侯易奇

（貴州省煤礦設(shè)計(jì)研究院，貴州貴陽(yáng) 550025）

試析煤礦供電中無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

侯易奇

（貴州省煤礦設(shè)計(jì)研究院，貴州貴陽(yáng) 550025）

在煤礦開(kāi)采中，供電系統(tǒng)是支撐所有工作正常進(jìn)行的關(guān)鍵，其中供電中無(wú)功補(bǔ)償裝置發(fā)揮著重要作用，無(wú)功補(bǔ)償裝置不僅可以改善沖擊性負(fù)荷工作時(shí)對(duì)電網(wǎng)的損害，又可以提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量，節(jié)約能源，提高煤礦開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，因此，對(duì)煤礦供電中無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行探討非常重要。本文就煤礦供電中無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?、配置要點(diǎn)、事例三個(gè)部分加以簡(jiǎn)要分析。

煤礦 供電 無(wú)功補(bǔ)償 設(shè)計(jì) 應(yīng)用

煤礦行業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的位置，是我國(guó)能源供應(yīng)的主要渠道，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代礦井隨著快速發(fā)展，逐漸由人工操作轉(zhuǎn)為機(jī)械化操作，并且機(jī)械化程度越來(lái)越高，越來(lái)越多的大型機(jī)械應(yīng)用于煤礦領(lǐng)域［1］。但是，煤礦的用電設(shè)備功率越大，其所帶來(lái)的感性復(fù)合與電網(wǎng)供電電源功率耗損越來(lái)越多，礦井之下的供電質(zhì)量、供電效率不斷下降，與此同時(shí)，電能浪費(fèi)非常嚴(yán)重。針對(duì)這樣的問(wèn)題，優(yōu)化設(shè)計(jì)煤礦供電無(wú)功補(bǔ)償裝置非常關(guān)鍵，這是解決這樣問(wèn)題的有效途徑。

1　煤礦供電中無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?/h2>

煤礦供電電網(wǎng)的電力負(fù)荷裝置一般都是感性負(fù)荷，例如，電動(dòng)機(jī)、變壓器，在這些裝置處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)必須為其提供相應(yīng)的無(wú)功功率，這樣才能保證裝置正常工作。一般情況下，在煤礦供電系統(tǒng)中連接無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，一方面可以彌補(bǔ)感性負(fù)荷造成的無(wú)功功率消耗，另一方面可以降低電網(wǎng)為感性負(fù)荷輸送無(wú)功功率。所以，正是由于電網(wǎng)中的無(wú)功功率量降低了，才有可能減少低壓線路以及變壓器的電能浪費(fèi)，這樣的工作方式就是煤礦供電中無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?。目前，在理論上，?duì)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)亩x為：將帶有容性功率負(fù)荷的供電裝置以及感性功率負(fù)荷的供電裝置并聯(lián)在相同的線路上，以此來(lái)達(dá)到能量循環(huán)流轉(zhuǎn)的目的。如此以來(lái)，感性負(fù)荷在運(yùn)行中需要的無(wú)功功率會(huì)以可由容性負(fù)荷運(yùn)行中產(chǎn)生的無(wú)功功率所補(bǔ)償，這樣的結(jié)果就是煤礦的用電條件被改善，所使用的電網(wǎng)電壓質(zhì)量被提高，在最大限度上消除電力設(shè)備開(kāi)始工作時(shí)產(chǎn)生的電流沖擊，而且使用無(wú)功補(bǔ)償還會(huì)提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

2　煤礦電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置要點(diǎn)

（1）井上變電站無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲靡c(diǎn)。在煤礦中井上變電站輸出的無(wú)功補(bǔ)償一般都是補(bǔ)償變壓器的無(wú)功耗損，但是也有補(bǔ)償負(fù)荷側(cè)無(wú)功補(bǔ)償?shù)那闆r。無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞揭话銥椋焊鶕?jù)主變壓器所能容納的電量，按著20%左右進(jìn)行配置無(wú)功補(bǔ)償，在選擇無(wú)功補(bǔ)償量時(shí)要按著一年之內(nèi)最多的無(wú)功補(bǔ)償量95%配置，并按照期望功率進(jìn)行計(jì)算。

（2）井底配電峒室補(bǔ)償容量的配置要點(diǎn)。煤礦井底的配電峒室在選擇無(wú)功補(bǔ)償量時(shí)，需要根據(jù)裝置容量年供電最大使用量的70%計(jì)算負(fù)荷，按著80%的負(fù)荷功率因數(shù)計(jì)算，并且功率因數(shù)的最大負(fù)荷要超過(guò)95%［2］。為了配置方便也可以根據(jù)最大負(fù)荷的30%左右來(lái)配置配電峒室的補(bǔ)償容量。

（3）不規(guī)則補(bǔ)償容量的配置要點(diǎn)。不規(guī)則補(bǔ)償容量的配置隨機(jī)性很強(qiáng)，在配置時(shí)可以選擇空載電流計(jì)算法，也可以選擇經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法，另外，還可以選擇現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試法，這種方法的配置精確度非常高，不僅可以用于一般情況下的感性負(fù)荷無(wú)功補(bǔ)償，又可用于感性負(fù)荷的就地?zé)o償功率量計(jì)算，是一種非常實(shí)用的無(wú)功補(bǔ)償方式。

（4）無(wú)功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的配置要點(diǎn)。無(wú)功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)可以分為三種方式，一種為集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償，一種為高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償，還有一種為調(diào)壓與降損的補(bǔ)償。這三種無(wú)功補(bǔ)償方式側(cè)重點(diǎn)不同，因此，被用于不同的配電設(shè)備中。例如，煤礦高壓配電網(wǎng)大部分都是以井上變電站的集中補(bǔ)償為主，低壓配電網(wǎng)中以配電降壓補(bǔ)償為主，而中壓配電網(wǎng)中大都以井底配電峒室補(bǔ)償為主，配電網(wǎng)中的就地平衡補(bǔ)償通常以隨機(jī)補(bǔ)償為主。

（5）無(wú)功補(bǔ)償方法的選取。第一，煤礦電網(wǎng)的電力負(fù)荷是動(dòng)態(tài)配置、發(fā)展的，因此，在實(shí)際工作中使用固定電容器補(bǔ)償只能起到一定補(bǔ)償作用，而不能實(shí)現(xiàn)全部無(wú)功功率補(bǔ)償，剩余無(wú)功功率并不能得到很好的處理，如果電容器的電容納量達(dá)不到使用標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)償效果微乎其微，如果電容器的電容納量太大，就會(huì)使得一部分無(wú)功功率得不到有效利用而造成浪費(fèi)［3］。所以，實(shí)施動(dòng)態(tài)跟蹤無(wú)功功率補(bǔ)償是解決功率補(bǔ)償問(wèn)題的重要途徑。第二，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的性質(zhì)選取相應(yīng)的補(bǔ)償方式。例如，井上變電站的無(wú)功負(fù)荷增定性很強(qiáng)，但是變動(dòng)規(guī)模大，所以要選用電容器分組自動(dòng)跟蹤投切無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。又如，如果煤礦配電裝置的無(wú)功補(bǔ)償變動(dòng)比較大，并且變動(dòng)的頻率也不大，可以選用線性動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置下的載調(diào)感式鐵心電抗器。

3　煤礦供電中無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)用實(shí)例

煤礦開(kāi)采中的主提升機(jī)以及副提升機(jī)是煤礦開(kāi)采的主要承受裝置，其所帶有的負(fù)荷為沖擊性負(fù)荷，這種裝置的功率因數(shù)不高，致使電網(wǎng)供電系統(tǒng)所產(chǎn)生的電壓不穩(wěn)，具有很大的波動(dòng)性，這非常不利于煤礦開(kāi)采工作的實(shí)施，會(huì)給整個(gè)煤礦開(kāi)采工作帶來(lái)不便，影響開(kāi)采質(zhì)量與效率。平朔煤炭工業(yè)公司安家?guī)X一號(hào)井工礦6kV供電系統(tǒng)使用TCR+FC型SVC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，經(jīng)過(guò)對(duì)比，這種補(bǔ)償裝置的應(yīng)用給公司帶來(lái)了非常大的經(jīng)濟(jì)效益［4］。

第一，節(jié)省電費(fèi)。根據(jù)變電所數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，沒(méi)有使用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置之前，配電裝置的平均功率因數(shù)為0.7，如果按著9%的無(wú)功功率調(diào)整費(fèi)用計(jì)算，那么每年的功率因數(shù)調(diào)整費(fèi)用為226.8萬(wàn)，這將成為煤礦巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。應(yīng)用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置之后，所能達(dá)到的功率因數(shù)在0.9之上，得到的獎(jiǎng)勵(lì)率可達(dá)到0.8，按著這樣的方式計(jì)算，每年公司所能得到的獎(jiǎng)勵(lì)費(fèi)用為18.9萬(wàn)，如此一來(lái)，公司每年節(jié)省下來(lái)的電費(fèi)為245.7萬(wàn)元。

第二，節(jié)省變壓器增容量。一般情況下，變壓器所能容納的容量25000kV·A，如果不使用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，變壓器的功率因數(shù)為0.8，所能發(fā)揮的最大功效為18000kV·A。公司使用了動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置之后，變壓器的功率因數(shù)上升了0.15，并且變壓器所能提供的最大功率達(dá)到了23750kW，工作時(shí)，有功功率因數(shù)不超過(guò)0.7，此時(shí)的變壓器容量為33885kV·A，也就是說(shuō)變壓器的增容量為7986kV·A。按著這樣的運(yùn)行功率，公司每年所能節(jié)省的變壓器增容量費(fèi)用便可達(dá)到114.9萬(wàn)元［5］。

第三，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、持續(xù)工作。與傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)相比，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償降低了主副提升機(jī)與供電網(wǎng)之間的電流沖突，從而有效控制了閃變波與電壓波，將諧波電流阻擋在濾鏡之中，降低了電壓紊亂的頻率。另外，使用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償消除了負(fù)荷電流，平衡了多個(gè)系統(tǒng)電壓，由此為煤礦配電系統(tǒng)順利運(yùn)行提供高質(zhì)量的供電系統(tǒng)，保4結(jié)語(yǔ)

證了供電系統(tǒng)的安全、高校運(yùn)行。

綜上所述，煤礦供電中無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用對(duì)于煤礦開(kāi)采工作的高效進(jìn)行非常重要，不僅能夠降低電能的耗損，提高整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的供電質(zhì)量，還可以提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，為煤礦的更好發(fā)展添加一份保障。這項(xiàng)新技術(shù)為煤礦發(fā)展提供了新的供電模式，避免了電機(jī)多次開(kāi)關(guān)而造成的電機(jī)沖擊與破損，優(yōu)化了濾除諧波方式，延長(zhǎng)了電網(wǎng)供電系統(tǒng)以及各個(gè)設(shè)備的使用年限，具有非常好的發(fā)展前景。

［1］蘇飛.淺析無(wú)功補(bǔ)償裝置在煤礦供電電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.科技信息，2012，（2）：380.

［2］張玉芬.淺論煤礦供電網(wǎng)絡(luò)的諧波治理［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010，（9）：61.

［3］趙躍齊.MCR型無(wú)功功率補(bǔ)償裝置在煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2012，（10）：94-95.

［4］宋志亮.無(wú)功補(bǔ)償裝置在煤礦供電電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2013，（8）：94.

［5］殷軍輝.無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)煤礦供電的意義［J］.低碳世界，2014，（20）：74-75，77.