煤礦企業自動無功補償裝置應用分析

周青松

山東裕隆礦業集團裕隆富祥煤礦，山東曲阜 273100

0 引言

在向用電負荷供電過程中，電力網要負擔用電負荷的有功功率P，還要負擔負荷的無功功率Q，有功功率、無功功率和視在功率之間存在如下關系，S=（P2+Q2）1/2，其中P/S=COSφ，COSφ即稱為電力網的功率因數，功率因數越高，說明電力網的利用率越高，在電力網中安裝無功補償裝置可提高功率因數，達到節約資源，節約電能的目的，既有直接經濟效益，又有社會效益，尤其對于煤礦企業，在生產過程中大部分負荷為三相異步電動機，屬感性負荷，且為了提高設備的可靠性，電動機在設計選型時裕度系數較大，造成電動機負荷率較低，一般在50%左右，必然造成功率因數偏低。

1 無功補償的原理

電網輸出的功率包括兩部分，一是有功功率，二是無功功率.直接消耗電能，把電能轉變為機械能、熱能、化學能、光能等，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；不消耗電能，只是把電能轉換為另一種形式的能，這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件，并且這種能是在電網中與電能進行周期性轉換，這部分功率稱為無功功率，如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能。電流在電感元件中作功時，電流超前于電壓90℃，而電流在電容元件中作功時，電流滯后電壓90℃。在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180℃。如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者的電流相互抵消，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小，從而提高電能作功的能力，這就是無功補償的基本原理.

2 無功補償的意義

1）補償無功功率，可以增加電網中有功功率所占比例；

2）減少發、供電設備的設計容量，減少投資，例如當功率因數cosφ=0.8增加到cosφ=0.95時，裝1Kvar電容器可節省設計容量0.52Kvar；反之，增加0.52Kvar，對原有設備而言，相當于增大了發、供電設備容量；

3）降低線損，由公式△P%=（1-cosφ1/cosφ0）X100%得出，其中cosφ1為補償后的功率因數，cosφ0為補償前的功率因數，則cosφ1＞cosφ0，△P%為線損率，因功率因數提高后，線路的無功電流減少，自然帶來線損的減少，經計算可知，當功率因數從0.70～0.85提高到0.95時，有功損耗將降低20%～45%。所以提高功率因數后，線損率也下降了.減少設計容量，減少投資，增加電網中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業的經濟效益.所以，功率因數是考核經濟效益的重要指標；

4）節省電費開支：無功補償提高功率因數對企業的直接經濟效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發，對不同企業的功率因數規定了要求達到的不同數值，低于規定的數值，需要多收電費，高于規定數值，可相應地減少電費；

5）提高設備的利用率。對于原有供電設備來講，在同樣有功功率下，因功率因數的提高，負荷電流減少，因此向負荷傳送功率所經過的變壓器、開關和導線等供配電設備都增加了功率儲備，從而滿足了負荷增長的需要；如果原網絡已趨于過載，由于功率因數的提高，輸送無功電流的減少，使系統不致于過載運行，從而發揮原有設備的潛力。

3 煤礦企業無功補償應用

煤礦用電屬于大工業用電，其電費由基本電費、電度電費、力率調整電費三部分組成，基本電費按用戶變壓器安裝容量計算，電度電費按用戶所消耗的電量計算，力率調整電費則根據用戶力率水平的高低減收或增收的電費，力率水平即指用戶功率因數的高低。

裕隆富祥煤礦當地供電部門設定的功率因數標準為0.9，力率調整電費計算辦法如下：高于0.9時減收電費，額度為：當月電費總額*（cosφ-0.9）/0.01*0.15%，低于0.9時增收電費，額度為：當月電費總額*（0.9-cosφ）/0.01*0.5%。

裕隆富祥煤礦每月電費在35萬元～40萬元，未投用無功補償前，功率因數在0.65～0.7之間，每月增收電費2.5萬元～3萬元。

在地面變電所安裝了動態無功補償裝置后，功率因數控制在0.95左右，不但取消了增收電費項目，每月還減收電費2 000元～3 000元，年直接經濟效益在35萬元以上，一年即可收回無功補償裝置投資。

裕隆富祥煤礦供電方式為高壓10kV直接入井，采用了就地補償的方式，根據生產實際在地面變電所10kV母線段安裝了DS5型高壓無功自動補償裝置兩套，每個回路各1套，總補償容量為900kvar，分兩組不等容，第一組300kvar，第二組600kvar，采用專用投切開關對電容進行投切，每組配6%的串聯電抗器用于抑制合閘涌流和防止電容器組與電網發生并聯諧振，采用DSK5020控制器進行控制，達到如下功能：根據功率因數、無功需求量、電壓高低依據“先投先切”的原則自動循環投切電容，當某組電容出現故障時，可自動切除該組電容器并閉鎖，不影響整套裝置的正常投切，功率因數、無功需求量、電壓參數可以設置，根據設置的參數裝置自動運行，減少了人為干預，提高了裝置運行的可靠性。

4 結論

無功補償方式有多種，以上僅就高壓集中補償方式進行了探討，還有就地補償、分散補償等多種方式，企業采用哪種補償方式要根據企業供電系統自身的特點，依據最佳的效果、最高的投資回報率，同時兼顧系統的安全性進行確定。

[1]朱密科.煤礦供電技術[M].煤炭工業出版社，2007，8.

[2]靳龍章，丁毓山.電網無功補償實用技術[M].中國水利水電出版社，1997，8.