礦井電網(wǎng)無功補(bǔ)償優(yōu)化技術(shù)探究

楊 建

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司清水營煤礦 寧夏 靈武 751410）

礦井電網(wǎng)無功補(bǔ)償優(yōu)化技術(shù)探究

楊 建

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司清水營煤礦 寧夏 靈武 751410）

電壓是配電網(wǎng)重要的質(zhì)量指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)和電力設(shè)備的安全運(yùn)行、線路的損耗、產(chǎn)品的質(zhì)量都有直接影響。理想的電壓應(yīng)當(dāng)是一個(gè)幅值和頻率保持穩(wěn)定的正弦波，但由于電流通過線路和變壓器時(shí)將產(chǎn)生電壓降，使受端電壓比送端電壓低，離電源越遠(yuǎn)的用戶電壓降越大。同時(shí)，由于負(fù)荷的不斷變化，使同一用戶的電壓也在不斷變化。質(zhì)量合格的電壓應(yīng)該在供電電壓偏差、電網(wǎng)諧波、三相不對(duì)稱程度、電壓波動(dòng)和閃變、暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓等方面都滿足有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

礦井供電；無功補(bǔ)償；優(yōu)化技術(shù)；電壓質(zhì)量；電壓波動(dòng)；用電負(fù)荷

0 引言

在配電網(wǎng)中，電壓水平偏低的一個(gè)重要原因就是負(fù)荷端無功功率補(bǔ)償不足和補(bǔ)償裝置分配不合理。實(shí)現(xiàn)無功功率最優(yōu)補(bǔ)償是解決這一問題的重要手段。

礦井電網(wǎng)也屬于配電網(wǎng)系統(tǒng)，由于采區(qū)大型設(shè)備多，負(fù)荷重，且處于煤礦供電網(wǎng)絡(luò)的末端，正常運(yùn)行時(shí)，采區(qū)6kV或（10kV）母線供電電壓質(zhì)量低，網(wǎng)損較大，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。且煤礦井下電網(wǎng)供電系統(tǒng)由于線路長，用電負(fù)荷大，井下各用電設(shè)備長期在功率因數(shù)較低的情況下運(yùn)行，使電網(wǎng)的線路損耗所造成能源浪費(fèi)極大。尤其是在煤礦井下移動(dòng)變電站及中央變電所的中低壓側(cè)至各采區(qū)的供電系統(tǒng)中，這種現(xiàn)象非常普遍。上述的采用優(yōu)化級(jí)數(shù)改造電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以在一定程度上解決電壓低的問題，但是并不能完全解決，且對(duì)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行改善不大。

1 無功補(bǔ)償區(qū)的概念及補(bǔ)償方式

1.1 高壓集中補(bǔ)償

這種方式是在地面變電所6～10kV母線上集中裝設(shè)移相電容器組，一般設(shè)有專門的電容器室，并要求通風(fēng)良好及配有可靠的放電設(shè)備。它只能補(bǔ)償6～10kV母線前（電源方向）所有向該母線供電的線路上的無功功率，而母線后（負(fù)荷方向）的礦內(nèi)電網(wǎng)并沒有得到無功補(bǔ)償，因而經(jīng)濟(jì)效果較差。這種方式的初期投資較低，由于礦井6～10kV母線上無功功率變化比較穩(wěn)定，因而便于運(yùn)行管理和調(diào)節(jié)，而且利用率高，還可提高供電變壓器的負(fù)載能力。雖然技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益較差，但從全局上可改善礦區(qū)電網(wǎng)、甚至區(qū)域大電網(wǎng)的功率因數(shù)，所以至今仍是大、中型企業(yè)的主要無功補(bǔ)償方式。

1.2 低壓分組補(bǔ)償

這種方式是把低壓電容器組或無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置裝設(shè)在車間或井下動(dòng)力變壓器的低壓母線上。它能補(bǔ)償?shù)蛪耗妇€前的礦內(nèi)高壓電網(wǎng)，礦區(qū)電網(wǎng)和整個(gè)電力系統(tǒng)的無功功率，補(bǔ)償區(qū)大于高壓集中補(bǔ)償。低壓分組補(bǔ)償投資不大，通常安裝在低壓配電室內(nèi)，運(yùn)行維護(hù)及管理也很方便，因而正在逐漸成為無功補(bǔ)償中的重要成分。尤其是將無功補(bǔ)償裝置引入井下，將大大改善我國的礦山井下電網(wǎng)功率因數(shù)嚴(yán)重偏低（0.65左右）的狀況，對(duì)提高整個(gè)礦井的無功補(bǔ)償有重大意義。

根據(jù)井下變電所、配電點(diǎn)或移動(dòng)變電站的容量大小及負(fù)荷分布情況，適當(dāng)選用無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置后可將采區(qū)低壓電網(wǎng)的功率因數(shù)從0.65提高到0.85～0.95,而購置補(bǔ)償裝置的投資，可以由供電變壓器的降級(jí)和電纜的截面的減少來補(bǔ)償。井下若大量裝設(shè)無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置，將會(huì)獲得巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 分散就地補(bǔ)償

這種補(bǔ)償方式是將電容器組分別裝設(shè)在各組用電設(shè)備或單獨(dú)的大容量電動(dòng)機(jī)處，它與用電設(shè)備的停、運(yùn)相一致，但不能與之共用一套控制設(shè)備。為了避免送電時(shí)的大電流沖擊和切斷電源時(shí)的過電壓，要求電容器投運(yùn)時(shí)遲于用電設(shè)備，而停運(yùn)時(shí)早于用電設(shè)備，并應(yīng)設(shè)有可靠的放電裝置。

分散就地補(bǔ)償從補(bǔ)償效果上看是比較理想的，除控制開關(guān)到用電設(shè)備的一小段負(fù)荷線外，其余直到電源都是它的補(bǔ)償區(qū)。但是，分散就地補(bǔ)償總的投資較大，其原因有二：一是分散就地補(bǔ)償多用于低壓，而低壓電容器的價(jià)格要比同等補(bǔ)償容量的高壓電容器高；二是要增加開關(guān)控制設(shè)備。此外，分散就地補(bǔ)償也增加了管理上的不便，而且利用率較低，所以它僅適用于個(gè)別容量較大且位置單獨(dú)的負(fù)荷。

對(duì)負(fù)荷較穩(wěn)定的6～10kV高壓繞線式異步電動(dòng)機(jī)最理想的分散補(bǔ)償措施是在電動(dòng)機(jī)處就地安裝進(jìn)相機(jī)，其補(bǔ)償區(qū)從電動(dòng)機(jī)起一直覆蓋到電源，功率因數(shù)可補(bǔ)償?shù)?，節(jié)電效果顯著，一般數(shù)月就能收回增置設(shè)備的全部費(fèi)用，是一種很有發(fā)展前途的補(bǔ)償方式。這種方式，在工廠地面低壓大容量繞線式異步電動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用也比較廣泛。

2 從提高功率因數(shù)和降低線損考慮確定無功補(bǔ)償容量

確定補(bǔ)償容量的方法有很多種，但其目的都是要提高配電網(wǎng)的某種運(yùn)行指標(biāo)，下面介紹兩種確定補(bǔ)償容量的方法。

2.1 從提高功率因數(shù)需要確定補(bǔ)償容量

2.2 從降低線損需要確定補(bǔ)償容量

線損是電力網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)一定的條件下，其與通過導(dǎo)線的電流平方成正比。設(shè)補(bǔ)償前流經(jīng)電力網(wǎng)的電流為I1，其有功、無功分量分別為I1R和I1RX，則i1=i1R+ji1RX。 若補(bǔ)償后，流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電流為 i2，其有功、無功分量分別為 i2R和 i2RX，則 i2=i2R+ji2RX。

3 無功補(bǔ)償優(yōu)化技術(shù)

無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t是“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”。具體的說就是，無功補(bǔ)償配制應(yīng)按照分散就地補(bǔ)償與變電站集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主；高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓為主；調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主的原則。

井下常使用的補(bǔ)償方式有兩種，一是在地面補(bǔ)償，二是在井下中央變電所固定補(bǔ)償。但由于煤礦井下供電系統(tǒng)的生產(chǎn)負(fù)荷，一般都處于供電網(wǎng)絡(luò)的最末端，其用電設(shè)備都是660V或1140V低壓系統(tǒng)供電。因此，用電負(fù)荷變化較大，功率因數(shù)只有0.6～0.7，有時(shí)甚至更低。隨著機(jī)械化程度的提高，采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)的裝機(jī)功率都達(dá)1000kW以上。而且，由于工作面走向增加，導(dǎo)致供電距離加長，這些，都使系統(tǒng)中的無功損失加大導(dǎo)致供電系統(tǒng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，因設(shè)備容量大、供電距離遠(yuǎn)、設(shè)備起動(dòng)力矩降低的問題也無法解決。因此，在地面集中補(bǔ)償，井下中央變電所固定補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，應(yīng)對(duì)遠(yuǎn)距離大功率負(fù)載側(cè)也進(jìn)行補(bǔ)償。如采用隨機(jī)自動(dòng)補(bǔ)償，根據(jù)電網(wǎng)中無功功率和功率因數(shù)變化的情況，采用微電腦自動(dòng)投入或切除適當(dāng)容量的電容器，使供電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)被控制在最佳范圍內(nèi)，而最大限度地減少無功功率；目前，一些高產(chǎn)高效綜采工作面，主要設(shè)備都是從國外引進(jìn)的，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在3.3kV系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)處采用無功功率就地補(bǔ)償有很大困難，通常在6kV側(cè)集中無功補(bǔ)償，裝置的安裝地點(diǎn)即補(bǔ)償點(diǎn)越接近6kV末端補(bǔ)償效果越好。即將該點(diǎn)選在采煤工作面聯(lián)絡(luò)巷高防開關(guān)處，在6kV側(cè)雖然不能實(shí)現(xiàn)與電動(dòng)機(jī)的同步無功就地補(bǔ)償，也不能提高工作面變壓器的出力，補(bǔ)償?shù)男Ч葻o功就地補(bǔ)償稍差，但補(bǔ)償?shù)姆秶容^寬（3.3kV、1.14kV的設(shè)備都能補(bǔ)）。設(shè)備可放在工作面外，不占用綜采面空間，減少了設(shè)備的移動(dòng)量，且與綜采進(jìn)口設(shè)備無關(guān)聯(lián)。

對(duì)煤礦進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)綜合考慮各方面的因素，選用適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償組合方式，達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。

4 結(jié)束語

采用無功功率補(bǔ)償技術(shù)在供電系統(tǒng)中可用于提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低損耗，提高供電效率，改善供電質(zhì)量。因此，無功功率補(bǔ)償技術(shù)在供電系統(tǒng)中，尤其是在煤礦井下的供電系統(tǒng)中具有改善電壓質(zhì)量、節(jié)能降耗的重要作用。

［1］陳國強(qiáng).提高煤礦供電系統(tǒng)可靠性的措施與對(duì)策[J].能源技術(shù)與管理,2007(1):89.

［2］萬長慈,劉福佺.煤礦安全用電[M].北京:中國經(jīng)濟(jì)出版社,1986.

［3］賴昌干.礦山電工學(xué)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2006.

楊建（1976—），男，漢族，寧夏永寧人，本科學(xué)歷（電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)），機(jī)電專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)主要從事煤礦機(jī)電管理方面的工作。

王洪澤］