浅谈高压自动跟踪补偿技术在煤矿井下的应用

蔡祥信 陈海亮 梁卫勇

（龙矿集团梁家煤矿，山东 烟台 265700）

浅谈高压自动跟踪补偿技术在煤矿井下的应用

蔡祥信 陈海亮 梁卫勇

（龙矿集团梁家煤矿，山东 烟台 265700）

通过研究高压自动跟踪补偿技术在煤矿井下供电系统的应用，实现煤矿井下电网动态无功补偿，提高功率因数，减少线路无功电流，从而降低线路和变压器损耗，以达到节电降耗的效果。

自动跟踪；动态；无功补偿；节电降耗

近年来，随着煤矿井下大功率综采综掘设备的普遍应用，井下电网不同程度地出现了无功损耗大，电能浪费严重的问题。而且一些供电距离较远的大功率综采综掘设备，因单机功率较大，往往起动困难，严重影响安全生产。出现上述问题的主要原因之一就是感性负载产生的无功功率导致功率因数降低。根据对井下变电所功率因数的实际观测，当综机设备不运转时，功率因数在0.8-0.85之间，而综机设备运转时，功率因数在0.6-0.7之间，甚至低于0.6。应用矿用一般型高压自动跟踪补偿装置，同时与矿用隔爆型无功功率自动（动态）低压补偿装置相配合，形成井下电网无功功率自动跟踪补偿体系，改善井下供电质量，提高供电质量，实现节能减排。

1 关键技术和电气原理

优先保证电压合格，实现无功平衡，尽量减少调节次数 ，其关键技术为使用真空断路器作为频繁投切电容器组电源开关，实现自动投切。电容器组采用具有过压、失压、过流、TV断线检测、控制回路异常告警、遥信遥测遥控功能的保护装置，并可以与上位机通信。电气原理为：电容性负荷与电网中的感性负荷具有相似的性质，是一种能与电源交换能量而不消耗能量的负荷，能够储存和释放能量。储存和释放能量的时间正好和电感相反，电感负荷储存能量的时间，恰好是电容负荷放出能量的时候。利用两者之间的相位关系，以投入并联电容器来补偿井下6kV电网中的感性负载，提高功率因数，改善电网质量，起到节能降耗的作用。

2 无功补偿具体方案

采用6KV并联电容器，跟踪6KV母线无功变化情况，在井下中央变电所和采区变电所分别补偿。以采区变电所补偿为主，先在中央变电所集中补偿，后在采区变电所分散补偿，分步实施。以龙矿集团梁家煤矿井下东部采区为例的具体补偿方案。

2.1 东部采区（包括煤4二采区，煤2四、六采区）总补偿容量：（功率因数达到0.95）

Qb=pmax（tgΦ1－tgΦ2）=3277（0.88-0.329）=1805kvar。

其中，Qb—并联电容器补偿量（Kvar）；pmax—东部采区最大总有功负荷（3277Kw）；tgΦ1、tgΦ2——补偿前后功率因数值的正切值。

2.2 补偿分组：分3组。第1组900Kvar，第2组600Kvar，第3组300Kvar。

2.3 自动投切原则：①电容器组的运行应具有一定的灵活性，可以自动或手动投切，并能循环自动投切，使每组电容器投切几率均等。②检测信号分别取自1段、2段电源柜和1段、2段PT柜二次侧。为得到较高的灵敏度，应可靠地躲过电力电网的瞬时波动，延时发出分、合闸脉冲。③当某一电容器组发生故障时，保护动作，切除故障电容器组，使其该回路退出运行，但不影响其他组的正常投切。

2.4 并联电容器保护的原则和要求。按GB3983.2－89《高电压并联电容器》附录A 7.3和附录C5、C6的断器的规定，结合运行实践经验，选择熔断器保护、过压、失压保护、过流保护、相接地保护、浪涌保护。

2.5 放电装置的放电电阻及放电时间。为确保人身安全，电容器每次与电源断开后，应能以的电压自动放电，使端电压迅速下降。电容器切断电源过30s后端电压应低于30v。放电装置接成V型。

2.6 消谐功能。考虑到矿井大型设备起动频繁，且硅整流设备同步电机等容量较大，极易产生多次谐波，危害供电设备的运行安全。在电容器组中增加串联电抗器（6%Qc），以吸收电网中的高次谐波。在1段、2段进线柜中分别增加无功自动投切装置和智能型谐波记录仪，以监控矿井供电网中的谐波成分。

2.7 串联电抗器选型。串联电抗器的额定电压、电流、容量、电抗值可按下式计算：

式中，Uck—串联电抗器额定电压（KV）；U—电网电压（KV）；Qck—单台串联电抗器额定容量（KVA）；Qb—电容器额定容量（Kvar）；Ick—串联电抗器额定电流（A）；m—串联电抗器相数；Xck—串联电抗器的电抗值。

3 经济技术指标及效益

井下电网实现动态无功补偿，可有效提高功率因数，降低线路和变压器损耗的无功损耗，达到节电降耗的目的。以梁家煤矿东部采区为例，最大负荷约4 000 KW，平均功率因数0.65，按补偿到0.95计算，整个东部供电系统线路损耗可减少53%，节电效果显著。同时经过改造，提高线路终端电压5%左右，较好地解决了梁家煤矿东部采区压降过大、电气设备末端起车困难的问题。而且由于无功电流的减少，供电电缆的截面积可以适度缩减，可相应减少供电成本。

综上，矿用一般型高压自动跟踪补偿装置将高电压、电力电子与计算机控制技术相结合，可以根据系统情况调整功率因数，补偿快速变化的感性功率。电容在投切时不产生涌流与过电压问题，安全性能明显提高，补偿精度高，调节反应快，自动化程度明显提高。矿用一般性高压自动跟踪补偿装置将高压自动跟踪补偿技术应用于煤矿井下，可以较好地改善电网质量，减少无功损耗，节能效果明显，具有广阔的推广应用前景。

TM862

A

1671-0037（2014）07-90-1

蔡祥信（1974-），男，工程师，研究方向：煤矿井下机电技术。