静态无功补偿装置在煤矿供电节能降损中的应用

刘文辉，贺佳贝

(延安市禾草沟煤业有限公司，陕西 延安 717300)

0 引言

静态无功补偿装置主要适用于10 kV、35 kV等变电站的无功补偿，在煤矿供电过程中，主要依靠电力系统以及电网2部分负责，可分为放射式、干线式2种。由于煤矿供电系统传输电能时，必然会产生有功和无功电能，造成一定程度上的电压损失，也就是电能损失。在煤矿供电输送电能过程中，遇到元件自身具备的电阻以及电抗，就会导致线损[1]。为实现煤矿供电的节能降损，将静态无功补偿装置应用在煤矿供电节能降损中，致力于通过静态无功补偿装置的容性无功补偿功能，促进煤矿供电节能降损，为煤矿供电系统更好的运行提供参考。

1 计算煤矿供电中的无功损失

在煤矿供电过程中，要想应用静态无功补偿装置实现节能降损，必须通过计算的方式确定煤矿供电中的无功损失。通过功率因素表示无功损失，设煤矿供电中的无功损失为φ，可得式(1)

(1)

式中，P为煤矿供电中的有功电量，C；Q为煤矿供电中的无功电量，C。通过式(1)，得出煤矿供电中的无功损失。并将静态无功补偿装置应用在煤矿供电系统中，通过补偿无功损失，起到对煤矿供电节能降损的应用效果。

2 静态无功补偿装置的应用

2.1 平衡煤矿供电电容器电压

将煤矿供电中的电容器分为若干组别，使用静态无功补偿装置监测电容器，通过实时监控煤矿供电过程中产生的电压、电流、电阻、无功损失等电能信息的相关数据，利用计算分析的方式，平衡煤矿供电电容器电压。以电容器的容量为基本参数，根据静态无功补偿装置的具体使用方法，按照0.9倍的静态无功补偿装置空载平衡煤矿供电电容器电压[2-4]。设此过程的计算表达式为N，具体公式如公式(2)

(2)

式中，U为煤矿供电时电容器的额定电压，kV；I为静态无功补偿装置的空载电流，A。通过式(2)，平衡煤矿供电电容器电压，进而保证煤矿供电的节能效果。在煤矿供电中增加辅助设备，根据电容器实际作业过程中的控制难易程度进行判定，利用静态无功补偿装置完成对煤矿供电电容器电压的监视和操作。监控人员可以通过静态无功补偿装置传输的画面信息及相关的数据信息及时调整电容器容量，降低煤矿供电能源消耗[5-7]。监控人员通过静态无功补偿装置即可完成电容器开关、阀门开关的工作，调节煤矿供电电容器电压。

2.2 补偿煤矿供电功率因数

在煤矿供电的过程中，不仅要平衡煤矿供电电容器电压，还要利用静态无功补偿装置补偿煤矿供电功率因数[8-10]。提高煤矿供电功率因数是实现煤矿供电节能的核心内容，运用静态无功补偿装置，通过投、切电容组的方式，使煤矿供电功率因数得到相应的补偿。设应用静态无功补偿装置投、切电容组的计算表达式为K，则有式(3)

(3)

式中，m为煤矿供电系统电源基波角频率；ω为煤矿供电系统电源固有振荡角频率；h为煤矿供电系统运行时的电流，A；e为静态无功补偿装置的调控相应时间，s；a为使用静态无功补偿装置补偿时的衰减系数。通过静态无功补偿装置，补偿煤矿供电功率因数，提高煤矿供电的节能效果。在此过程中，需要注意的是使用静态无功补偿装置投、切电容组时，必然会对煤矿供电设备造成一定的干扰，加速绝缘介质的老化速度，导致煤矿供电设备损耗程度增加[11-12]。基于此，为实现煤矿供电降损，运用静态无功补偿装置时要选用交流—直流变频的方式投、切电容组，控制投、切频率，避免对煤矿供电设备的干扰程度。在此基础上，还要额外增加一台静态无功补偿装置，方便对煤矿供电电容组的及时切换，保证电流能够源源不断地运输到电容组中。静态无功补偿装置应用的优势在于能够保证在最短的时间内进行安全的投、切换，当煤矿供电时，静态无功补偿装置会第一时间启动，快速进入到工作状态当中，代替供料设备完成工作，确保煤矿供电节能降损。

2.3 降低煤矿供电变压器和输电线路的损耗

通过静态无功补偿装置，降低煤矿供电变压器和输电线路的损耗，必须预先明确煤矿供电变压器和输电线路线损的计算公式。设其计算表达式为S，则有式(4)

S=3I2R

(4)

式中，R为煤矿供电变压器的负荷电流，A。通过式(4)可知，煤矿供电变压器的负荷电流越大，造成的煤矿供电变压器和输电线路的损耗越大。因此，可以通过静态无功补偿装置的无功补偿降低煤矿供电变压器的负荷电流，进而降低煤矿供电变压器和输电线路的损耗。为了使煤矿供电系统能够在节能降损的同时正常的运行，需要在煤矿供电变压器和输电线路中添加3台或3台以上的静态无功补偿装置。至此，实现静态无功补偿装置在煤矿供电节能降损中的应用。

3 应用实例

3.1 试验准备

将静态无功补偿装置应用在某煤矿供电系统中，并将其节能降损效果与应用前进行对比，体现出应用的有效性。本次应用实例共设置2个测试指标，通过SVG测得5个节点下静态无功补偿装置应用前后的煤矿供电所需能耗以及线损率，将应用静态无功补偿装置的测试组别设置为试验组，将静态无功补偿装置应用前的测试组别设置为对照组，记录测试结果。

3.2 试验结果与分析

收集5组试验数据，并将能源消耗量绘制成折线图，如图1所示。

图1 能源消耗量对比

根据上述折线图中的多组数据，可知应用静态无功补偿装置后的煤矿供电能源消耗量更低，能够起到节能的应用效果。而后，得出静态无功补偿装置应用前后线损率试验对比图，如图2所示。

图2 线损率对比

通过图2可知，应用静态无功补偿装置后的煤矿供电线损率更低，能够起到降损的应用效果。

4 结语

通过应用实例分析，证明了静态无功补偿装置在煤矿供电节能降损中的应用效果，可以在现实中广泛投入使用。应用静态无功补偿装置能够在确保煤矿供电节能的同时，实现煤矿供电降损。在后期的发展中，应加大静态无功补偿装置在煤矿供电节能降损中的应用力度。基于此次研究时间有限，虽然取得了一定的研究成果，但对于此方面的研究还不够充足，今后还要对其进行进一步研究，为煤矿供电节能降损的进一步优化提供参考依据。