矿井电网无功补偿优化技术探究

2012-04-14杨建

科技视界 2012年26期

关键词：功率因数电容器用电

杨建

（神华宁夏煤业集团有限责任公司清水营煤矿宁夏灵武 751410）

矿井电网无功补偿优化技术探究

杨建

（神华宁夏煤业集团有限责任公司清水营煤矿宁夏灵武 751410）

电压是配电网重要的质量指标之一，电压质量对电网和电力设备的安全运行、线路的损耗、产品的质量都有直接影响。理想的电压应当是一个幅值和频率保持稳定的正弦波，但由于电流通过线路和变压器时将产生电压降，使受端电压比送端电压低，离电源越远的用户电压降越大。同时，由于负荷的不断变化，使同一用户的电压也在不断变化。质量合格的电压应该在供电电压偏差、电网谐波、三相不对称程度、电压波动和闪变、暂时过电压和瞬态过电压等方面都满足有关的国家标准。

矿井供电；无功补偿；优化技术；电压质量；电压波动；用电负荷

0 引言

在配电网中，电压水平偏低的一个重要原因就是负荷端无功功率补偿不足和补偿装置分配不合理。实现无功功率最优补偿是解决这一问题的重要手段。

矿井电网也属于配电网系统，由于采区大型设备多，负荷重，且处于煤矿供电网络的末端，正常运行时，采区6kV或（10kV）母线供电电压质量低，网损较大，运行不经济。且煤矿井下电网供电系统由于线路长，用电负荷大，井下各用电设备长期在功率因数较低的情况下运行，使电网的线路损耗所造成能源浪费极大。尤其是在煤矿井下移动变电站及中央变电所的中低压侧至各采区的供电系统中，这种现象非常普遍。上述的采用优化级数改造电网结构可以在一定程度上解决电压低的问题，但是并不能完全解决，且对电网经济性运行改善不大。

1 无功补偿区的概念及补偿方式

1.1 高压集中补偿

这种方式是在地面变电所6～10kV母线上集中装设移相电容器组，一般设有专门的电容器室，并要求通风良好及配有可靠的放电设备。它只能补偿6～10kV母线前（电源方向）所有向该母线供电的线路上的无功功率，而母线后（负荷方向）的矿内电网并没有得到无功补偿，因而经济效果较差。这种方式的初期投资较低，由于矿井6～10kV母线上无功功率变化比较稳定，因而便于运行管理和调节，而且利用率高，还可提高供电变压器的负载能力。虽然技术经济效益较差，但从全局上可改善矿区电网、甚至区域大电网的功率因数，所以至今仍是大、中型企业的主要无功补偿方式。

1.2 低压分组补偿

这种方式是把低压电容器组或无功功率自动补偿装置装设在车间或井下动力变压器的低压母线上。它能补偿低压母线前的矿内高压电网，矿区电网和整个电力系统的无功功率，补偿区大于高压集中补偿。低压分组补偿投资不大，通常安装在低压配电室内，运行维护及管理也很方便，因而正在逐渐成为无功补偿中的重要成分。尤其是将无功补偿装置引入井下，将大大改善我国的矿山井下电网功率因数严重偏低（0.65左右）的状况，对提高整个矿井的无功补偿有重大意义。

根据井下变电所、配电点或移动变电站的容量大小及负荷分布情况，适当选用无功功率自动补偿装置后可将采区低压电网的功率因数从0.65提高到0.85～0.95,而购置补偿装置的投资，可以由供电变压器的降级和电缆的截面的减少来补偿。井下若大量装设无功功率自动补偿装置，将会获得巨大的技术经济效益。

1.3 分散就地补偿

这种补偿方式是将电容器组分别装设在各组用电设备或单独的大容量电动机处，它与用电设备的停、运相一致，但不能与之共用一套控制设备。为了避免送电时的大电流冲击和切断电源时的过电压，要求电容器投运时迟于用电设备，而停运时早于用电设备，并应设有可靠的放电装置。

分散就地补偿从补偿效果上看是比较理想的，除控制开关到用电设备的一小段负荷线外，其余直到电源都是它的补偿区。但是，分散就地补偿总的投资较大，其原因有二：一是分散就地补偿多用于低压，而低压电容器的价格要比同等补偿容量的高压电容器高；二是要增加开关控制设备。此外，分散就地补偿也增加了管理上的不便，而且利用率较低，所以它仅适用于个别容量较大且位置单独的负荷。

对负荷较稳定的6～10kV高压绕线式异步电动机最理想的分散补偿措施是在电动机处就地安装进相机，其补偿区从电动机起一直覆盖到电源，功率因数可补偿到1，节电效果显著，一般数月就能收回增置设备的全部费用，是一种很有发展前途的补偿方式。这种方式，在工厂地面低压大容量绕线式异步电动机上的应用也比较广泛。

2 从提高功率因数和降低线损考虑确定无功补偿容量

确定补偿容量的方法有很多种，但其目的都是要提高配电网的某种运行指标，下面介绍两种确定补偿容量的方法。

2.1 从提高功率因数需要确定补偿容量

2.2 从降低线损需要确定补偿容量

线损是电力网经济运行的一项重要指标，在网络参数一定的条件下，其与通过导线的电流平方成正比。设补偿前流经电力网的电流为I1，其有功、无功分量分别为I1R和I1RX，则i1=i1R+ji1RX。若补偿后，流经网络的电流为 i2，其有功、无功分量分别为 i2R和 i2RX，则 i2=i2R+ji2RX。

3 无功补偿优化技术

无功补偿的原则是“分级补偿，就地平衡”。具体的说就是，无功补偿配制应按照分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，以分散为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压为主；调压与降损相结合，以降损为主的原则。

井下常使用的补偿方式有两种，一是在地面补偿，二是在井下中央变电所固定补偿。但由于煤矿井下供电系统的生产负荷，一般都处于供电网络的最末端，其用电设备都是660V或1140V低压系统供电。因此，用电负荷变化较大，功率因数只有0.6～0.7，有时甚至更低。随着机械化程度的提高，采煤机、运输机的装机功率都达1000kW以上。而且，由于工作面走向增加，导致供电距离加长，这些，都使系统中的无功损失加大导致供电系统运行不经济。同时，因设备容量大、供电距离远、设备起动力矩降低的问题也无法解决。因此，在地面集中补偿，井下中央变电所固定补偿的同时，应对远距离大功率负载侧也进行补偿。如采用随机自动补偿，根据电网中无功功率和功率因数变化的情况，采用微电脑自动投入或切除适当容量的电容器，使供电网络的功率因数被控制在最佳范围内，而最大限度地减少无功功率；目前，一些高产高效综采工作面，主要设备都是从国外引进的，根据现场的实际情况，在3.3kV系统中电动机处采用无功功率就地补偿有很大困难，通常在6kV侧集中无功补偿，装置的安装地点即补偿点越接近6kV末端补偿效果越好。即将该点选在采煤工作面联络巷高防开关处，在6kV侧虽然不能实现与电动机的同步无功就地补偿，也不能提高工作面变压器的出力，补偿的效果比无功就地补偿稍差，但补偿的范围比较宽（3.3kV、1.14kV的设备都能补）。设备可放在工作面外，不占用综采面空间，减少了设备的移动量，且与综采进口设备无关联。

对煤矿进行无功补偿时，应综合考虑各方面的因素，选用适当的无功补偿组合方式，达到最佳的补偿效果。