周青松

山東裕隆礦業(yè)集團裕隆富祥煤礦，山東曲阜 273100

0 引言

在向用電負荷供電過程中，電力網(wǎng)要負擔用電負荷的有功功率P，還要負擔負荷的無功功率Q，有功功率、無功功率和視在功率之間存在如下關系，S=（P2+Q2）1/2，其中P/S=COSφ，COSφ即稱為電力網(wǎng)的功率因數(shù)，功率因數(shù)越高，說明電力網(wǎng)的利用率越高，在電力網(wǎng)中安裝無功補償裝置可提高功率因數(shù)，達到節(jié)約資源，節(jié)約電能的目的，既有直接經(jīng)濟效益，又有社會效益，尤其對于煤礦企業(yè)，在生產(chǎn)過程中大部分負荷為三相異步電動機，屬感性負荷，且為了提高設備的可靠性，電動機在設計選型時裕度系數(shù)較大，造成電動機負荷率較低，一般在50%左右，必然造成功率因數(shù)偏低。

1 無功補償?shù)脑?/h2>

電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分，一是有功功率，二是無功功率.直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能、熱能、化學能、光能等，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；不消耗電能，只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件，并且這種能是在電網(wǎng)中與電能進行周期性轉(zhuǎn)換，這部分功率稱為無功功率，如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能。電流在電感元件中作功時，電流超前于電壓90℃，而電流在電容元件中作功時，電流滯后電壓90℃。在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180℃。如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者的電流相互抵消，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小，從而提高電能作功的能力，這就是無功補償?shù)幕驹?

2 無功補償?shù)囊饬x

1）補償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率所占比例；

2）減少發(fā)、供電設備的設計容量，減少投資，例如當功率因數(shù)cosφ=0.8增加到cosφ=0.95時，裝1Kvar電容器可節(jié)省設計容量0.52Kvar；反之，增加0.52Kvar，對原有設備而言，相當于增大了發(fā)、供電設備容量；

3）降低線損，由公式△P%=（1-cosφ1/cosφ0）X100%得出，其中cosφ1為補償后的功率因數(shù)，cosφ0為補償前的功率因數(shù)，則cosφ1＞cosφ0，△P%為線損率，因功率因數(shù)提高后，線路的無功電流減少，自然帶來線損的減少，經(jīng)計算可知，當功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時，有功損耗將降低20%～45%。所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了.減少設計容量，減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟效益.所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟效益的重要指標；

4）節(jié)省電費開支：無功補償提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接經(jīng)濟效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費，高于規(guī)定數(shù)值，可相應地減少電費；

5）提高設備的利用率。對于原有供電設備來講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負荷電流減少，因此向負荷傳送功率所經(jīng)過的變壓器、開關和導線等供配電設備都增加了功率儲備，從而滿足了負荷增長的需要；如果原網(wǎng)絡已趨于過載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過載運行，從而發(fā)揮原有設備的潛力。

3 煤礦企業(yè)無功補償應用

煤礦用電屬于大工業(yè)用電，其電費由基本電費、電度電費、力率調(diào)整電費三部分組成，基本電費按用戶變壓器安裝容量計算，電度電費按用戶所消耗的電量計算，力率調(diào)整電費則根據(jù)用戶力率水平的高低減收或增收的電費，力率水平即指用戶功率因數(shù)的高低。

裕隆富祥煤礦當?shù)毓╇姴块T設定的功率因數(shù)標準為0.9，力率調(diào)整電費計算辦法如下：高于0.9時減收電費，額度為：當月電費總額*（cosφ-0.9）/0.01*0.15%，低于0.9時增收電費，額度為：當月電費總額*（0.9-cosφ）/0.01*0.5%。

裕隆富祥煤礦每月電費在35萬元～40萬元，未投用無功補償前，功率因數(shù)在0.65～0.7之間，每月增收電費2.5萬元～3萬元。

在地面變電所安裝了動態(tài)無功補償裝置后，功率因數(shù)控制在0.95左右，不但取消了增收電費項目，每月還減收電費2 000元～3 000元，年直接經(jīng)濟效益在35萬元以上，一年即可收回無功補償裝置投資。

裕隆富祥煤礦供電方式為高壓10kV直接入井，采用了就地補償?shù)姆绞?，根?jù)生產(chǎn)實際在地面變電所10kV母線段安裝了DS5型高壓無功自動補償裝置兩套，每個回路各1套，總補償容量為900kvar，分兩組不等容，第一組300kvar，第二組600kvar，采用專用投切開關對電容進行投切，每組配6%的串聯(lián)電抗器用于抑制合閘涌流和防止電容器組與電網(wǎng)發(fā)生并聯(lián)諧振，采用DSK5020控制器進行控制，達到如下功能：根據(jù)功率因數(shù)、無功需求量、電壓高低依據(jù)“先投先切”的原則自動循環(huán)投切電容，當某組電容出現(xiàn)故障時，可自動切除該組電容器并閉鎖，不影響整套裝置的正常投切，功率因數(shù)、無功需求量、電壓參數(shù)可以設置，根據(jù)設置的參數(shù)裝置自動運行，減少了人為干預，提高了裝置運行的可靠性。

4 結(jié)論

無功補償方式有多種，以上僅就高壓集中補償方式進行了探討，還有就地補償、分散補償?shù)榷喾N方式，企業(yè)采用哪種補償方式要根據(jù)企業(yè)供電系統(tǒng)自身的特點，依據(jù)最佳的效果、最高的投資回報率，同時兼顧系統(tǒng)的安全性進行確定。

[1]朱密科.煤礦供電技術[M].煤炭工業(yè)出版社，2007，8.

[2]靳龍章，丁毓山.電網(wǎng)無功補償實用技術[M].中國水利水電出版社，1997，8.