浅议无功补偿技术在煤矿中的应用

陈玉 梁栋

摘 要：文章主要是阐述了无功补偿装置在煤矿供电系统中的作用，其最为明显的优势就在于有良好的节电效益，且有较高的自动化程度，在使用过程中可以达到安全可靠的目的，有效地使电力系统中，功率因数增加，维护电压稳定，降低功率的损耗量，提升了供电的质量，使煤矿电力系统可以全面地把设备的潜能和一些其他的优势发挥出来。

关键词：煤矿；供电系统；无功补偿装置

引言

无功功率补偿翻译成英文就是Reactive power compensation，在日常生活中人们往往称之为无功补偿。无功补偿装置的关键是通过增设设备，提升电网系统中的功率因数，减少供电变压器及输送线路的损失，从而提升供电的工作效率，改进用电环境。所以，从这一意义上来看，无功功率补偿装置在电力企业的供电系统中发挥着比较重要的作用，合理地对补偿装置做出选择，可以从根本上降低电网的损耗，同时还可以进一步改进电网的工作质量。相反，如果我们未能正确地选择好相应的装置，则很有可能会产生供电系统，电压波动等现象。就当前的煤矿企业来看，由于井下供电系统有较长的供电距离，且线路长，所以就会导致煤矿挖掘发动机长期连续作业，功率过大超出电动机功率因数所能承载的范围，同时供电线路的通电电流和电压负荷过重，极容易对电动机的正常性能造成损耗或者老化，极大地增加了电器事故，并增加了设备的维修支出，同时还会影响地下煤矿的生产作业的安全。在煤矿工作的电力系统中，无功功率所增加的用电量会增加企业的生产成本，所以为了应对该问题，使企业的经济效益得以提升，保证矿井供电质量，减少电器发生的事故，我国的大型煤矿使用用电设备大都为感性负荷。

1 无功补偿的相关问题

1.1 功率因数的内涵

功率因数实质是借助数学中的用三角函数COSΦ表示电网中电流和电压的相位差余弦。在功率的三角形里，其中的二条直角边，有一条表示的是有功功率（P），另一个是用来表示无功功率（Q），而視在功率则用斜边来表示，记作字母（S），P直线和S直线间的夹角即有功功率和视在功率的夹角就是功率因数角。功率因数则是该夹角的相位差余弦数值。在正常的煤矿供电系统中，功率因素作为预测电能利用情况和电力设备使用情况的一个关键性指标，通过测量功率因数值的大小能够准确反映上述的电力利用情况外，当电力功率因数越大，即无功功率数值越少，所以认为大部分的电力功率都能有效过渡给有功功率。

1.2 矿井电网中功率因素对其运行的影响

（1）假设输送的是大小相等的有功功率，功率因数减少，就会使总的传输电流上升，电网系统负荷超载导致电网发生损失的现象。（2）功率因数降低时，无功功率增加，总电流就增加了，从而使发电机的输出功率进一步下降。（3）功率因数减少时，将使变压器及线路的电压有所增加。尤其是受到了冲击负载的情况下，就会使变压器出现调压困难，甚至是变压器的性能被破坏。当功率因数值太低时，可以通过并联电力容器的办法提升功率因数值，此时电网系统中电力受到冲击负载，无功功率发生大幅度的波动，借由晶闸管投切电容器、相控电抗器等办法维持无功功率的数值水平，从而实现功率过低的补偿。

1.3 增强功率因数的办法

1.3.1 科学使用电能

（1）在电气装置的选择上遵循合理科学的原理。（2）当电动机没有电压承载时，不允许开动电动机，禁止空转。（3）对于电压的选取要根据实际情况而定。（4）尽量避免一台变压器进行负荷电压的调节工作。（5）电压的接线方式采用小负荷异步电动机定子线卷进行。（6）定时对设备进行检修工作，提高设备性能和使用寿命。（7）对于负荷限额低于45%水平的异步电动机予以及时的更替。

1.3.2 无功功率的补偿手段

（1）增加静电电容器。（2）把同步电动机和调相继充当同步的补偿工具。（3）异步电动机和电网功率同步化。

2 无功补偿的作用

无功补偿使用以后，有多个作用，其最为突出的作用有以下五点：（1）提升用户的功率因数，以改进电工设备的利用效率。（2）降低电力网络的有功损耗。（3）科学地把控电网系统中无功功率的变化，提升电压和系统电能的水平，增加电网系统中对于其他干扰因素的防御指数，提高电力系统的稳定性。（4）增设无功补偿设备，设置了适当的调节装置，有效改善电网系统中电力的传输速率和性能，使无功功率维持在稳定的数值水平上。（5）增设无功补偿设备，除了上述优点外，还能完善电压的波形，有效解决了可能会出现的电压波形分量、分流等情况，同时电容器、变压器等设备还有效地规避由于高谐波而损耗电网所导致的部分过热现象。

3 无功补偿技术在煤矿中的应用

3.1 降低供电线路的功率损耗

3.1.1 供电线路的功率损耗

当前，电网系统中的功率包括无功功率以及因使用供电装置而产生的有功功率两种。在正常的电网电流传输过程中，往往会发生有功电流传输夹杂着无功电流传输的现象，使得整体的电网系统电流增加。在三相供电线路中功率耗损主要是因为视在电流在线路发生电流传输时会形成热量的损耗，从而增加了线路的功率，形成了功率损耗。按照目前的现状可知，煤矿供电的系统的功率因数的数值大多维持在0.65的均值水平上，可谓不低不高。当增设无功补偿设备时，此时电网中电流和电压的相位差余弦数值会达到0.95，有利于实现供电线路的功率损耗有所降低。

3.1.2 降低电费

按照我国水利部的规定文件可知，不同的用电用户，当电网的功率因数满足下列三种其中的标准值时，能够实现电费成本的减少：（1）从事农业的用电用户，要求其用电的功率因数高于0.8。（2）从事正常作业的用电用户，要求其功率因素高于0.85。（3）从事特殊工种的高压用电用户，则要求其用电的功率因数超过0.9。所以，针对上述的文件的规定，用电用户想要减少电费成本，在进行无功功率补偿时，要求补偿后的功率因数值不得高于0.92、0.94、0.95.一旦超出上述数值，不但不会降低电费，而会使增加电费成本。

3.2 改進线路供电能力

我们可以以山西某煤矿的三部皮带作为具体的实例，在进行电网功率补偿前，接入线路负载电流容量为175安的线路电流和截面宽度为65平方毫米的电缆当作第一供电线路。加设完成电网功率的补偿设备后，供电线路的负载电流就变成了132安，选取了截面面积为50平方毫米的电缆线路实现电缆负载电流的充分供给。同时，补偿后，供电线路的负载电流减少了48安，所以供电系统所需电压也降低，只要选取小的变压器容量即可满足电网系统的需求。另外，在该案例中。增设补偿后，原来70平方毫米的电缆更替为使用50平方毫米的电缆。供电线路电缆全长450米，足足减少了约1.2万元的电缆成本费用，变压器的选取也节约了设备的费用，大大节省了设备的支出成本。

3.3 降低了供电线路电压损失

电网中承载的电流减少，电压损失降低，保证了电网系统的正常运行，从而有利于电力设备保持矿山负荷运动。

3.4 减少了矿井电气事故发生的概率

在进行无功补偿前，电网系统的无功电流有可能造成电缆、变压器等的绝缘下降速度有所加快，并使电路产生短路，最终导致发生伤人事件。紧接着，由于电压降增大，一些机电难以启动，使得电机、开关等部件开始被烧坏，极大地影响了安全生产。而进行了无功补偿以后，系统电流相对较小，所以发生上述事故也就不大可能发生了。

4 结束语

根据我们上面的分析，我们对无功补偿技术的优势与劣势都有一个全面的把握，如在煤矿安装、运用无功就地补偿装置，明显地提高了节电的效果，同时也改进了自动化，从而使得用电更加安全可靠，而且还提高了电网质量。所以，我们要利用这一技术为四化建设做贡献。

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