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        淺議無功補償技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

        2014-11-17 04:34:07陳玉梁棟
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年33期
        關(guān)鍵詞:供電系統(tǒng)煤礦

        陳玉 梁棟

        摘 要:文章主要是闡述了無功補償裝置在煤礦供電系統(tǒng)中的作用,其最為明顯的優(yōu)勢就在于有良好的節(jié)電效益,且有較高的自動化程度,在使用過程中可以達到安全可靠的目的,有效地使電力系統(tǒng)中,功率因數(shù)增加,維護電壓穩(wěn)定,降低功率的損耗量,提升了供電的質(zhì)量,使煤礦電力系統(tǒng)可以全面地把設(shè)備的潛能和一些其他的優(yōu)勢發(fā)揮出來。

        關(guān)鍵詞:煤礦;供電系統(tǒng);無功補償裝置

        引言

        無功功率補償翻譯成英文就是Reactive power compensation,在日常生活中人們往往稱之為無功補償。無功補償裝置的關(guān)鍵是通過增設(shè)設(shè)備,提升電網(wǎng)系統(tǒng)中的功率因數(shù),減少供電變壓器及輸送線路的損失,從而提升供電的工作效率,改進用電環(huán)境。所以,從這一意義上來看,無功功率補償裝置在電力企業(yè)的供電系統(tǒng)中發(fā)揮著比較重要的作用,合理地對補償裝置做出選擇,可以從根本上降低電網(wǎng)的損耗,同時還可以進一步改進電網(wǎng)的工作質(zhì)量。相反,如果我們未能正確地選擇好相應(yīng)的裝置,則很有可能會產(chǎn)生供電系統(tǒng),電壓波動等現(xiàn)象。就當前的煤礦企業(yè)來看,由于井下供電系統(tǒng)有較長的供電距離,且線路長,所以就會導致煤礦挖掘發(fā)動機長期連續(xù)作業(yè),功率過大超出電動機功率因數(shù)所能承載的范圍,同時供電線路的通電電流和電壓負荷過重,極容易對電動機的正常性能造成損耗或者老化,極大地增加了電器事故,并增加了設(shè)備的維修支出,同時還會影響地下煤礦的生產(chǎn)作業(yè)的安全。在煤礦工作的電力系統(tǒng)中,無功功率所增加的用電量會增加企業(yè)的生產(chǎn)成本,所以為了應(yīng)對該問題,使企業(yè)的經(jīng)濟效益得以提升,保證礦井供電質(zhì)量,減少電器發(fā)生的事故,我國的大型煤礦使用用電設(shè)備大都為感性負荷。

        1 無功補償?shù)南嚓P(guān)問題

        1.1 功率因數(shù)的內(nèi)涵

        功率因數(shù)實質(zhì)是借助數(shù)學中的用三角函數(shù)COSΦ表示電網(wǎng)中電流和電壓的相位差余弦。在功率的三角形里,其中的二條直角邊,有一條表示的是有功功率(P),另一個是用來表示無功功率(Q),而視在功率則用斜邊來表示,記作字母(S),P直線和S直線間的夾角即有功功率和視在功率的夾角就是功率因數(shù)角。功率因數(shù)則是該夾角的相位差余弦數(shù)值。在正常的煤礦供電系統(tǒng)中,功率因素作為預測電能利用情況和電力設(shè)備使用情況的一個關(guān)鍵性指標,通過測量功率因數(shù)值的大小能夠準確反映上述的電力利用情況外,當電力功率因數(shù)越大,即無功功率數(shù)值越少,所以認為大部分的電力功率都能有效過渡給有功功率。

        1.2 礦井電網(wǎng)中功率因素對其運行的影響

        (1)假設(shè)輸送的是大小相等的有功功率,功率因數(shù)減少,就會使總的傳輸電流上升,電網(wǎng)系統(tǒng)負荷超載導致電網(wǎng)發(fā)生損失的現(xiàn)象。(2)功率因數(shù)降低時,無功功率增加,總電流就增加了,從而使發(fā)電機的輸出功率進一步下降。(3)功率因數(shù)減少時,將使變壓器及線路的電壓有所增加。尤其是受到了沖擊負載的情況下,就會使變壓器出現(xiàn)調(diào)壓困難,甚至是變壓器的性能被破壞。當功率因數(shù)值太低時,可以通過并聯(lián)電力容器的辦法提升功率因數(shù)值,此時電網(wǎng)系統(tǒng)中電力受到?jīng)_擊負載,無功功率發(fā)生大幅度的波動,借由晶閘管投切電容器、相控電抗器等辦法維持無功功率的數(shù)值水平,從而實現(xiàn)功率過低的補償。

        1.3 增強功率因數(shù)的辦法

        1.3.1 科學使用電能

        (1)在電氣裝置的選擇上遵循合理科學的原理。(2)當電動機沒有電壓承載時,不允許開動電動機,禁止空轉(zhuǎn)。(3)對于電壓的選取要根據(jù)實際情況而定。(4)盡量避免一臺變壓器進行負荷電壓的調(diào)節(jié)工作。(5)電壓的接線方式采用小負荷異步電動機定子線卷進行。(6)定時對設(shè)備進行檢修工作,提高設(shè)備性能和使用壽命。(7)對于負荷限額低于45%水平的異步電動機予以及時的更替。

        1.3.2 無功功率的補償手段

        (1)增加靜電電容器。(2)把同步電動機和調(diào)相繼充當同步的補償工具。(3)異步電動機和電網(wǎng)功率同步化。

        2 無功補償?shù)淖饔?/p>

        無功補償使用以后,有多個作用,其最為突出的作用有以下五點:(1)提升用戶的功率因數(shù),以改進電工設(shè)備的利用效率。(2)降低電力網(wǎng)絡(luò)的有功損耗。(3)科學地把控電網(wǎng)系統(tǒng)中無功功率的變化,提升電壓和系統(tǒng)電能的水平,增加電網(wǎng)系統(tǒng)中對于其他干擾因素的防御指數(shù),提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(4)增設(shè)無功補償設(shè)備,設(shè)置了適當?shù)恼{(diào)節(jié)裝置,有效改善電網(wǎng)系統(tǒng)中電力的傳輸速率和性能,使無功功率維持在穩(wěn)定的數(shù)值水平上。(5)增設(shè)無功補償設(shè)備,除了上述優(yōu)點外,還能完善電壓的波形,有效解決了可能會出現(xiàn)的電壓波形分量、分流等情況,同時電容器、變壓器等設(shè)備還有效地規(guī)避由于高諧波而損耗電網(wǎng)所導致的部分過熱現(xiàn)象。

        3 無功補償技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

        3.1 降低供電線路的功率損耗

        3.1.1 供電線路的功率損耗

        當前,電網(wǎng)系統(tǒng)中的功率包括無功功率以及因使用供電裝置而產(chǎn)生的有功功率兩種。在正常的電網(wǎng)電流傳輸過程中,往往會發(fā)生有功電流傳輸夾雜著無功電流傳輸?shù)默F(xiàn)象,使得整體的電網(wǎng)系統(tǒng)電流增加。在三相供電線路中功率耗損主要是因為視在電流在線路發(fā)生電流傳輸時會形成熱量的損耗,從而增加了線路的功率,形成了功率損耗。按照目前的現(xiàn)狀可知,煤礦供電的系統(tǒng)的功率因數(shù)的數(shù)值大多維持在0.65的均值水平上,可謂不低不高。當增設(shè)無功補償設(shè)備時,此時電網(wǎng)中電流和電壓的相位差余弦數(shù)值會達到0.95,有利于實現(xiàn)供電線路的功率損耗有所降低。

        3.1.2 降低電費

        按照我國水利部的規(guī)定文件可知,不同的用電用戶,當電網(wǎng)的功率因數(shù)滿足下列三種其中的標準值時,能夠?qū)崿F(xiàn)電費成本的減少:(1)從事農(nóng)業(yè)的用電用戶,要求其用電的功率因數(shù)高于0.8。(2)從事正常作業(yè)的用電用戶,要求其功率因素高于0.85。(3)從事特殊工種的高壓用電用戶,則要求其用電的功率因數(shù)超過0.9。所以,針對上述的文件的規(guī)定,用電用戶想要減少電費成本,在進行無功功率補償時,要求補償后的功率因數(shù)值不得高于0.92、0.94、0.95.一旦超出上述數(shù)值,不但不會降低電費,而會使增加電費成本。

        3.2 改進線路供電能力

        我們可以以山西某煤礦的三部皮帶作為具體的實例,在進行電網(wǎng)功率補償前,接入線路負載電流容量為175安的線路電流和截面寬度為65平方毫米的電纜當作第一供電線路。加設(shè)完成電網(wǎng)功率的補償設(shè)備后,供電線路的負載電流就變成了132安,選取了截面面積為50平方毫米的電纜線路實現(xiàn)電纜負載電流的充分供給。同時,補償后,供電線路的負載電流減少了48安,所以供電系統(tǒng)所需電壓也降低,只要選取小的變壓器容量即可滿足電網(wǎng)系統(tǒng)的需求。另外,在該案例中。增設(shè)補償后,原來70平方毫米的電纜更替為使用50平方毫米的電纜。供電線路電纜全長450米,足足減少了約1.2萬元的電纜成本費用,變壓器的選取也節(jié)約了設(shè)備的費用,大大節(jié)省了設(shè)備的支出成本。

        3.3 降低了供電線路電壓損失

        電網(wǎng)中承載的電流減少,電壓損失降低,保證了電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行,從而有利于電力設(shè)備保持礦山負荷運動。

        3.4 減少了礦井電氣事故發(fā)生的概率

        在進行無功補償前,電網(wǎng)系統(tǒng)的無功電流有可能造成電纜、變壓器等的絕緣下降速度有所加快,并使電路產(chǎn)生短路,最終導致發(fā)生傷人事件。緊接著,由于電壓降增大,一些機電難以啟動,使得電機、開關(guān)等部件開始被燒壞,極大地影響了安全生產(chǎn)。而進行了無功補償以后,系統(tǒng)電流相對較小,所以發(fā)生上述事故也就不大可能發(fā)生了。

        4 結(jié)束語

        根據(jù)我們上面的分析,我們對無功補償技術(shù)的優(yōu)勢與劣勢都有一個全面的把握,如在煤礦安裝、運用無功就地補償裝置,明顯地提高了節(jié)電的效果,同時也改進了自動化,從而使得用電更加安全可靠,而且還提高了電網(wǎng)質(zhì)量。所以,我們要利用這一技術(shù)為四化建設(shè)做貢獻。

        參考文獻

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        [5]Samra,A.H.,Toro,M.,Sim,S.R.Load management implementation,a method of improving financial performance in power systems[J]. Industry Application Conference,1995.

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