靜態無功補償裝置在煤礦供電節能降損中的應用

劉文輝，賀佳貝

(延安市禾草溝煤業有限公司，陜西 延安 717300)

0 引言

靜態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，主要依靠電力系統以及電網2部分負責，可分為放射式、干線式2種。由于煤礦供電系統傳輸電能時，必然會產生有功和無功電能，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，就會導致線損[1]。為實現煤礦供電的節能降損，將靜態無功補償裝置應用在煤礦供電節能降損中，致力于通過靜態無功補償裝置的容性無功補償功能，促進煤礦供電節能降損，為煤礦供電系統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，要想應用靜態無功補償裝置實現節能降損，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。并將靜態無功補償裝置應用在煤礦供電系統中，通過補償無功損失，起到對煤礦供電節能降損的應用效果。

2 靜態無功補償裝置的應用

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，使用靜態無功補償裝置監測電容器，通過實時監控煤礦供電過程中產生的電壓、電流、電阻、無功損失等電能信息的相關數據，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，根據靜態無功補償裝置的具體使用方法，按照0.9倍的靜態無功補償裝置空載平衡煤礦供電電容器電壓[2-4]。設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能效果。在煤礦供電中增加輔助設備，根據電容器實際作業過程中的控制難易程度進行判定，利用靜態無功補償裝置完成對煤礦供電電容器電壓的監視和操作。監控人員可以通過靜態無功補償裝置傳輸的畫面信息及相關的數據信息及時調整電容器容量，降低煤礦供電能源消耗[5-7]。監控人員通過靜態無功補償裝置即可完成電容器開關、閥門開關的工作，調節煤礦供電電容器電壓。

2.2 補償煤礦供電功率因數

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

(3)

式中，m為煤礦供電系統電源基波角頻率；ω為煤礦供電系統電源固有振蕩角頻率；h為煤礦供電系統運行時的電流，A；e為靜態無功補償裝置的調控相應時間，s；a為使用靜態無功補償裝置補償時的衰減系數。通過靜態無功補償裝置，補償煤礦供電功率因數，提高煤礦供電的節能效果。在此過程中，需要注意的是使用靜態無功補償裝置投、切電容組時，必然會對煤礦供電設備造成一定的干擾，加速絕緣介質的老化速度，導致煤礦供電設備損耗程度增加[11-12]。基于此，為實現煤礦供電降損，運用靜態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，避免對煤礦供電設備的干擾程度。在此基礎上，還要額外增加一臺靜態無功補償裝置，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到電容組中。靜態無功補償裝置應用的優勢在于能夠保證在最短的時間內進行安全的投、切換，當煤礦供電時，靜態無功補償裝置會第一時間啟動，快速進入到工作狀態當中，代替供料設備完成工作，確保煤礦供電節能降損。

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，必須預先明確煤礦供電變壓器和輸電線路線損的計算公式。設其計算表達式為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能夠在節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臺以上的靜態無功補償裝置。至此，實現靜態無功補償裝置在煤礦供電節能降損中的應用。

3 應用實例

3.1 試驗準備

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

3.2 試驗結果與分析

收集5組試驗數據，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

根據上述折線圖中的多組數據，可知應用靜態無功補償裝置后的煤礦供電能源消耗量更低，能夠起到節能的應用效果。而后，得出靜態無功補償裝置應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，應用靜態無功補償裝置后的煤礦供電線損率更低，能夠起到降損的應用效果。

4 結語

通過應用實例分析，證明了靜態無功補償裝置在煤礦供電節能降損中的應用效果，可以在現實中廣泛投入使用。應用靜態無功補償裝置能夠在確保煤礦供電節能的同時，實現煤礦供電降損。在后期的發展中，應加大靜態無功補償裝置在煤礦供電節能降損中的應用力度。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，為煤礦供電節能降損的進一步優化提供參考依據。