采用油液潤滑方式；絲杠螺母副有采用油脂潤滑的，也有采用油液潤滑的。油脂潤滑不需要潤滑設備，工作可靠，不需要經常添加和更換潤滑脂，維護方便，但摩擦阻力大。支承軸承油脂的封入量一般為潤滑空間容積的10%，滾珠絲杠螺母副油臘封入量一般為其內部空間容積的1/3。封入的油脂過多，會加劇運動部件的發熱。采用油脂潤滑時，必須在結構上采取有效的密封措施，以防止因冷卻液或潤滑油流入而使潤滑脂失去功效。數控機床的油液潤滑一般采用集中潤滑系統。即從一個潤滑油供給源把一定壓力的潤滑油，通過各主、次油路上的分配器，按所需油量分配到各潤滑點。同時，系統具備對潤滑時間、次數的監控和故障報警以及停機等功能，以實現潤滑系統的自動控制。集中潤滑系統的特點是定時、定量、準確、高效，使用方便可靠，潤滑劑不被重復使用，有利于提高機床使用壽命。

3.5 采用功率因數高的子設備

采用功率因數高的子設備，也能提高其功率因數。由于電氣設備的功率具有累積降低的特點，因此對于每一環都要嚴格把控，盡量使用功率因數較高的子設備進而提高整體功率因數，降低不必要的能耗。煤礦設備中電機，發動機較多，對于這些大型電氣設備一定要正確選擇其型號，盡量選擇功率因數高的設備。如果這些大型的電氣設備都能合理的匹配，都具備較高的功率因數，將會大大的降低損耗，從而使得整體的發電能力會得到提高。

3.6 盡量減少欠載運行

由于采煤傳輸與其他傳輸不同。采煤過程中，由于煤塊的重量體積是隨機的。因此，傳送帶必須要有一個余量，避免過載煤塊對傳送帶造成過載破壞。正是由于這個過載余量使得機器在運行時經常會造成大量電能損耗。因此，在實際采煤運輸過程中，應當盡量減少欠載運行，減少欠載運行可以加大每次運輸量。但我們也不能過大增加避免由于不確定性因素破壞采煤機構。合理的選擇和匹配運輸量，能夠提高其工作性能，提高其內在的功率因數。總之，盡量減少欠載運行，提高功率因數，也能夠大大的降低不必要的損耗，節約能源，從而提高效益。

4 結束語

總之，煤礦采集近年來仍然處于一個采集效率低、能耗大的現狀。由于該產業處于粗放型開采，且近年來國家和企業一般都集中安全因素考慮問題，對如何提高開采效率，降低開采能耗等問題還沒有引起足夠的重視，功率因數對于煤礦電力網絡的影響是極大的。它在經濟、環保、安全等各方面都有著較大影響，較低的功率因數使得線路損耗增加，無形中增加了電費，另外太低的功率因數對于硬件設備也有不利影響，尤其對于變壓器會產生十分不利的影響，另外長期功率因數降低會使得電氣設備安全隱患增多。總的來說，在采煤過程中，功率因數低的設備，機械精度不高的設備都會對整個采煤電力系統功率因數造成重要影響。本文對其中存在的影響因素進行了全面地分析，從機械電氣結構對這些因素進行了認真分析并且指出了相應的改進的措施，對于改進煤礦電力網絡功率有理論現實指導意義。

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