宏吉煤矿供电系统无功补偿优化设计

刘政冰

摘 要：对于煤矿供电系统，由于大功率交流异步电动机在矿山、采煤机、水泵、配电变压器如大量的感性负载电阻的存在，其运行过程必然产生较大的无功功率、大量无功电流，导致供电电压水平、电源、电能质量和电力转换效率较低，直接影响煤矿供电系统的可靠性和安全高效运行。本文就宏吉煤矿供电系统无功自动补偿技术的优化设计进行了探索研究。

关键词：煤矿供电系统；无功补偿技术；优化设计

中图分类号：TM714 文献标识码：A

1.无功补偿的原理

低压无功功率补偿的原理主要是通过控制电网输出功率中的无功功率。在电网中，输出的功率主要有两部分，即有功功率与无功功率。有功功率可以直接消耗部分电能并把电能转换成机械能、热能、或者化学能。无功补偿的作用和原理可由图1来解释：

设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q，装设无功补偿装置后，补偿无功功率为Qc，使电源输出的无功功率减少为Q′=Q-Qc，功率因数由cosφ提高到cosφ′，视在功率S减少到S′。

视在功率的减少可相应减少供电线路的截面和变压器的容量，降低供用电设备的投资。例如1台1000kVA的变压器，当负荷的功率因数为0.7时，可供700kW的有功负荷，当负荷的功率因数提高到0.9时，可供900kW的有功功率。同一台变压器，因为负荷的功率因数的提高而可多供200kW负荷，是相当可观的。

可见，因采用无功补偿措施后，电源输送的无功功率减少了，相应的也使电网和变压器中的功率损耗的下降，从而提高了供电效率。

由电压损耗计算公式

可知，采用無功补偿措施后，因通过电力网无功功率的减少，降低了电力网中的电压损耗，提高了用户处的电压质量。

在实际电力系统中，大部分负载为异步电动机，包括异步电动机在内的绝大部分电气设备的等效电路可看作电阻R与电感L串联的电路，其功率因数为

将R、L电路并联再接入电容C之后，电路如图2（a）所示。该电路的电流方程为：

由图2的相量图可知，并联电容后电压U与电流I的相位差变小了，即供电回路的功率因数提高了。此时供电电流I的相位滞后于电压U，这种情况称为欠补偿。

若电容C的容量过大，使得供电电流I的相位超前于电压U，这种情况称为过补偿，其相量图如图2（c）所示。

2.宏吉煤矿供电系统无功补偿技术优化设计

（1）优化方案的确定。将主变电所之前的两组1440kvar电容器中的其中一组进行改造，将其改造为1800kvar的电容器，并进行自动无功补偿方式的应用；将另一组改造为2700kvar的固定补偿，同时，结合1800kvar磁控电抗器来对整个系统进行全面调节，这样，当系统运行负荷相对较多时，可有效满足负载对于无功方面的需求；若运行的负荷相对较少，过补的容量不足1800kar时，采用MCR将过补无功功率进行消除，若过补的容量超过了1800kva时，将对1800kvar的自动补偿电容进行自动切除，剩余通过磁控电抗器进行消除。

（2）设计方案的实施。经调研采用了银湖电气设备有限公司的无功自动补偿装置，并在主变电所进行了安装和运行。系统主要包括了真空接触器、TBBC高压并联电容、GWk-Z无功自动补偿装置、磁控电抗器及其相关控制装置等。其不仅可以对该煤矿供电网络无功功率进行线性跟踪，还可以以无功负荷改变情况为依据对补偿电容进行自动投切，以便对系统的功率因数进行调节。GWK-Z无功自动补偿装置主要是以模糊控制策略为依据，采用控制器对电压无功进行综合性控制。电容器组主要是通过真空接触器进行投切，若控制器所检测的无功功率大于设定值时，控制器能够以需要为依据对电容器组的级数进行投切，并将控制信号发出，对高压真空开关进行自动化合闸，此时电容器组即可投入到运行中。反之，控制器将发出信号断开高压真空开关，此时，电容器将停止工作。

结语

自宏吉煤矿采用无功自动补偿技术以来，功率因数有了显著的提高，日均功率因数维持在0.98以上，并获得了十分可观的社会及经济效益，有效减少了网损，对系统的谐波进行了有效的抑制，实现了无功电流的大幅减少，节约了大量的增容费用，推动了煤矿供电系统电能质量的逐步改善。

参考文献

[1]靳龙章.配电网无功补偿实用技术[M].北京：水利水电出版社，1997.

[2]吴文辉，刘会金.静止同步补偿器（STATCOM）的研究和发展[J].华东交通大学学报，2005，22（2）：89-94.