隔爆型動態無功補償裝置在煤礦應用的必要性與可行性淺談

【摘 要】本文闡述了煤礦井下工作面電氣設備容量大功率損耗大，主要感性負載設備等原因，所以提高有功功率必須利用電容器并接方法。

【關鍵詞】無功補償；數學分析；功率因數

隨著現代化礦井快速發展，井下機械化程度不斷提升，大功率電機大量使用，普遍應用電子元件產品，各種感性負荷及用電設備與地面電網供電電源之間必然循環著大量無功功率，同時產生各類諧波，造成井下供電質量惡化和電費嚴重浪費，直接影響井下電網及用電設備正常運行。

一、無功補償的節電原理

1.作圖法（幾何法）。利用電容電流超前電感電流180°的原理（即二者方向相反），與電器（電動機或變壓器）并補相應量的電容器，使無功電流大大降低，隨之工作電流也相應降低很多，而有功功率依然保持不變，而功率損耗卻大大下降，最多可達60%～70%。

由上圖可見，有功功率輸出不變，而工作電流卻降低很多，則節電。

2.解析式發（代數法）。由P=√3 I Ucosφ得I=P/√3U

cosφ→即I∝1/cosφ（式1），又因P損=I2 R→△P損∝I2，將（式1）代入上式中得：△P損∝1/cos2φ。即功率損耗與功率因數的平方成反比。由此可見，在低壓配電線路里，提高功率因數來降低損耗節電效果十分顯著。

二、WBB系列礦用隔爆型動態無功補償裝置綜合經濟效益分析

1.供電系統。6KV高壓從地面送到采取變電所。采區變電所分別送出三路負荷，二路將6KV高壓送往綜采工作面移動變電站，距離2000m，另一路送往綜采工作面運輸巷機頭配電點，距離800m，電纜均為ZQ3×50mm2。工作面移動變電站安裝有兩臺1250KVA變壓器，1號變壓器負荷有采煤機、轉載機、破碎機共970KW；2號變壓器負荷有運輸機、液泵、水泵共

935KW；皮帶機頭配電點干變容量為800KVA，負荷2×315皮帶運輸機。3臺變壓器二次側電壓準為1140V，要求功率因數由0.65經補償后達到0.96。

2.補償前后電流計算（按額定功率60%計算）。變壓器一、二次側補償前電流計算：公式：I=P/√3Ucosφ，1#、I2=582/

1.732×1140×0.65=453A，I1=453/5=91A；2#、I2=561/1.732×

1140×0.65=437A，I1=437/5=87A；3#、I2=378/1.732×1140×

0.65=295A，I1=295/5=59A。變壓器一、二次側補償后電流計算：1#、I2=582/1.732×1140×0.96=307A，I1=307/5=61A；2#、I2=561/

1.732×1140×0.96=296A，I1=296/5=59A；3#、I2=378/1.732×

1140×0.96=199A，I1=199/5=39A。

3.補償后減少的供電線路功率損耗計算：公式：△P=3

（I2-I2）∑R，從移動變電站到采區變電所：1#、△P=3（912-612）×

0.858=11.74KW；2#、△P=3（872-592）×0.858=10.52KW；3#、△P=3（592-392）×0.858=5.05KW。從采區變電所到地面變電站：△P=3×﹛﹙91+87+59﹚2-﹙61+59+39﹚2﹜×0.895=83KW，△P線總

=11.74+10.52+5.05+83=110.3KW。

4.補償后，減少的變壓器功率損耗計算：公式△P變=

（P/S）2（1/cos2φ1-1/cos2φ2）（PK+λQK），（其中：PK=有功功率損耗，QK=無功功率損耗，UK=變壓器短路電壓百分數，具體值查閱煤礦電工手冊），若變壓器額定容量為1250KVA時：則QK=UK%SN×102=81.25（KVar），若變壓器額定容量為

800KVA時：則QK=UK%SN×102=48（KVar），1#、△P1=（680/1250）2（1/0.652-1/0.962）（7.2+8.13）=5.82KW；2#、△P2=（660/1250）2（1/0.652-1/0.962）（7.2+8.13）=5.48KW；3#、△P3=（440/800）2（1/0.652-1/0.962）（6+4.8）=4.19KW，P變總=5.82+5.48+

4.19=15.5 KW，注：P—取額定功率的70%；λ—無功經濟當量。

5.節省電能經濟效益計算：全系統補償后節約為：△P總=△P線總+△P變總=110.3+15.5=125.8 KW，全年節約用電量為：

125.8 KW×20/天×350/年=88060 KWh，全年共節省資金約：

88060 KWh×0.5元/KWh=440300元。

三、應用無功補償裝置的意義

（1）降低無功損耗，減少電能浪費。采用補償后，系統功率因數提高，使變壓器及供電線路中電流下降，降低了無功損耗，達到節能降耗的目的。（2）提高功率因數。用容性無功電流就近實時抵消負荷產生的無功電流，達到提高井下供電系統功率因數的目的。（3）治理諧波，凈化井下電網。各補償支路具備限制涌流，治理諧波的功能，達到裝置內電器元件安全運行和凈化井下電網的目的。（4）提高了供電系統的利用率。井下用電設備與地面電源之間存在大量往復的無功功率，這些無功功率必然占用供電系統許多容量，造成供電線路帶負荷能力下降，井下變壓器容量下降，各級控制開關戴載能力下降加裝無功補償后，使井下變壓器實在功率接近于有功功率，有效提高了視在功率利用率，供電線路及各級控制開關因減少了無功電流，大大提高了承載能力。

參 考 文 獻

[1]國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[S].北京：煤炭工業出版社，2001

[2]劉思沛.煤礦供電[M].北京：煤炭工業出版社，1988

[3]要煥年，曹梅月.電力系統諧振接地[M].北京：中國電力出版社，2000

[4]張艷霞，陳超英，趙杰輝等.《配電網單相接地故障選線底一種新方法》

[5]倪以信.動態電力系統分析和理論[M].北京：清華大學出版社，2002

[6]王錫凡.現在電力系統分析[M].西安：西安交通大學出版社，2003

[7]賀建閩.多串多次濾波器投切的暫態過程仿真[J].鐵道學報.1991（增刊）：92～98

[8]李群湛，賀建閩.牽引供電系統綜合補償技術及應用[J].電氣化鐵道.

1998（3）：25～27

[9]唐卓堯.任震并聯型混合濾波器及其濾波特性分析[N].中國電機工程學報.2000，20（5）：25～29

[10]李群湛，賀建閩.無功補償裝置.中國專利：ZL01214571.8，2002

-04-24

[11]蔣斌，顏鋼鋒，趙光宙.單相電路瞬時諧波及無功電流實時檢測新方法[J].電力系統自動化.2000，21（21）

[12]王兆安，楊君，劉進軍.諧波抑制和無功功率補償[M].北京：機械工業出版社，1998：285～290