崔仁杰

(霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 辛置煤礦，山西 霍州 031400)

隨著煤礦電能負(fù)載的不斷提高，設(shè)備所需的無(wú)功功率也在不斷增加，而無(wú)功功率只能通過(guò)地面供電電源提供。目前，辛置煤礦地面生活區(qū)大多已經(jīng)執(zhí)行無(wú)功功率補(bǔ)償，但井下工作面由于供電線路傳輸距離遠(yuǎn)，難以實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償，出現(xiàn)了電壓壓差大、線路溫度高等，導(dǎo)致電能損耗增加，設(shè)備運(yùn)行成本成倍增加，傳輸質(zhì)量卻在成倍降低，嚴(yán)重威脅煤礦的安全運(yùn)行。為了改變這一現(xiàn)狀，辛置煤礦開(kāi)展井下工作面無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)研究，以解決無(wú)功功率無(wú)法補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，推動(dòng)煤礦高效節(jié)能發(fā)展進(jìn)程。

1 供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

辛置煤礦位于臨汾市北緣霍州市以南15 km的辛置鎮(zhèn)，礦區(qū)西側(cè)緊鄰南同蒲鐵路及108國(guó)道，東側(cè)3 km處有大運(yùn)高速公路通過(guò)，交通便利。2012年礦井核定生產(chǎn)能力為280萬(wàn)t/年。礦井井田處于霍西煤田中部，霍州礦區(qū)東南，井田走向7.5～8.0 km，傾向6.4～8.0 km，面積59.083 4 km2，礦井目前開(kāi)采2#、10#煤層。該礦的供電系統(tǒng)依附于電力系統(tǒng)，其配電模式可以簡(jiǎn)化為雙回路電源供電。依靠來(lái)自煤礦發(fā)電站35 kV的母線段，通過(guò)LGJ-185/3.3 km的輸電線路，提供35 kV的雙回路電源，且二者互為備用，同時(shí)工作。35 kV電能經(jīng)變壓器作用降低至10 kV后到達(dá)各個(gè)用電區(qū)域。煤礦供電系統(tǒng)圖見(jiàn)圖1.

圖1 煤礦供電系統(tǒng)工作流程圖

1)辛置煤礦地面生活區(qū)以及各變電所所用的10 kV母線采用集中性無(wú)功補(bǔ)償，其用電負(fù)荷相對(duì)較小，一般選擇自動(dòng)補(bǔ)償方式來(lái)展開(kāi)，效果良好。

2)在煤礦井下采煤工作面采掘生產(chǎn)系統(tǒng)中,由于大型采煤設(shè)備的負(fù)載變化大，線路電流大，補(bǔ)償難度高，現(xiàn)未采用無(wú)功補(bǔ)償。

2 綜采工作面供電系統(tǒng)存在問(wèn)題

目前，辛置煤礦主要開(kāi)采10#煤層，距離35 kV地面變電所距離過(guò)長(zhǎng)，而且隨著工作面的前移，供電距離還會(huì)進(jìn)行延伸。2015年起，該煤層綜采工作面在供電方面就暴露出以下問(wèn)題：

1)由于距離過(guò)長(zhǎng)無(wú)法采用無(wú)功補(bǔ)償，導(dǎo)致線路功率因數(shù)過(guò)低，造成大量的電能浪費(fèi)。

2)功率因數(shù)過(guò)低導(dǎo)致變壓器常出現(xiàn)帶載能力不足現(xiàn)象，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

3)線路中電壓壓降嚴(yán)重，導(dǎo)致末端設(shè)備的可用電壓過(guò)低，不易啟動(dòng)。

4)無(wú)功電流的頻繁交換導(dǎo)致線路、設(shè)備等的絕緣層被破壞，短路漏電事故頻發(fā)，影響礦井的安全供電以及正常生產(chǎn)。

以上問(wèn)題出現(xiàn)的根本原因在于線路中無(wú)功電流過(guò)大，功率因數(shù)過(guò)低。因此，須對(duì)井下工作面的供電線路進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

3 綜采工作面無(wú)功補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)

3.1 補(bǔ)償容量計(jì)算

為了設(shè)計(jì)出精準(zhǔn)化的補(bǔ)償方案，首先對(duì)目標(biāo)綜采工作面的補(bǔ)償容量進(jìn)行計(jì)算，綜采工作面的配電系統(tǒng)圖見(jiàn)圖2.

圖2 綜采工作面的配電系統(tǒng)圖

移變的實(shí)際負(fù)荷與實(shí)際補(bǔ)償容量計(jì)算如下[1-2]：

p=∑Pn×Kx

Kx=0.4+0.6(PD/∑Pn)

Qc=P·(tanφ1-tanφ2)

式中：

P—移變的實(shí)際負(fù)荷，kW；

PD—配合設(shè)備中電動(dòng)機(jī)的最大額定功率，kW；

∑Pn—工作面實(shí)際工作電氣設(shè)備容量的理論總和，kVA；

Qc—無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的補(bǔ)償容量，kVar；

Kx—配合設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的功率系數(shù)；

φ1、φ2—有功功率與無(wú)功功率的向量夾角，(°).

移變功率因數(shù)補(bǔ)償至1所需補(bǔ)償容量匯總表見(jiàn)表1.

表1 移變功率因數(shù)補(bǔ)償至1所需補(bǔ)償容量匯總表

3.2 工作面無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆桨冈O(shè)計(jì)

通過(guò)計(jì)算目標(biāo)綜采工作面供電系統(tǒng)補(bǔ)償容量，精確得出3臺(tái)變壓器所需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率容量。選擇由汾西機(jī)電有限公司出品的WJL系列靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)作為綜采工作面的無(wú)功補(bǔ)償裝置[3-4]，SVG裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率補(bǔ)償還可以抑制電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生。對(duì)靜止無(wú)功發(fā)生器的選型除應(yīng)考慮產(chǎn)品本身的穩(wěn)定性，還需要提前考慮設(shè)備的負(fù)荷容量變化，發(fā)生器應(yīng)對(duì)應(yīng)的留足補(bǔ)償余量。3個(gè)移動(dòng)變壓器對(duì)應(yīng)的無(wú)功發(fā)生器的選型設(shè)計(jì)方案，見(jiàn)表2.

表2 無(wú)功發(fā)生器配置方案表

對(duì)比不同的補(bǔ)償方式，設(shè)計(jì)采用將無(wú)功發(fā)生器直接安裝在工作面移動(dòng)變電站的就地補(bǔ)償方案。為了后期出現(xiàn)故障維護(hù)時(shí)，不對(duì)生產(chǎn)造成影響，將補(bǔ)償裝置通過(guò)專用的高壓配電開(kāi)關(guān)與移變的二級(jí)配電電路并聯(lián)，具體安裝位置見(jiàn)圖3.

圖3 SVG具體位置示意圖

4 應(yīng)用效益

該設(shè)計(jì)方案目前已經(jīng)實(shí)驗(yàn)調(diào)試成功，經(jīng)過(guò)模擬運(yùn)行，綜采工作面的無(wú)功功率已經(jīng)趨于穩(wěn)定，系統(tǒng)的功率因數(shù)均提高至0.98以上并趨于穩(wěn)定，電壓的瞬時(shí)波動(dòng)值從200 kV降低到100 kV，有了很大改善，負(fù)荷電流降低了60 A，降低了線路損耗，預(yù)計(jì)滿載運(yùn)行一年，該工作面將節(jié)省電費(fèi)達(dá)到80萬(wàn)元，節(jié)約25%的電量。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦現(xiàn)行供電系統(tǒng)的分析，結(jié)合供電實(shí)際,從綜采工作面無(wú)功功率補(bǔ)償方案入手，將SVG靜止無(wú)功發(fā)生器并聯(lián)入線路中，解決了工作面供電線路無(wú)功效率低的問(wèn)題，同時(shí)穩(wěn)定了供電電壓，降低了線路電流，節(jié)約了供電成本，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，提升了礦井的安全生產(chǎn)系數(shù)。