辛置煤矿综采工作面供电系统无功补偿技术应用

2021-03-22崔仁杰

山西焦煤科技 2021年1期

崔仁杰

(霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿，山西霍州 031400)

随着煤矿电能负载的不断提高，设备所需的无功功率也在不断增加，而无功功率只能通过地面供电电源提供。目前，辛置煤矿地面生活区大多已经执行无功功率补偿，但井下工作面由于供电线路传输距离远，难以实现无功补偿，出现了电压压差大、线路温度高等，导致电能损耗增加，设备运行成本成倍增加，传输质量却在成倍降低，严重威胁煤矿的安全运行。为了改变这一现状，辛置煤矿开展井下工作面无功补偿技术研究，以解决无功功率无法补偿的问题，推动煤矿高效节能发展进程。

1 供电系统运行状态

辛置煤矿位于临汾市北缘霍州市以南15 km的辛置镇，矿区西侧紧邻南同蒲铁路及108国道，东侧3 km处有大运高速公路通过，交通便利。2012年矿井核定生产能力为280万t/年。矿井井田处于霍西煤田中部，霍州矿区东南，井田走向7.5～8.0 km，倾向6.4～8.0 km，面积59.083 4 km2，矿井目前开采2#、10#煤层。该矿的供电系统依附于电力系统，其配电模式可以简化为双回路电源供电。依靠来自煤矿发电站35 kV的母线段，通过LGJ-185/3.3 km的输电线路，提供35 kV的双回路电源，且二者互为备用，同时工作。35 kV电能经变压器作用降低至10 kV后到达各个用电区域。煤矿供电系统图见图1.

图1 煤矿供电系统工作流程图

1)辛置煤矿地面生活区以及各变电所所用的10 kV母线采用集中性无功补偿，其用电负荷相对较小，一般选择自动补偿方式来展开，效果良好。

2)在煤矿井下采煤工作面采掘生产系统中,由于大型采煤设备的负载变化大，线路电流大，补偿难度高，现未采用无功补偿。

2 综采工作面供电系统存在问题

目前，辛置煤矿主要开采10#煤层，距离35 kV地面变电所距离过长，而且随着工作面的前移，供电距离还会进行延伸。2015年起，该煤层综采工作面在供电方面就暴露出以下问题：

1)由于距离过长无法采用无功补偿，导致线路功率因数过低，造成大量的电能浪费。

2)功率因数过低导致变压器常出现带载能力不足现象，影响设备的正常运行。

3)线路中电压压降严重，导致末端设备的可用电压过低，不易启动。

4)无功电流的频繁交换导致线路、设备等的绝缘层被破坏，短路漏电事故频发，影响矿井的安全供电以及正常生产。

以上问题出现的根本原因在于线路中无功电流过大，功率因数过低。因此，须对井下工作面的供电线路进行无功补偿。

3 综采工作面无功补偿方案设计

3.1 补偿容量计算

为了设计出精准化的补偿方案，首先对目标综采工作面的补偿容量进行计算，综采工作面的配电系统图见图2.

图2 综采工作面的配电系统图

移变的实际负荷与实际补偿容量计算如下[1-2]：

p=∑Pn×Kx

Kx=0.4+0.6(PD/∑Pn)

Qc=P·(tanφ1-tanφ2)

式中：

P—移变的实际负荷，kW；

PD—配合设备中电动机的最大额定功率，kW；

∑Pn—工作面实际工作电气设备容量的理论总和，kVA；

Qc—无功补偿设备的补偿容量，kVar；

Kx—配合设备实际运行的功率系数；

φ1、φ2—有功功率与无功功率的向量夹角，(°).

移变功率因数补偿至1所需补偿容量汇总表见表1.

表1 移变功率因数补偿至1所需补偿容量汇总表

3.2 工作面无功补偿的方案设计

通过计算目标综采工作面供电系统补偿容量，精确得出3台变压器所需要补偿的无功功率容量。选择由汾西机电有限公司出品的WJL系列静止无功发生器(SVG)作为综采工作面的无功补偿装置[3-4]，SVG装置不仅可以实现无功功率补偿还可以抑制电网谐波的产生。对静止无功发生器的选型除应考虑产品本身的稳定性，还需要提前考虑设备的负荷容量变化，发生器应对应的留足补偿余量。3个移动变压器对应的无功发生器的选型设计方案，见表2.