夏飛雨

（大同煤集團(tuán)煤峪口礦，山西 大同 037041）

1 井下煤礦供電系統(tǒng)的供電特點(diǎn)

1）煤礦井下工作環(huán)境惡劣，一些粉塵和瓦斯氣體比較濃重，且井下供電巷道黑暗潮濕，一些電氣設(shè)備和電纜經(jīng)常被水淋濕。

2）電纜連接饋電設(shè)備和用電設(shè)備是煤礦井下供電系統(tǒng)的主要構(gòu)成方法，由于這些設(shè)備用電功率往往都比較大并且經(jīng)常會(huì)啟動(dòng)和停止，導(dǎo)致整個(gè)井下供電系統(tǒng)的整體供電負(fù)荷變化頻繁。

3）井下供電系統(tǒng)的電纜大多鋪設(shè)在狹窄的巷道內(nèi)，而巷道極易被煤礦頂板掉落的煤塊或者巖石砸中，導(dǎo)致對(duì)電纜線路造成嚴(yán)重的破壞，再者由于煤礦井下巷道一般都比較黑暗，鋪設(shè)在巷道中的電纜，很容易被礦車以及其他機(jī)器設(shè)備軋到，造成電纜線路的破壞，影響到整個(gè)井下供電系統(tǒng)的可靠性和供電安全性。

4）井下供電系統(tǒng)供電電壓變化比較大。這主要是由于井下一些供電設(shè)備（如在綜采工作面上工作的大功率電機(jī)、帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)）經(jīng)常在過載的狀態(tài)下運(yùn)行，在很多情況下煤礦一線工作人員都是對(duì)它們直接施行全壓啟動(dòng)，而電機(jī)在啟動(dòng)的瞬間電流會(huì)瞬間增加，據(jù)估算這時(shí)的瞬間電流可達(dá)到設(shè)備額定電流值的6～12倍，這必然會(huì)對(duì)井下的整個(gè)供電系統(tǒng)造成極大的沖擊，如果饋電設(shè)備的保護(hù)設(shè)備不能及時(shí)地應(yīng)對(duì)這種沖擊，直接會(huì)導(dǎo)致保險(xiǎn)裝置熔斷，或者整個(gè)供電系統(tǒng)跳閘，導(dǎo)致井下會(huì)發(fā)生大面積的停電事故，會(huì)嚴(yán)重影響到整個(gè)電網(wǎng)供電的可靠性。為了應(yīng)對(duì)這種現(xiàn)象的發(fā)生，這必然要對(duì)并聯(lián)補(bǔ)償電容器設(shè)備內(nèi)的保護(hù)裝置提出更高的要求［1］。

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)是我國煤礦井下供電系統(tǒng)采用的主要形式，當(dāng)井下發(fā)生一相金屬性接地故障時(shí)，可能造成兩相短路，而發(fā)生嚴(yán)重事故。這主要是由于這種系統(tǒng)當(dāng)有一相金屬性接地時(shí)，未接地相會(huì)立刻升高，這樣長期運(yùn)行下去，如果這個(gè)系統(tǒng)的絕緣環(huán)節(jié)又比較薄弱，很可能會(huì)是這兩相中的一相發(fā)生接地故障，導(dǎo)致和之前發(fā)生一相金屬性接地的那相線路形成短路現(xiàn)象，發(fā)生嚴(yán)重事故。當(dāng)電纜線路發(fā)生一相接地故障時(shí)，必須盡快切斷故障電纜電源，因?yàn)榻^緣線路不會(huì)自行恢復(fù)。在這種情況下一般不允許系統(tǒng)運(yùn)行超過2h的工作時(shí)間［2］。

2 無功補(bǔ)償技術(shù)的意義

1）無功補(bǔ)償技術(shù)能為系統(tǒng)有效地節(jié)約電能，降低消耗。這主要是由于無功補(bǔ)償技術(shù)能夠很好地把供電系統(tǒng)中循環(huán)的無功功率補(bǔ)償?shù)?，把供電系統(tǒng)中用于補(bǔ)償無功功率的這部分能源能很好地節(jié)約下來，實(shí)際上是為整個(gè)供電系統(tǒng)節(jié)約電能，降低了消耗。

2）可以對(duì)電網(wǎng)的功率因數(shù)有所提高，提高供電系統(tǒng)的利用率。電網(wǎng)中存在著大部分的感性電荷，而無功補(bǔ)償設(shè)備在運(yùn)行中提供容性的無功電流，二者可以互相抵消。因此減少了供電系統(tǒng)中的無功電流，提高了系統(tǒng)中的有效功率。

式中：cosΦ1為補(bǔ)償后的功率因數(shù)；cosΦ2為補(bǔ)償前的功率因數(shù)。

功率因數(shù)cosΦ1＝p／s1。如圖1所示，顯然cosΦ1＞cosΦ2，故補(bǔ)償后提高了電網(wǎng)系統(tǒng)中有效功率。

圖1 電網(wǎng)的功率因數(shù)計(jì)算圖

無功功率補(bǔ)償技術(shù)可以對(duì)煤礦井下電網(wǎng)的整體電壓起到穩(wěn)定的作用。由于井下感性用電負(fù)荷產(chǎn)生不穩(wěn)定的電流，因此電網(wǎng)中會(huì)生成大量變化頻繁的無功功率。采用無功功率補(bǔ)償技術(shù)后，由于無功功率補(bǔ)償技術(shù)具有就近原則，大部分的無功功率會(huì)被周圍的無功補(bǔ)償技術(shù)補(bǔ)償?shù)?，減少了井下供電系統(tǒng)的二次電壓沖擊，起到了穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的作用。

3 礦用SVC治理諧波裝置

SVC系統(tǒng)是由TCR和FC兩塊單元組成。如圖2、3所示，它可以增加系統(tǒng)電能的利用率，很好地改善電網(wǎng)的供電質(zhì)量，此裝置用晶閘管控制電抗器加固定電容器即TCR＋FC型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置來改善電能質(zhì)量。TCR閥組采用三角形聯(lián)接，F(xiàn)C支路采用星形連接［3］。

TCR支路說明。工作原理：TCR采用反并聯(lián)晶閘管與相控電抗器串聯(lián)，通過晶閘管移相控制電抗器的電流，自動(dòng)調(diào)節(jié)感性無功，抑制電壓波動(dòng)，感善功率因子，吸收電網(wǎng)諧波。

圖2 系統(tǒng)組成

圖3 SVC補(bǔ)償原理圖

TCR控制器根據(jù)系統(tǒng)PCC點(diǎn)電壓u、電流i來綜合給出控制角α，用α來改變相控電抗器中的電流，也就是電感中的電流，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)無功功率的目的。負(fù)載無功的變化是由TCR所產(chǎn)生的變化無功功率加以平衡，使得兩者之和總是維持為常數(shù)，此常數(shù)感性無功功率被FC的容性無功功率相抵消，最終使得電網(wǎng)的功率因子保持在設(shè)定值，同時(shí)使得電壓保持在要求的范圍內(nèi)。

4 煤礦供配電系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)姆绞?/h2>

無功補(bǔ)償?shù)姆绞桨凑詹煌姆绞椒挚梢苑譃椴煌难a(bǔ)償方式，按照補(bǔ)償位置的不同，大致可以把無功功率的補(bǔ)償方式分為三類：集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償、就地補(bǔ)償。

1）集中補(bǔ)償。集中補(bǔ)償這種煤礦供配電系統(tǒng)補(bǔ)償方式，它主要是通過裝設(shè)無功功率補(bǔ)償裝置在地面降壓變電所的母線上來實(shí)現(xiàn)的，由于它的操作比較簡單，對(duì)無功功率補(bǔ)償設(shè)備的維修管理也比較方便，并且對(duì)煤礦井下供電系統(tǒng)的電網(wǎng)、變壓器和專用線路的無功負(fù)荷和電能消耗能有效的減少，所以它普遍被煤礦企業(yè)的相關(guān)工作者使用。

2）分散補(bǔ)償。分散補(bǔ)償這種煤礦供配電系統(tǒng)補(bǔ)償方式主要是通過分散安裝的方式來實(shí)現(xiàn)煤礦無功功率補(bǔ)償效果的，具體主要是把這些分散補(bǔ)償設(shè)備實(shí)行分散安裝的方法，把它們分散開來。如分散安裝在煤礦井下供電系統(tǒng)的10kV、3.3kV配電線路的主干線上，安裝在低壓側(cè)用戶配電母線的各個(gè)支路上，它主要是通過提高功率因數(shù)，降低線路電流的方式在達(dá)到無功功率補(bǔ)償線損能量減少的目的。

3）就地補(bǔ)償。就地補(bǔ)償煤礦供配電系統(tǒng)補(bǔ)償方式主要是通過把無功補(bǔ)償裝置直接安裝于大功率用電設(shè)備附近，并且與電動(dòng)機(jī)供電回路相并聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)無功功率補(bǔ)償?shù)?，它的補(bǔ)償優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償方式的補(bǔ)償能量交換距離最短，補(bǔ)償效果最明顯［4］。

就地補(bǔ)償是節(jié)能補(bǔ)償中最佳的補(bǔ)償方式。隨著煤礦工作面的不斷延伸拓展，井下電網(wǎng)的供電線路在逐漸增長，而一些諸如掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)等大容量設(shè)備主要分布在末端線路，所以在電網(wǎng)末端的負(fù)荷中心處安裝就地?zé)o功功率補(bǔ)償裝置，可以就地平衡無功電流，穩(wěn)定電壓，解決能源浪費(fèi)的突出問題［5］。

5 結(jié)語

無功功率補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用，解決了煤礦供電系統(tǒng)電能損耗、電網(wǎng)質(zhì)量等問題，給煤礦企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也對(duì)礦井安全起到了重大作用，值得在煤炭行業(yè)中推廣使用。

［1］ 劉治宇.風(fēng)凰山礦井下低壓電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償及運(yùn)行結(jié)果分析［J］.煤，2010（8）：67－68.

［2］ 王秀蘭.隔爆型無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置在煤礦井下低壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.山西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009（23）：64－65.

［3］ 王海珍，王彥文.新型礦用隔爆型無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的研制［J］.煤礦機(jī)械，2000（1）：11－12.

［4］ 陳寶怡.提高電力系統(tǒng)用電功率因數(shù)方法［J］.煤礦機(jī)型，2005（8）：34－35.

［5］ 田艷兵.礦山井下供電系統(tǒng)無功功率因素與節(jié)能［J］.煤礦機(jī)械，2010（6）：40－41.