煤矿井下电网提高功率因数措施的可行性

朱剑

摘 要煤炭是一种不可再生的能源矿产，其是由几千万年前的树木沉淀在泥土之中，经过各种形式的分解以及重组而形成的一种矿产资源，因为煤炭利用容易以及储存量大等特点被广泛的应用与人们的日常生产与生活之中。煤矿开采作为煤炭能源的唯一来源，因为煤炭储存地点往往处于地下较深的位置，开采具有一定的难度，需要地下作业，在开采之中，仅凭人力是不可能的，需要各种先进设备的辅助与帮忙，这些先进设备往往又需要着电力作为能源驱动。而在地下深处，电力运输较为困难，就存在着电力功率不足等问题，阻碍着煤炭开采的顺利以及高效进行，为了提高煤矿井下的开采效率，就需要提高井下电网的功率因数。

【关键词】功率因数 视在功率 无功功率

1 功率因数的定义

对于功率因数这个定义来讲，通常被应用与计算电力损耗之中，在井下的供电系统之中，存在多种计算参数，其中最为主要的计算参数包括了有功功率、无功功率以及视在功率，而所谓功率因数就是有功功率与视在功率所形成的比值。

因为直接形容这个功率因数太过抽象，让人十分难以深刻理解，所以采用一个相对而言比较简单的线路模型图来对线路之中的几个重要参数进行描述，从而表现功率因数的存在。在这个线路模型图之中，一共存在三个指数为R、L、C，其中R为总负载，L则为总电感，最后C是总电容，所表现的如下图1中的内容。

通常而言其中的电感电压超前电流为90°，电容电压滞后为90°，i则代表了线路之中的电流，那么有如下方程式。

i=Im sin wt

uR=URm sin wt=RIm sin wt

uL=ULm sin（wt+90°）=XLIm sin（wt+90°）

uC=UCm sin（wt-90°）=XCIm sin（wt-90°）

在基于霍尔电压定律的基础之上，形成了这样一个公式：

u=uR+uC+uL=Um sin（wt+φ）

最终我们可以得出：瞬时功率为P、平均功率代表为P、无功功率表示为Q、视在功率表示是S，则最终可以用一个三角形来表达他们之间的功率关系。

2 提高供电网功率因数的意义

2.1 提高设备的利用率

在煤矿井下的开采工作之中，所要利用到的很多设备因为电网功率因数的原因，没有处于最佳的利用效率之上，如果能够有效的提高供电网的功率因数，则能够有效的提高设备利用率，此举不仅仅减少了电力资源的损耗，同时也提高了煤矿开采的效率与质量。开采设备在工作之中所提供的动力是由发动机所提供的，发动机作为开采设备的主要动力设备，其决定了开采设备的利用率，通常情况下，在发电机进行设计时，会将发动机按照视在功率S来进行设计，因此如果实在额定的电流以及电压之下，在开采设备正常运行之中，如上述所得公式表达，发动机所输出的有功功率与所接负载的功率因数有着非常直接的关系，那么就可以有效的得出，如果功率因数为1，其所接的负载为电阻性负载之时，发动机所输出的有功功率是与其设计时的视在功率相同的，但是如果其所接的负载为感性负载之时，那么此时的功率因数就低于1，那么此时的发动机所输出的有功功率是低于设计时的视在功率的，就造成了利用率的降低，因此提高供电网功率因数，能够有效的提高设备的利用率。

2.2 降低供电网损耗

在谈及煤矿井下电网损耗时，通常情况下，电网损耗的最大影响因素就是线路损耗，这是由于电力所要经过线路的传输到目标地点，其线材是具有导电性能的，只要是具有导电性能的物品就具有电阻，因为电阻的存在会出现线路上电能的损耗。当功率因数较低时，其线路损耗会随之增加，在这种情况之下，加大功率因数，就能降低线路损耗，从而提高发电设备的电力压力，使更多设备得到充足的电力供应，与此同时又能提高电能的利用效率，从而降低煤矿井下开采的电能成本，帮助煤矿节约资源，促进煤矿的良性发展。

3 无功补偿提高功率因数

3.1 并联移相电容器组方法

通过上述对于功率因数的介绍可以了解到功率因数是有功功率与视在功率形成的比值，因此如果可以采取一定的方法降低无功功率那么将在侧面提高电网的功率因数。在并联移相电容器组这个无功补偿方法之中，可以采用电容器所产生的无功功率去弥补电感负载所需要的无功功率，从而能够充分降低低电网所需要的无功功率，由此来提高电网的功率因数。

在这种方法之下有优点也有其缺点，优点在于因为是采用了电容器来进行无功功率的降低，因此其相对而言没有震动与噪音，并且资金投入规模并不大，所需要的维护措施比较簡单，在整个方法的进行步骤较少，方法进行的也比较简洁，被很多煤矿井下电网工作者所广泛使用。但是也存在着其缺点，就是其降低无功功率有着明显的刻度划分，因此很难根据现实情况进行准确的无功功率调节，导致最后的功率因数没有办法形成最优的数据，而且电容器需要一个相对稳定的工作环境，所以在煤矿井下的环境中，容易受到干扰，从而发生电容器不稳定，最终导致功率因数提升出现问题。

3.2 同步调相机方法

同步调相机不仅仅能够产生无功功率，并且在其工作之中也会消耗无功功率，从而提高井下电网的功率因数。同步调相机可以视为是一个容量大的空载运行发电机，其在工作之中，会根据其容量大小，产生相应程度上的无功功率，而又在欠励磁的时候，对无功功率进行消耗，可以说是一个自产自销的方法。

同步调相机方法的优点在于因为其是根据自身来产生无功功率并且消耗无功功率，可以对产生的无功功率进行相当精细的调整，从而实现功率因数的细微调整，实现最优化的一种的功率因数，在设定好程序之后，甚至可以在一定程度上自动进行调整。其缺点在于，同步调相机是一种相当巨大的设备，在一般的煤矿井下都难以施展，因此其所使用的环境受到了严格的限制，通常实在大型变电所之中进行工作运转。

4 结语

对于煤矿井下工作而言，在保证安全的前提下，要进行成本以及效率的提升，从而才能在市场竞争激烈的情况下，占据有利地位，实现煤矿开采与勘探企业的良性发展，促进整个行业前进。

参考文献

[1]暴封盛.煤矿井下电网提高功率因数措施可行性研究[J].电力电网，2016.

[2]孔英秀.功率因数对工厂供配系统电能质量的影响[J].现代电子技术，2011.

作者单位

邯郸市孙庄采矿有限公司 河北省邯郸市 056200