煤礦電力系統電壓無功補償自動調節研究

國能新疆寬溝礦業有限責任公司 齊喜峰

在進行煤礦礦井作業的過程中往往會面臨比較復雜的工作環境，進而也使得煤礦礦井電力系統的整體布局也會相對復雜。結合其實際運行情況來看，煤礦礦井電力系統往往會存在線路過長及損耗較大等問題，對于最終的運行成效也會造成一定的影響。經濟發展水平的提升帶動煤礦開采整體行業朝向機械化與自動化方向發展。在這樣的情況下，不僅煤礦資源的開采數量會顯著提升，涉及到的電氣設備數量也在持續增加。然而隨著煤礦開采力度的加大，為滿足其供電需求電力系統的線路就需不斷延長，加上較遠的供電距離，往往會在一定程度上導致了礦井電力系統穩定性降低、能源消耗變大等問題，同時對于煤礦開采的效率與安全性也會產生一定影響[1]。

對于這樣的問題，無功功率補償技術逐步被應用于煤礦電力系統當中，通過相關技術來實現對電能損耗與電壓損耗的優化，并起到提升電力系統運行質量、改善煤礦資源開采環境、減少煤礦開采成本投入的作用，有效為煤礦開采過程中電力系統運行存在的問題提供相應的解決措施。現階段，無功補償技術在煤礦電力系統中已得到十分廣泛的應用，不僅顯著降低了電力能源損耗、同時還大大提升了電力系統運行的穩定性，為煤炭開采工作的可持續推進提供保障[2]。

1 無功補償自動調節技術運行分析

1.1 技術原理

將無功補償技術引入到煤礦變電力系統當中可顯著提升其運行穩定性，同時對于抑制諧波影響及提高設備功率也有著十分突出的作用[3]。就電容器無功輸出的調節來說，其運行原理是通過調節電容器端電壓來實現對無功輸出功率的調節，因此需將電壓調節裝置安裝到電力系統當中。現階段，煤礦電力系統中最常見的是由非線性電子組件構成的智能化設備，但此類設備在運行的時候常會引發諧波問題，造成供電質量的降低。而在煤礦電力系統開啟無功補償的時候，諧波還會造成電壓波動，以及對變壓器、變頻器等組件帶來損壞，限制了井下作業的開展[4]。

相較于以往的無功補償方法，自動調節技術體現出更加突出的優勢，其優勢核心在于可實現對電壓調節裝置的自動化、智能化控制，從而有效滿足電力系統運行過程中無功補償需求的變化，促進其運行效率的提升。該裝置的設計與運行主要是基于電壓實時分級調節來實現電容器端電壓的變化，其應用優勢主要體現在兩個方面：

第一，由此電容器采取的是固定接入形式，因此在運行過程中并不會產生放電，也不需要調整延時。也正因如此，電容器端電壓的調節可被控制在一個較小的范圍內，為無功補償精細化控制的實現提供條件；第二，這種無功補償功率的調節技術在實際應用的過程中并不會產生電壓，因此也避免了對其他電子元器件造成不良影響，有效延長電力系統的使用壽命。無功補償自動調節中存在的沖擊涌流等問題會對最終的運行效果產生一定影響，但隨著技術升級與更加先進電氣元器件的應用，也為相關問題提供了解決方案，不僅可帶動投切速度的提高，還可進一步提升無功補償自動調節技術的安全可靠性。

1.2 技術組成與原則

在電力無功補償自動調節技術實際運行的過程中，其核心在于對系統的控制，同時還可以進一步實現對PT、PC輸入供電系統電壓及電流的有效控制。其中主要的控制流程包括計算功率因數、檢驗編程設置及調整整體參數。在實際進行調節的時往往需實現對功率因數和系統電壓的同步調節，這主要是因二者間存在十分緊密的聯系，因此如只完成對單一參數的調節往往難以起到預想的效果。通常情況下會將功率因數和系統電壓的調節區域分為九個子區域，而中間的區域則為整個系統的正常工作區域。與此同時，對于系統運行的設置也可在此基礎上進行。

如，當電力系統系統電壓和功率因數均處于低于下限的區域時，就應對其進行調節，以實現無功輸出的增加，同時還可進一步促進系統電壓的提升。調節過程還會引發系統狀態變化，從而實現無功補償自動調節技術的應用落實。

2 無功補償技術在煤礦電力系統中的具體應用

2.1 無功補償方式的選擇

結合無功補償技術在電力系統中的實際應用情況看，當前常見的補償方式主要可分為隨線補償及低壓補償。其中隨線補償的應用原理是在高壓配電路線上安裝并聯電容器裝置，并對配電路線內的無功功率加以補償。通過這樣的形式，不僅可實現配電網功率因數的提升，同時還可有效電壓方面的損耗。隨線補償主要適用于功率因數不高且負載較小的長配型單路線，進而也有助于發揮其應用價值。這種補償方式的優勢在于可有效控制投資成本，在短時間內就可顯現出較為突出的應用效果，加上補償率較高，因此得到了一定認可。隨線補償在應用過程中保護設備配置的難度較大，相關技術人員需要投入更多精力到其維護和管理當中，加上其運行效果還容易受到外界環境因素的影響，因此在配網中的實際應用較少。

低壓補償又可分為低壓型集中式補償及低壓型分散式補償。就其實際應用情況來看，集中式補償是將投切設備直接應用為掌控保護設備，進而將其安裝到低壓母線中，實現對變壓器及線路中無功損耗的補償。現階段集中式補償方法更多應用于農村地區的電網中，但會在一定程度上受到管理與維護等方面因素的影響，提升線路出現安全隱患的概率，因此難以在區域內實現大規模使用。而分散式補償的應用原理則是將電容器安裝在較為密集的低壓線路中，實現對用電裝置以及相關線路內部無功損耗的補償。

相較于集中式補償方法，分散式補償在改善電壓質量、減少損耗等方面顯示出更加突出的優勢，但也正是因為這種補償方式分散性、隨機性的特點，使其在確定補償容量及補償方向時面臨著更大的問題。與此同時，電容器安裝完成之后并不是一直處于運行狀態，在輕載時更多是采取閑置狀態，進而對于裝置的使用效率也會產生一定影響。

2.2 智能化控制體系的建立

為進一步推動無功補償技術的自動化、智能化發展，在設計相關操作流程的時候往往需要一定的控制設備，同時完成智能化控制體系的建立，為無功補償技術的穩定落實提供保障。在對智能化控制體系結構進行分析的過程中可看出，其最核心的組成部分為顯示器及鍵盤，而其功能與作用的發揮更多是集中在定值設置方面，包括功率因數上限、功率因數下限及PT變化比值等。與此同時，在不同的數據設置情況下所采用的電路也是不同的。例如在進行PT和CT輸出時更多采用交流輸入型電路，更加便于對相關數據的收集；在進行系統電壓等級調控時則需采用對應的輸出電路，從而更好地完成繼電器輸出渠道采樣工作；而在進行綜合信息傳輸時更多會選擇應用通信電路，為傳輸通道的運行提供相應的便利條件。

針對煤礦電力系統的具體構成，其中最關鍵的部分就是8位或16位的微控制器，需在進行軟件編制時根據具體規則開展有針對性的編制工作，因此對于微控制器的性能也提出了更高的要求。此外還應進一步針對PT和CT的斷線閉鎖功能加以完善，確保其可具備人工操控、通信閉鎖以及失壓閉鎖等多種功能。在這部分功能的有效運行下，電力系統的運行質量將會得到顯著提升，并為電力系統的健康運行與礦井生產的穩定推進奠定堅實基礎。

2.3 補償技術的使用與維護

為確保電壓無功補償自動調節技術可在煤礦電力系統中得到有效應用，煤礦企業以及相關技術人員應加強對補償裝置與技術的使用與維護，確保其可發揮出應用的成效。一方面，技術人員應積極開展相關技術的測試工作，并保證可在測試過程中明確電能質量相關指標，同時滿足煤礦電力系統運行過程中的質量技術標準。結合當前實際的運行情況來看，最主要的技術標準項目包括電壓波動以及功率因數等。另一方面，技術人員還應進一步在電能質量技術標準的基礎上完成無功補償自動調節方案的設計，根據具體方案推進電力系統運行，實現無功補償作用的顯著發揮。與此同時，在無功補償自動調節技術實際應用的過程中，應最大限度地遵循“經濟、安全、可靠”的生產原則，并為其功能發揮提供依據與保障。

當前，無功補償自動調節技術的功能主要體現在兩個方面，分別是通過技術落實帶動煤礦電力系統的可靠運行，為煤礦設備的正常運行提供保障以及通過技術落實實現對相關參數的調節與選擇，最終起到提升電能質量、降低電能損耗的作用。值得注意的是，在實際開展煤礦電力系統建設的過程中，應提升對無功補償裝置安裝環節的管控，最大限度滿足國家的相關標準，并將電壓波動變化控制在合理范圍內。

此外，為確保煤礦電力系統電壓無功補償自動調節裝置應用效果的提升，可結合實際生產情況落實一定的設備巡查與維護管理制度，還可通過建立檢測系統來實時掌握其運行動態，提升設備運行與生產活動之間的聯系。通過這樣的形式，無功補償裝置一旦出現運行故障或參數異常就可在第一時間發出警報，而相關技術人員與維護人員也可及時展開排查、維護與檢修工作，避免潛在隱患與內部故障對裝置的正常運行產生不良影響，從而進一步為煤礦電力系統運行構建更加良好的環境。

3 無功補償技術在煤礦電力系統中的應用效益

3.1 穩定電力系統電壓

在以往電力系統運行的過程中，感性負載設備會產生感性用電負荷，進而也會出現大量的無功功率。無功功率是這種感性負載運轉的關鍵所在，同時電壓的波動情況也會進一步受到其變化頻率的影響，無功功率變化頻率越快、電力系統電壓波動頻率也就越快，總體的波動范圍也會持續擴大。在這樣的情況下，將會影響電氣設備的正常工作狀態，導致其脫離預先設定的電壓值條件，進而也會提升設備出現故障的概率。而無功補償技術的應用優勢在于可顯著減少無功功率，并將系統中電壓、電流變化情況調節在可控制的范圍內，最大限度地提升電力系統電壓的穩定性。

此外，在電力系統完成動態無功補償裝置的安裝之后還可發現，其對于抑制諧波也有著顯著成效，規避了諧波對于電力系統其他設備和線路的不利影響，加強其在易于操作、維護等方面的優勢，為增強電力系統的安全性與科學性打下堅實基礎[5]。

3.2 提升電力系統的利用效率

無功補償技術的應用還可起到提高供電系統的利用率的作用。井下用電設備在運行過程中出現的無功功率會持續在電源與設備之間往復交換，同時考慮到無功功率的規模往往較大，因此其交換過程勢必會造成供電系統容量的占用，影響供電系統的正常運行。在完成無功補償裝置的安裝以后，顯著減少了無功功率的交換，因此也節省出大量的供電系統設備容量，以促進電力系統利用效率的提升，從而為井下作業的有序推進提供保障。

4 結語

綜上所述，相較于傳統的無功補償方式，無功補償自動調節技術在應用過程中體現出十分突出的優勢，大大提升了煤礦開采作業的安全性、可靠性與準確性，因此也在煤礦電力系統中得到了十分廣泛地認可與應用。在實際應用無功補償技術的過程中，應結合煤礦電力系統的需求特點加以調節，并制定完善的應用方案來有效滿足相關工程的技術標準，發揮出該技術應用的價值，提升煤礦電力系統的運行質量。