劉政冰

摘 要：對于煤礦供電系統(tǒng)，由于大功率交流異步電動(dòng)機(jī)在礦山、采煤機(jī)、水泵、配電變壓器如大量的感性負(fù)載電阻的存在，其運(yùn)行過程必然產(chǎn)生較大的無功功率、大量無功電流，導(dǎo)致供電電壓水平、電源、電能質(zhì)量和電力轉(zhuǎn)換效率較低，直接影響煤礦供電系統(tǒng)的可靠性和安全高效運(yùn)行。本文就宏吉煤礦供電系統(tǒng)無功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探索研究。

關(guān)鍵詞：煤礦供電系統(tǒng)；無功補(bǔ)償技術(shù)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.無功補(bǔ)償?shù)脑?/p>

低壓無功功率補(bǔ)償?shù)脑碇饕峭ㄟ^控制電網(wǎng)輸出功率中的無功功率。在電網(wǎng)中，輸出的功率主要有兩部分，即有功功率與無功功率。有功功率可以直接消耗部分電能并把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、熱能、或者化學(xué)能。無功補(bǔ)償?shù)淖饔煤驮砜捎蓤D1來解釋：

設(shè)電感性負(fù)荷需要從電源吸取的無功功率為Q，裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置后，補(bǔ)償無功功率為Qc，使電源輸出的無功功率減少為Q′=Q-Qc，功率因數(shù)由cosφ提高到cosφ′，視在功率S減少到S′。

視在功率的減少可相應(yīng)減少供電線路的截面和變壓器的容量，降低供用電設(shè)備的投資。例如1臺(tái)1000kVA的變壓器，當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)為0.7時(shí)，可供700kW的有功負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)提高到0.9時(shí)，可供900kW的有功功率。同一臺(tái)變壓器，因?yàn)樨?fù)荷的功率因數(shù)的提高而可多供200kW負(fù)荷，是相當(dāng)可觀的。

可見，因采用無功補(bǔ)償措施后，電源輸送的無功功率減少了，相應(yīng)的也使電網(wǎng)和變壓器中的功率損耗的下降，從而提高了供電效率。

由電壓損耗計(jì)算公式

可知，采用無功補(bǔ)償措施后，因通過電力網(wǎng)無功功率的減少，降低了電力網(wǎng)中的電壓損耗，提高了用戶處的電壓質(zhì)量。

在實(shí)際電力系統(tǒng)中，大部分負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，包括異步電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的絕大部分電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻R與電感L串聯(lián)的電路，其功率因數(shù)為

將R、L電路并聯(lián)再接入電容C之后，電路如圖2（a）所示。該電路的電流方程為：

由圖2的相量圖可知，并聯(lián)電容后電壓U與電流I的相位差變小了，即供電回路的功率因數(shù)提高了。此時(shí)供電電流I的相位滯后于電壓U，這種情況稱為欠補(bǔ)償。

若電容C的容量過大，使得供電電流I的相位超前于電壓U，這種情況稱為過補(bǔ)償，其相量圖如圖2（c）所示。

2.宏吉煤礦供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）優(yōu)化方案的確定。將主變電所之前的兩組1440kvar電容器中的其中一組進(jìn)行改造，將其改造為1800kvar的電容器，并進(jìn)行自動(dòng)無功補(bǔ)償方式的應(yīng)用；將另一組改造為2700kvar的固定補(bǔ)償，同時(shí)，結(jié)合1800kvar磁控電抗器來對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面調(diào)節(jié)，這樣，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷相對較多時(shí)，可有效滿足負(fù)載對于無功方面的需求；若運(yùn)行的負(fù)荷相對較少，過補(bǔ)的容量不足1800kar時(shí)，采用MCR將過補(bǔ)無功功率進(jìn)行消除，若過補(bǔ)的容量超過了1800kva時(shí)，將對1800kvar的自動(dòng)補(bǔ)償電容進(jìn)行自動(dòng)切除，剩余通過磁控電抗器進(jìn)行消除。

（2）設(shè)計(jì)方案的實(shí)施。經(jīng)調(diào)研采用了銀湖電氣設(shè)備有限公司的無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，并在主變電所進(jìn)行了安裝和運(yùn)行。系統(tǒng)主要包括了真空接觸器、TBBC高壓并聯(lián)電容、GWk-Z無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置、磁控電抗器及其相關(guān)控制裝置等。其不僅可以對該煤礦供電網(wǎng)絡(luò)無功功率進(jìn)行線性跟蹤，還可以以無功負(fù)荷改變情況為依據(jù)對補(bǔ)償電容進(jìn)行自動(dòng)投切，以便對系統(tǒng)的功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。GWK-Z無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置主要是以模糊控制策略為依據(jù)，采用控制器對電壓無功進(jìn)行綜合性控制。電容器組主要是通過真空接觸器進(jìn)行投切，若控制器所檢測的無功功率大于設(shè)定值時(shí)，控制器能夠以需要為依據(jù)對電容器組的級(jí)數(shù)進(jìn)行投切，并將控制信號(hào)發(fā)出，對高壓真空開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)化合閘，此時(shí)電容器組即可投入到運(yùn)行中。反之，控制器將發(fā)出信號(hào)斷開高壓真空開關(guān)，此時(shí)，電容器將停止工作。

結(jié)語

自宏吉煤礦采用無功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)以來，功率因數(shù)有了顯著的提高，日均功率因數(shù)維持在0.98以上，并獲得了十分可觀的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益，有效減少了網(wǎng)損，對系統(tǒng)的諧波進(jìn)行了有效的抑制，實(shí)現(xiàn)了無功電流的大幅減少，節(jié)約了大量的增容費(fèi)用，推動(dòng)了煤礦供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的逐步改善。

參考文獻(xiàn)

[1]靳龍章.配電網(wǎng)無功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù)[M].北京：水利水電出版社，1997.

[2]吳文輝，劉會(huì)金.靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）的研究和發(fā)展[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，22（2）：89-94.