靜態(tài)無功補償裝置在煤礦供電節(jié)能降損中的應(yīng)用

劉文輝，賀佳貝

(延安市禾草溝煤業(yè)有限公司，陜西 延安 717300)

0 引言

靜態(tài)無功補償裝置主要適用于10 kV、35 kV等變電站的無功補償，在煤礦供電過程中，主要依靠電力系統(tǒng)以及電網(wǎng)2部分負責(zé)，可分為放射式、干線式2種。由于煤礦供電系統(tǒng)傳輸電能時，必然會產(chǎn)生有功和無功電能，造成一定程度上的電壓損失，也就是電能損失。在煤礦供電輸送電能過程中，遇到元件自身具備的電阻以及電抗，就會導(dǎo)致線損[1]。為實現(xiàn)煤礦供電的節(jié)能降損，將靜態(tài)無功補償裝置應(yīng)用在煤礦供電節(jié)能降損中，致力于通過靜態(tài)無功補償裝置的容性無功補償功能，促進煤礦供電節(jié)能降損，為煤礦供電系統(tǒng)更好的運行提供參考。

1 計算煤礦供電中的無功損失

在煤礦供電過程中，要想應(yīng)用靜態(tài)無功補償裝置實現(xiàn)節(jié)能降損，必須通過計算的方式確定煤礦供電中的無功損失。通過功率因素表示無功損失，設(shè)煤礦供電中的無功損失為φ，可得式(1)

(1)

式中，P為煤礦供電中的有功電量，C；Q為煤礦供電中的無功電量，C。通過式(1)，得出煤礦供電中的無功損失。并將靜態(tài)無功補償裝置應(yīng)用在煤礦供電系統(tǒng)中，通過補償無功損失，起到對煤礦供電節(jié)能降損的應(yīng)用效果。

2 靜態(tài)無功補償裝置的應(yīng)用

2.1 平衡煤礦供電電容器電壓

將煤礦供電中的電容器分為若干組別，使用靜態(tài)無功補償裝置監(jiān)測電容器，通過實時監(jiān)控煤礦供電過程中產(chǎn)生的電壓、電流、電阻、無功損失等電能信息的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用計算分析的方式，平衡煤礦供電電容器電壓。以電容器的容量為基本參數(shù)，根據(jù)靜態(tài)無功補償裝置的具體使用方法，按照0.9倍的靜態(tài)無功補償裝置空載平衡煤礦供電電容器電壓[2-4]。設(shè)此過程的計算表達式為N，具體公式如公式(2)

(2)

式中，U為煤礦供電時電容器的額定電壓，kV；I為靜態(tài)無功補償裝置的空載電流，A。通過式(2)，平衡煤礦供電電容器電壓，進而保證煤礦供電的節(jié)能效果。在煤礦供電中增加輔助設(shè)備，根據(jù)電容器實際作業(yè)過程中的控制難易程度進行判定，利用靜態(tài)無功補償裝置完成對煤礦供電電容器電壓的監(jiān)視和操作。監(jiān)控人員可以通過靜態(tài)無功補償裝置傳輸?shù)漠嬅嫘畔⒓跋嚓P(guān)的數(shù)據(jù)信息及時調(diào)整電容器容量，降低煤礦供電能源消耗[5-7]。監(jiān)控人員通過靜態(tài)無功補償裝置即可完成電容器開關(guān)、閥門開關(guān)的工作，調(diào)節(jié)煤礦供電電容器電壓。

2.2 補償煤礦供電功率因數(shù)

在煤礦供電的過程中，不僅要平衡煤礦供電電容器電壓，還要利用靜態(tài)無功補償裝置補償煤礦供電功率因數(shù)[8-10]。提高煤礦供電功率因數(shù)是實現(xiàn)煤礦供電節(jié)能的核心內(nèi)容，運用靜態(tài)無功補償裝置，通過投、切電容組的方式，使煤礦供電功率因數(shù)得到相應(yīng)的補償。設(shè)應(yīng)用靜態(tài)無功補償裝置投、切電容組的計算表達式為K，則有式(3)

(3)

式中，m為煤礦供電系統(tǒng)電源基波角頻率；ω為煤礦供電系統(tǒng)電源固有振蕩角頻率；h為煤礦供電系統(tǒng)運行時的電流，A；e為靜態(tài)無功補償裝置的調(diào)控相應(yīng)時間，s；a為使用靜態(tài)無功補償裝置補償時的衰減系數(shù)。通過靜態(tài)無功補償裝置，補償煤礦供電功率因數(shù)，提高煤礦供電的節(jié)能效果。在此過程中，需要注意的是使用靜態(tài)無功補償裝置投、切電容組時，必然會對煤礦供電設(shè)備造成一定的干擾，加速絕緣介質(zhì)的老化速度，導(dǎo)致煤礦供電設(shè)備損耗程度增加[11-12]。基于此，為實現(xiàn)煤礦供電降損，運用靜態(tài)無功補償裝置時要選用交流—直流變頻的方式投、切電容組，控制投、切頻率，避免對煤礦供電設(shè)備的干擾程度。在此基礎(chǔ)上，還要額外增加一臺靜態(tài)無功補償裝置，方便對煤礦供電電容組的及時切換，保證電流能夠源源不斷地運輸?shù)诫娙萁M中。靜態(tài)無功補償裝置應(yīng)用的優(yōu)勢在于能夠保證在最短的時間內(nèi)進行安全的投、切換，當(dāng)煤礦供電時，靜態(tài)無功補償裝置會第一時間啟動，快速進入到工作狀態(tài)當(dāng)中，代替供料設(shè)備完成工作，確保煤礦供電節(jié)能降損。

2.3 降低煤礦供電變壓器和輸電線路的損耗

通過靜態(tài)無功補償裝置，降低煤礦供電變壓器和輸電線路的損耗，必須預(yù)先明確煤礦供電變壓器和輸電線路線損的計算公式。設(shè)其計算表達式為S，則有式(4)

S=3I2R

(4)

式中，R為煤礦供電變壓器的負荷電流，A。通過式(4)可知，煤礦供電變壓器的負荷電流越大，造成的煤礦供電變壓器和輸電線路的損耗越大。因此，可以通過靜態(tài)無功補償裝置的無功補償降低煤礦供電變壓器的負荷電流，進而降低煤礦供電變壓器和輸電線路的損耗。為了使煤礦供電系統(tǒng)能夠在節(jié)能降損的同時正常的運行，需要在煤礦供電變壓器和輸電線路中添加3臺或3臺以上的靜態(tài)無功補償裝置。至此，實現(xiàn)靜態(tài)無功補償裝置在煤礦供電節(jié)能降損中的應(yīng)用。

3 應(yīng)用實例

3.1 試驗準備

將靜態(tài)無功補償裝置應(yīng)用在某煤礦供電系統(tǒng)中，并將其節(jié)能降損效果與應(yīng)用前進行對比，體現(xiàn)出應(yīng)用的有效性。本次應(yīng)用實例共設(shè)置2個測試指標，通過SVG測得5個節(jié)點下靜態(tài)無功補償裝置應(yīng)用前后的煤礦供電所需能耗以及線損率，將應(yīng)用靜態(tài)無功補償裝置的測試組別設(shè)置為試驗組，將靜態(tài)無功補償裝置應(yīng)用前的測試組別設(shè)置為對照組，記錄測試結(jié)果。

3.2 試驗結(jié)果與分析

收集5組試驗數(shù)據(jù)，并將能源消耗量繪制成折線圖，如圖1所示。

圖1 能源消耗量對比

根據(jù)上述折線圖中的多組數(shù)據(jù)，可知應(yīng)用靜態(tài)無功補償裝置后的煤礦供電能源消耗量更低，能夠起到節(jié)能的應(yīng)用效果。而后，得出靜態(tài)無功補償裝置應(yīng)用前后線損率試驗對比圖，如圖2所示。

圖2 線損率對比

通過圖2可知，應(yīng)用靜態(tài)無功補償裝置后的煤礦供電線損率更低，能夠起到降損的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

通過應(yīng)用實例分析，證明了靜態(tài)無功補償裝置在煤礦供電節(jié)能降損中的應(yīng)用效果，可以在現(xiàn)實中廣泛投入使用。應(yīng)用靜態(tài)無功補償裝置能夠在確保煤礦供電節(jié)能的同時，實現(xiàn)煤礦供電降損。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大靜態(tài)無功補償裝置在煤礦供電節(jié)能降損中的應(yīng)用力度。基于此次研究時間有限，雖然取得了一定的研究成果，但對于此方面的研究還不夠充足，今后還要對其進行進一步研究，為煤礦供電節(jié)能降損的進一步優(yōu)化提供參考依據(jù)。