東懷煤礦地面變電站無功補償改造案例分析

龐中元

（廣西百色礦務局煤業公司，廣西 百色 533000）

【摘 要】文章以東懷煤礦地面變電站供電系統無功補償設計改造為例，介紹無功補償電容器的容量計算及選型，通過對改造前功率因數和改造后功率因數進行對比發現，力調率降低了，力調率年平均值為-0.75，大幅度減少了力調電費，力調電費年合計為-112 505.62元，達到了設計改造預期效果；并且，分析了提高功率因數的意義，闡述了如何提高功率因數的方法。

【關鍵詞】供電系統；無功補償；電容器；力調率

【中圖分類號】TD611.2 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）03-0076-03

0 引言

東懷煤礦是廣西百色礦務局煤業公司主要生產礦井之一，毗鄰廣西右江河畔，位于百色城西郊4 km處，年設計生產能力為150萬t。該礦井供電系統建設有一座35 kV/6 kV雙回路地面變電站，主變容量為2×6 300 kVA，一路來自“百林變”319#線，另一路來自“東筍變”365#線，35 kV進線采用“外橋”結線，于2010年2月建成投運。地面變電所供電系統圖1所示。

1 無功補償使用狀況

東懷煤礦地面變電站供電系統無功補償的電容器安裝在6 kV側，6 kV母線分列運行，每列并聯干式金屬化膜BKMJ6-400-1Q型自愈高壓電容器3組，每組容量為400 kVAr，共1 200 kVAr，兩列總容量為2 400 kVAr。電容器投運“手動”方式，每月功率因數不穩定，力調率不高。以2013年為例，力調率一般是0.91左右，如果值班員責任到位，則可達到0.92；如果值班員責任缺失，則只有0.89（見表1），特別是2014年10月后，由于設備已運行多年，所以電容器出現了內部放電、外殼變形、老化擊穿自愈失效的故障，直接影響供電質量和供電安全。

2 無功補償改造方案

針對無功補償效果不好、功率因數偏低、電容器老化損壞等情況，提出如下改造方案：改用“自動”投切電容器，功率因數提高到0.98，經計算，無功補償電容總容量為3 600 kVAr，即分列每段母線增加電容容量為1 800 kVAr，每組為600 kVAr，共3組。

2.1 計算

2.1.1 補償電容容量計算

根據公式Q=

Q為所需電容器容量（kVAr）；P為負荷功率（kW），見表2；cosφ1為改造前的功率因數，取0.90；cosφ2為改造后的功率因數，取0.98。

Q=2.1.2 主變壓器容量驗算

根據公式：

式中，Pz為總有功功率（kW）；∑P為總工作負荷（kW）；Kc為重合系數，取0.75；Kx為需用系數，取0.8；SB為主變壓器容量（kVA）；cosφ'z為人工補償后的功率因數，一般取0.95。

2.2 選型

原使用的干式金屬化膜BKMJ6-400-1Q型自愈高壓并聯電容器，在質量上不夠穩定，出現過電容器單元自愈失效、內部嚴重放電、有異響造成外殼變形等問題，導致繼電器保護動作，影響正常投運。經分析對比，改用油浸式聚丙烯膜BAM11-600-1Q型高壓并聯電容器，投切改用新式NFC3050微電腦自動控制器，保護改用數字式STGDB-321電容單元保護器，以減少值班員巡查、操作環節和保護誤動作等。

2.3 效果

2014年12月，經無功補償改造投運后，電容器運行正常，功率因數平均提高到0.96以上，有功電度、無功電度、功率因數、力調率統計見表3；2015年1月至12月，力調率平均值為-0.75，力調電費合計為-112 505.62元，平均每月減少電費近萬元，而改造投資設備和人工費用合計20萬元，即不用2年就可收回投資費用。

3 功率因數分析

3.1 提高功率因數意義

在煤礦生產中，由于使用大量交流感應電動機及變壓器，以致供電系統除了供給有功功率外，還需要供給無功功率，無功功率的增加會使煤礦電網負荷功率因數降低。當有功負荷一定時，功率因數降低必須使負荷容量即視在功率增大，不但直接增大發電設備的負荷，還加大電力線路的電能損耗和電壓損失，這就要求增加發電設備容量和加大電力線路導線截面，從而增大供電系統的投資運行費用。因此，只有提高負荷功率因數，有效利用現有發電設備，降低供電系統的電能損耗和電壓損失，才能保障供電質量和供電安全。

3.2 提高功率因數方法

一是自然補償法，不需要增加專門設備，只要改進用電設備的使用情況即可提高功率因數。{1}科學合理地選用電動機，使其經常在滿載或接近滿載情況下運行；{2}盡可能地選用鼠籠式電動機，不用繞線式電動機；{3}科學合理地調節負荷，避免變壓器空載或輕載運行。

二是人工補償法，當自然補償達不到要求時，應采取人工補償使得用戶功率因數提高。{1}使用同步電機，在過激磁條件運行，使同步電機向電網供給無功功率；{2}選用變頻器控制電動機啟動運行；{3}設計安裝靜電電容器在母線上進行集中補償，如上述改造方案為例。

4 結語

上述改造方案表明，由于企業是用電大戶，所以提高功率因數非常重要，電力部門應收取力調率電費，提高功率因數，可以充分利用變壓器和其他設備的容量，改善電動機的啟動運行條件，提高設備使用效率，這對設備非常有好處，能大大地減少電資源浪費。因此，在實際工作中應盡量采用自然補償和人工補償相結合的方法，使功率因數提高到0.95以上，這項舉措對企業、電力部門和社會都具有較大經濟意義。

參 考 文 獻

[1]劉用中，段浩鈞.煤礦電工學[M].北京：煤炭工業出版社，1994.

[2]趙松年.機電一體化系統設計[M].北京：機械工業出版社，2008.

[3]劉光源.電工手冊[M].上海：科學技術出版社，1988.

[責任編輯：陳澤琦]