试析煤矿供电中无功补偿装置的设计与应用

侯易奇

（贵州省煤矿设计研究院，贵州贵阳 550025）

试析煤矿供电中无功补偿装置的设计与应用

侯易奇

（贵州省煤矿设计研究院，贵州贵阳 550025）

在煤矿开采中，供电系统是支撑所有工作正常进行的关键，其中供电中无功补偿装置发挥着重要作用，无功补偿装置不仅可以改善冲击性负荷工作时对电网的损害，又可以提高电网的电能质量，节约能源，提高煤矿开采的经济效益与社会效益，因此，对煤矿供电中无功补偿装置的设计与应用进行探讨非常重要。本文就煤矿供电中无功补偿的工作原理、配置要点、事例三个部分加以简要分析。

煤矿 供电 无功补偿 设计 应用

煤矿行业在我国国民经济中占有非常重要的位置，是我国能源供应的主要渠道，随着经济的发展，现代矿井随着快速发展，逐渐由人工操作转为机械化操作，并且机械化程度越来越高，越来越多的大型机械应用于煤矿领域［1］。但是，煤矿的用电设备功率越大，其所带来的感性复合与电网供电电源功率耗损越来越多，矿井之下的供电质量、供电效率不断下降，与此同时，电能浪费非常严重。针对这样的问题，优化设计煤矿供电无功补偿装置非常关键，这是解决这样问题的有效途径。

1　煤矿供电中无功补偿的工作原理

煤矿供电电网的电力负荷装置一般都是感性负荷，例如，电动机、变压器，在这些装置处于运行状态时必须为其提供相应的无功功率，这样才能保证装置正常工作。一般情况下，在煤矿供电系统中连接无功补偿设备，一方面可以弥补感性负荷造成的无功功率消耗，另一方面可以降低电网为感性负荷输送无功功率。所以，正是由于电网中的无功功率量降低了，才有可能减少低压线路以及变压器的电能浪费，这样的工作方式就是煤矿供电中无功补偿的工作原理。目前，在理论上，对无功功率补偿的定义为：将带有容性功率负荷的供电装置以及感性功率负荷的供电装置并联在相同的线路上，以此来达到能量循环流转的目的。如此以来，感性负荷在运行中需要的无功功率会以可由容性负荷运行中产生的无功功率所补偿，这样的结果就是煤矿的用电条件被改善，所使用的电网电压质量被提高，在最大限度上消除电力设备开始工作时产生的电流冲击，而且使用无功补偿还会提高煤矿的经济效益与社会效益。

2　煤矿电网无功补偿设备的配置要点

（1）井上变电站无功补偿的配置要点。在煤矿中井上变电站输出的无功补偿一般都是补偿变压器的无功耗损，但是也有补偿负荷侧无功补偿的情况。无功补偿的方式一般为：根据主变压器所能容纳的电量，按着20%左右进行配置无功补偿，在选择无功补偿量时要按着一年之内最多的无功补偿量95%配置，并按照期望功率进行计算。

（2）井底配电峒室补偿容量的配置要点。煤矿井底的配电峒室在选择无功补偿量时，需要根据装置容量年供电最大使用量的70%计算负荷，按着80%的负荷功率因数计算，并且功率因数的最大负荷要超过95%［2］。为了配置方便也可以根据最大负荷的30%左右来配置配电峒室的补偿容量。

（3）不规则补偿容量的配置要点。不规则补偿容量的配置随机性很强，在配置时可以选择空载电流计算法，也可以选择经验系数法，另外，还可以选择现场测试法，这种方法的配置精确度非常高，不仅可以用于一般情况下的感性负荷无功补偿，又可用于感性负荷的就地无偿功率量计算，是一种非常实用的无功补偿方式。

（4）无功补偿节点的配置要点。无功补偿节点可以分为三种方式，一种为集中补偿与分散补偿，一种为高压补偿与低压补偿，还有一种为调压与降损的补偿。这三种无功补偿方式侧重点不同，因此，被用于不同的配电设备中。例如，煤矿高压配电网大部分都是以井上变电站的集中补偿为主，低压配电网中以配电降压补偿为主，而中压配电网中大都以井底配电峒室补偿为主，配电网中的就地平衡补偿通常以随机补偿为主。

（5）无功补偿方法的选取。第一，煤矿电网的电力负荷是动态配置、发展的，因此，在实际工作中使用固定电容器补偿只能起到一定补偿作用，而不能实现全部无功功率补偿，剩余无功功率并不能得到很好的处理，如果电容器的电容纳量达不到使用标准，补偿效果微乎其微，如果电容器的电容纳量太大，就会使得一部分无功功率得不到有效利用而造成浪费［3］。所以，实施动态跟踪无功功率补偿是解决功率补偿问题的重要途径。第二，根据电网负荷的性质选取相应的补偿方式。例如，井上变电站的无功负荷增定性很强，但是变动规模大，所以要选用电容器分组自动跟踪投切无功补偿装置进行无功补偿。又如，如果煤矿配电装置的无功补偿变动比较大，并且变动的频率也不大，可以选用线性动态无功补偿装置下的载调感式铁心电抗器。

3　煤矿供电中无功补偿装置应用实例

煤矿开采中的主提升机以及副提升机是煤矿开采的主要承受装置，其所带有的负荷为冲击性负荷，这种装置的功率因数不高，致使电网供电系统所产生的电压不稳，具有很大的波动性，这非常不利于煤矿开采工作的实施，会给整个煤矿开采工作带来不便，影响开采质量与效率。平朔煤炭工业公司安家岭一号井工矿6kV供电系统使用TCR+FC型SVC动态无功补偿装置，经过对比，这种补偿装置的应用给公司带来了非常大的经济效益［4］。

第一，节省电费。根据变电所数据统计，没有使用动态无功补偿装置之前，配电装置的平均功率因数为0.7，如果按着9%的无功功率调整费用计算，那么每年的功率因数调整费用为226.8万，这将成为煤矿巨大的经济负担。应用动态无功补偿装置之后，所能达到的功率因数在0.9之上，得到的奖励率可达到0.8，按着这样的方式计算，每年公司所能得到的奖励费用为18.9万，如此一来，公司每年节省下来的电费为245.7万元。

第二，节省变压器增容量。一般情况下，变压器所能容纳的容量25000kV·A，如果不使用动态无功补偿装置，变压器的功率因数为0.8，所能发挥的最大功效为18000kV·A。公司使用了动态无功补偿装置之后，变压器的功率因数上升了0.15，并且变压器所能提供的最大功率达到了23750kW，工作时，有功功率因数不超过0.7，此时的变压器容量为33885kV·A，也就是说变压器的增容量为7986kV·A。按着这样的运行功率，公司每年所能节省的变压器增容量费用便可达到114.9万元［5］。

第三，保证系统稳定、持续工作。与传统的供电系统相比，动态无功补偿降低了主副提升机与供电网之间的电流冲突，从而有效控制了闪变波与电压波，将谐波电流阻挡在滤镜之中，降低了电压紊乱的频率。另外，使用动态无功补偿消除了负荷电流，平衡了多个系统电压，由此为煤矿配电系统顺利运行提供高质量的供电系统，保4结语

证了供电系统的安全、高校运行。

综上所述，煤矿供电中无功补偿装置的设计与应用对于煤矿开采工作的高效进行非常重要，不仅能够降低电能的耗损，提高整个电网系统的供电质量，还可以提高煤矿的经济效益与社会效益，为煤矿的更好发展添加一份保障。这项新技术为煤矿发展提供了新的供电模式，避免了电机多次开关而造成的电机冲击与破损，优化了滤除谐波方式，延长了电网供电系统以及各个设备的使用年限，具有非常好的发展前景。

［1］苏飞.浅析无功补偿装置在煤矿供电电网中的应用［J］.科技信息，2012，（2）：380.

［2］张玉芬.浅论煤矿供电网络的谐波治理［J］.科技创新导报，2010，（9）：61.

［3］赵跃齐.MCR型无功功率补偿装置在煤矿供电系统中的应用［J］.内蒙古煤炭经济，2012，（10）：94-95.

［4］宋志亮.无功补偿装置在煤矿供电电网中的应用［J］.内蒙古煤炭经济，2013，（8）：94.

［5］殷军辉.无功补偿装置对煤矿供电的意义［J］.低碳世界，2014，（20）：74-75，77.