煤礦井下供配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)奶接?/h1>

發(fā)布時(shí)間：2017-06-29

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    隨著現(xiàn)代化礦井快速發(fā)展，機(jī)械化程度不斷提升，大功率電機(jī)大量使用和供電線路的不斷延伸，各種感性負(fù)荷與地面電網(wǎng)供電電源之間循環(huán)的無功功率大量增加，造成井下供電質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)甚至影響生產(chǎn)，這種情況在大功率設(shè)備集中的煤礦供電系統(tǒng)中非常突出。進(jìn)行煤礦井下無功補(bǔ)償技術(shù)研究與應(yīng)用，對(duì)于保障生產(chǎn)、節(jié)能降耗具有非常重要的意義。本文作者結(jié)合工作實(shí)踐，簡(jiǎn)要論述了無功補(bǔ)償?shù)钠鹨颉⒎绞揭约爸匾饬x。

 

    降低供電系統(tǒng)中的電能損耗是節(jié)能降耗的重要措施之一。影響煤礦企業(yè)電能損耗的因素很多，其中無功損耗占有較大的比重。在煤礦電力系統(tǒng)中，由于生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，用電設(shè)備輕載率較高，供電線路普遍較長(zhǎng)，功率因數(shù)較低，無功功率帶來的電能損失更加突出。隨著采掘機(jī)械化的發(fā)展，煤礦的原煤產(chǎn)量大幅度提高，使得工作面電氣設(shè)備總?cè)萘俊螜C(jī)功率明顯加大，供電距離加長(zhǎng)。用電設(shè)備自身無功功率損耗的存在造成井下電網(wǎng)功率因數(shù)較低。因此，在煤礦供電系統(tǒng)中提高功率因數(shù)，補(bǔ)償無功功率以降低電能消耗是十分重要的。采用無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置的目的，就是減少井下供配電系統(tǒng)的線路損耗和變壓器的有功損耗，提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低采煤的電力成本。

 

    1無功功率補(bǔ)償問題的提出

 

    在交流電路中，由電源供給負(fù)載的電功率有兩種，有功功率和無功功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、光能、熱能等其他功率的電功率。無功功率是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰俊７彩怯须姶啪€圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)，就要消耗無功功率。無功功率是電壓或電動(dòng)勢(shì)與無功電流的乘積，無功功率的不足和過剩，都會(huì)對(duì)電壓質(zhì)量和電能損耗有明顯的影響。

 

    在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場(chǎng)，那么，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。無功功率對(duì)電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生一定的不良影響，它會(huì)降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出;降低輸、變電設(shè)備的供電能力;會(huì)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加;會(huì)造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線供給的無功功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充無功功率，以保證用戶對(duì)無功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。這就是電網(wǎng)需要裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置的道理。

 

    無功功率補(bǔ)償是指把具有容性功率的裝置與感性負(fù)荷連接在同一電路，當(dāng)容性裝置釋放能量時(shí)，感性負(fù)荷吸收能量，而感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性裝置卻在吸收能量，能量在相互轉(zhuǎn)換，感性負(fù)荷所吸收的無功功率可從容性裝置輸出的無功功率中得到補(bǔ)償。無功功率補(bǔ)償不僅可以改善煤礦的用電環(huán)境，提高電網(wǎng)電壓的品質(zhì)，減弱或消除電力設(shè)備啟動(dòng)時(shí)引起浪涌電流的沖擊，而且對(duì)電力設(shè)備及線路損耗降低所帶來的經(jīng)濟(jì)效益也是非?？捎^的。

 

    無功補(bǔ)償一般情況下很容易被人們忽視，但是靈活的應(yīng)用無功補(bǔ)償能夠大大地降低能源損耗，為煤礦企業(yè)節(jié)約大量的資金，并提高了供電電能的質(zhì)量。無功補(bǔ)償對(duì)于供配電系統(tǒng)非常重要，因此在電氣設(shè)計(jì)中我們一定要對(duì)小到設(shè)備，大到系統(tǒng)進(jìn)行有意識(shí)的進(jìn)行無功補(bǔ)償。

 

    2煤礦供配電系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t和方式

 

    無功補(bǔ)償要采取電力用戶補(bǔ)償與供電企業(yè)補(bǔ)償相結(jié)合的方式，供電部門在電源點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償與用戶自身用電設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償，兩者實(shí)現(xiàn)理想配合。分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主。高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主，實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)的無功分層、分壓、就地平衡。降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主，堅(jiān)持降損節(jié)能的原則。

 

    無功補(bǔ)償?shù)姆绞酵ǔ７譃槿悾杭醒a(bǔ)償、分散補(bǔ)償和就地補(bǔ)償。集中補(bǔ)償是把電容器組集中安裝在變電所的二次側(cè)的母線上或配電變壓器低壓母線上，這種補(bǔ)償方法安裝簡(jiǎn)便，運(yùn)行可靠，利用率較高，但當(dāng)電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷時(shí)，又無自動(dòng)控制裝置時(shí)，會(huì)造成過補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓升高，電壓質(zhì)量變壞。季節(jié)性用電較強(qiáng)、空載運(yùn)行較長(zhǎng)又無人值守的配電變壓器不宜采用。分散補(bǔ)償是將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所各分路的出線上，形成低壓電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補(bǔ)償方式，它能與工廠部分負(fù)荷的變動(dòng)同時(shí)投切，適合負(fù)荷比較分散的補(bǔ)償場(chǎng)合，這種補(bǔ)償方法效果較好，且補(bǔ)償方式靈活，易于控制。就地補(bǔ)償，無功補(bǔ)償裝置直接安裝于用電設(shè)備附近與電動(dòng)機(jī)供電回路相并聯(lián)，主要用于運(yùn)行電動(dòng)機(jī)所需無功量，由補(bǔ)償裝置就地供給，能量交換距離最短，可以實(shí)現(xiàn)最大程度地降低線路電流。就地補(bǔ)償應(yīng)該說節(jié)能效果是三種補(bǔ)償方式中最佳。

 

    煤礦供配電網(wǎng)中常用的無功補(bǔ)償方式包括：其一，可在變電所母線集中安裝并聯(lián)電容器組;其二，可在高低壓配電線路中分散安裝并聯(lián)電容器組;其三，可在配電變壓器低壓側(cè)或車間配電屏安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器;其四，可在單臺(tái)電動(dòng)機(jī)處安裝并聯(lián)電容器等?！豆┡潆娤到y(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中有規(guī)定，采用電力電容器作為無功補(bǔ)償裝置時(shí)，宜就地平衡補(bǔ)償。但在大型煤礦供電網(wǎng)絡(luò)中，井下負(fù)荷約占整個(gè)礦井總負(fù)荷的50%～60%。由于煤礦井下生產(chǎn)的特殊性，不能就地分散在煤礦井下對(duì)主要負(fù)荷進(jìn)行無功補(bǔ)償。所以通常采用在變電所高壓母線上集中安裝并聯(lián)電容器組對(duì)主要負(fù)荷進(jìn)行無功補(bǔ)償。地面其它負(fù)荷可采用就地分散補(bǔ)償方式。

 

    煤礦配電網(wǎng)無功補(bǔ)償具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。第一，可提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高供電系統(tǒng)的利用率，井下用電設(shè)備與地面電源之間存在著大量往復(fù)交換的無功功率，這些無功功率必然占用供電系統(tǒng)許多容量，加裝無功補(bǔ)償后，減少了無功電流而減少了無功功率，從而大大提高了供電系統(tǒng)設(shè)備容量的利用率。第二，可穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。井下感性用電負(fù)荷產(chǎn)生大量無功功率，這種感性負(fù)載做功必需具備的無功功率其變化頻率越快，電網(wǎng)電壓波動(dòng)頻率隨之加快，電壓波動(dòng)范圍越大，此將直接導(dǎo)致電氣設(shè)備不能在額定電壓值條件下正常工作，增加設(shè)備損壞的可能性。補(bǔ)償后無功功率減少，系統(tǒng)中電壓、電流相對(duì)變化幅度較小，能起到穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的作用。另外，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置通常具有抑制諧波，使供電系統(tǒng)的其他設(shè)備和線路免遭諧波威脅的作用，增強(qiáng)供電系統(tǒng)的安全可靠性。

 

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