静态无功发生器对提高井下供电质量的应用研究

李玉宁

（山西晋神能源有限公司，山西 忻州 036500）

引言

伴随着我国民经济对煤炭的需求增大，煤炭资源随着资源的大量开采而逐步减少。由此，为保证矿井产量，大量煤矿企业已经开始从侏罗纪煤系向石炭纪煤系逐步过渡，但是，由于开采石炭纪煤系对井下机电设备，以及巷道开拓方式要求比较高，煤矿企业不断投入高功率生产设备设施，直接影响到供电负荷的不断加重，生产供电质量也就受到不少负面影响，因此，利用理论计算的手段，探讨应用静态无功发生器对井下机电设备起动压降是否能够起到明显的作用效果。对保证矿井井下供电性能，提高供电线路的末端压降具有重要意义。

1 影响设备启动困难的原因及造成的影响

由于煤矿产量的增加，致使掘进工作面距离逐步加长，从而导致井下供电线路的变长、煤矿井下电压降低；大起动电流的设备起动时会瞬间产生较大电流，使线路电压降增大；由于用电高峰期用电设备较多；供电网络电能质量较差，电压波动较剧烈；上述问题均可导致使用电设备的供电电压超出了规定波动范围，致使用电设备起动困难，其产生的影响体现在一下三个方面：

1）导致煤矿的产量下降。

2）需要提高变压器供电侧电压但此方法只能针对固定的工况，而煤矿井下的工况及整体的供电环境是多变的，并无固定的工况；且变压器供电侧电压提高过大会导致出现过电压的情况。

3）如采用移动变压器的方法来解决用电设备起动困难的问题则存在人员工作量的不断增加等问题。

2 静态无功发生器对提高电压质量具有可行性分析

东滩煤矿3304工作面所用设备及功率如下表1所示，对东滩煤矿3304工作面供电情况进行电能质量分析。

表1 工作面设备参数表

在理想情况下，3304工作面需要系数：

式中：PD为最大一台电动机的额定功率，kW；∑PN为工作面电气设备容量总和（不包含备用设备）。

在此，为均衡考虑，3304工作面功率因数按0.6考虑。

东滩煤矿2号变电所下辖设备重载时：有功功率为＝5 770×0.6＝3 462kW；可推出视在功率为3 462／0.6＝5 770kVA；无功功率4 616kVar；线路电流555A。

2号变电所下最重负荷的开关（带前、后刮板机的）所带负荷总量3 400kW，则该工作面：有功功率为＝3 440×0.6＝2 040kW；可推出视在功率为2 040／0.6＝3 400kVA；无功功率2 720kVar；该开关电流327A；

线路阻抗：R＝ρL／S，其中ρ＝0.018 9Ω·mm2／m（20 ℃），铜。3×240mm2的 （4 760＋1 600）m线路阻抗约0.5Ω；3×95mm2的2 400 m线路阻抗约0.48Ω；

线路压降（无补偿时）：线路压降555×0.5＋327×0.48＝277.5＋157＝434.5V；无功冲击压降（线路末端短路容量按28.9MVA考虑）

则无功冲击压降为（4.616／28.9）×6＝0.958 kV

由此可知：压降最重的前后溜子移动变压器前端电压应为6 300－434.5－958＝4 907.5V

通过《东滩煤矿井下电能质量数据分析》，有针对性的在工作面刮板输送机前段加装加装矿用隔爆兼本质安全型链式静止无功发生器 WJL－2500／6；在综采工作面移动变压器 KBSGY－2 500 KVA的一次侧再加装一台 WJL－2 500／6；进行功率因数、电压、谐波多种补偿同时进行的综合治理方案。设备进行如此增加后，补偿设备总容量为5 000kVar，大于前面估算的无功功率4 616 kVar；因此可满足将3304工作面电网功率因数提升至0.95以上，则预估补偿效果为：

则2号变电所下辖设备重载时：有功功率为＝5 770×0.6＝3 462kW；可推出视在功率为3 462／0.95＝3 644kVA；无功功率近似0；线路电流351A。

2号变电所下最重负荷的开关（带前、后刮板机的）所带负荷总量3 400kW，则该工作面：有功功率为＝3 440×0.6＝2 040kW；可推出视在功率为2 040／0.95＝2 147kVA；无功功率近似0；该开关电流207A；

线路阻抗：R＝ρL／S，其中ρ＝0.0189Ω·mm2／m（20 ℃），铜。3×240mm2的4 760＋1 600m线路阻抗约0.5Ω；3×95mm2的2 400m线路阻抗约0.48Ω；

线路压降（补偿时）：线路压降351×0.5＋207×0.48＝175.5＋99＝274.5V；

无功冲击压降（线路末端短路容量按28.9MVA考虑），因补偿容量足够，则无功冲击近似为0。

此时，压降最重的前后溜子移动变压器前端电压应6 300－274.5＝6 025.5V

因此通过理论的计算与分析，认为静态无功发生器对提高电压质量是可行的。

3 静态无功发生器在矿井的实际应用

东滩煤矿深入井下了解静态无功发生器的使用情况，了解到静态无功发生器安装于该矿三采区2号变电所内，为三采区3304综放工作面提供无功补偿。入井电缆电源取自地面35kV变电站，该站出口电压为6 100V到6 200V左右，从变电站到三采区一变电所线路长度为9 170m，从三采区2号变电所到3 304工作面线路长度为1 400m，因此供电线路共计10.57km。从变电站供三趟电源至三采区2号变电所，分别进入1号、13号、14号高压总开关，其中1号总开关代3304面两部皮带机、采煤机（1 480kW）、转载机（700kW）、破碎机（250kW）等；13号总开关代3304面泵站、前溜尾及后溜头，14号总开关代3304面泵前溜头及后溜尾，共计总负荷为7 520kW。而防爆SVG是对1号高开所代回路进行无功补偿，1号回路总负荷在4 060kW左右。在该矿变电所内我们跟踪设备现场数据了解到，夜班生产班的时候线路末端压降非常大，通过测试将静止无功发生器分别两次投入运行并采集数据，观察电压表示数和功率因数表示数，具体数据如下表2：通过现场数据分析：采用静止无功发生器后，系统功率因数提高至0.95以上（与原功率因数高低有关），使变压器及供电线路中电流下降30%，降低了无功损耗，达到节能降耗的目的，静态无功发生器对提高电压质量是可行的。

表2 静态无功发生器投入前后电压表示数和功率因数

4 结语

井下感性负荷大量产生无功功率，必然导致供电系统电网电压波动。无功功率大，电网电压波动幅度大，无功量变化频率快，电网电压波动频率随之加快。安装使用静止无功发生器后，将大部分无功功率就近补偿，势必导致供电网无功功率显著减少，减小了电网电压及井下变压器二次电压波动范围，能够将电压控制在一定的数值范围内，对提高井下电压质量有非常显著的作用。