摘要：本文概述了提高功率因数，改善电网质量的重要性。重点介绍了近年来，随着矿井机械化程度的提高，供电线路的延伸，以及用电负荷的增大，在实践中，使电气设备运转趋向合理，实现经济运行所采取的方法和所取得的效果。
关键词：功率因数；电网质量；方法；效果
随着矿井生产的发展，矿山机械化、自动化的程度越来越高，电力系统的容量也越来越大。企业的电网能否在经济状态下长期运行，势必会影响到一个企业的活力和竞争。因此，提高功率因数，改善电网质量，对企业的发展有着非常现实和重要的意义。而工矿企业的供电网络中的电动机及变压器等大量的感性负载都会以磁化功率的形式从网络上吸取无功功率，而且其它大量的变频和整流设备也会以控制和整流功率的形式吸取无功功率，但这些无功功率不能转换成任何有用形式的能量。因无功功率引起的电流会把负载施加在变压器及线路上，从而在线路和变压器上产生附加的热损耗，造成能源和设备资源的大量浪费，以及负载电压的波动或降低。
1提高功率因数，改善电网质量的措施
(1)正确选择和使用电动机
正确选择和使用电动机是提高自然功率因数的主要方法，工矿企业使用的电动机大多数属于电感性负载，它占总无功负荷的65％左右，电动机的特性虽因类型的不同而有差异，但其功率因数随负载的变化情况大致相似，负荷在80％一100％时功率因数值在额定值附近，无太大变化，若负载低于50％时，功率因数会急剧下降，空载时功率因数仅为0．15—0．2，通过图1可看出感应电动机负荷率与功率因数及效率的关系。
感应电动机的最高效率，一般都在3／4负载至满负载之间出现，而它的功率因数则在满负荷时最高。因此，使用适当容量的电动机，不但能够节约用电，而且还可以提高功率因数，降低无功消耗。通过分析、计算，把负载率低于40％的电机都进行了更换，并对矸集绞车电控系统进行了改造。采用变频调速，对井下运输巷采用集中控制，避免电机空运转，使电机能够恒定在高效区和低无功功率损耗情况下运行。对那些轻载运行的电机暂时无法更换的，采取降低电压运行。另外，要加强电动机的维护检修，保证电机的检修质量，提高电动机的功率因数与效率。
(2)正确调整变压器的负荷率
变压器是一种效率较高的电器，它本身的功率损耗累积起来是很大的，其有功损耗主要是铁芯中的磁滞与涡流及绕组的发热损耗，它占总无功负荷的20％左右。变压器的功率因数是随着负荷率的降低而降低的，通常负荷率在0．6以上时功率因数不会有太大的变化，负荷率在0．6以下时功率因数会明显的降低，变压器的负荷率与功率因数的关系如图2所示。
当二次侧功率因数维持不变,而负荷系数变化时,一次侧功率因数的变化情况,图2中曲线1表示二次侧功率因数cosφ=0.9,曲线2表示cosφ=0.8,曲线3表示cosφ=0.7。从图中可知当负载率越低时,通过变压器以后,一次侧的功率因数下降得越低。从提高功率因数的角度看,变压器的负荷率越高越好,但从变压器经济运行角度来看,负荷率不宜过高,变压器的最佳负载率
式中Pc———变压器的空载有功损耗,kW;
Qc———变压器的空载无功损耗,kVar;
K———无功功率经济当量,kW/kVar(可从有关表中查得);
Pn———变压器的额定有功损耗,kW;
Qn———变压器的额定无功损耗,kVar;
Qc———变压器的励磁功率,kW;Qc=ic%S
ic%———变压器的空载电流百分数(可从变压器产品样本中查);
S———变压器的额定容量,kVA;
Qn———电流通过变压器电抗中的无功损耗,Qn=UK%S。
UK%———变压器的短路电压百分数(可从变压器产品样本中查得)。
实践证明,变压器的负荷率保持在0.7左右时效果最佳。所以,对于运行中的变压器,要精心调整负载,使实际有功负荷系数与无功负荷系数靠近有功经济负荷系数和无功经济负荷系数,进一步降低有功损耗和无功损耗,以提高变压器运行的经济效果。
(3)采用同步电动机,正确调节励磁电流
煤矿企业中容量大、负载较稳定的设备,应优先采用同步电动机,并通过正确调节励磁电流使其在超前功率因数状态下运行,可以有效地补偿电网的功率因数。调节励磁电流的总体原则是:在保证同步电机的定、转子电流在额定值或额定值以下时,最大限度地提高励磁电流。
值得注意的一点是,为了改善电网功率因数,把同步电机的励磁电流增大到超过其额定的做法是不对的,因为这样做,不仅使励磁绕组过热,会受到损坏,甚至在重负荷情况下,定子绕组也会因电流过大而烧毁,那就会得不偿失。
(4)在电网中使用无功补偿装置
采用前面3种方法后,电网的功率因数可能还是达不到0.9以上,这就需要考虑在电网中加装无功补偿装置。煤矿供电网络中使用了中央集中补偿和无功就地补偿相结合的办法使电网的功率因数达到0.95以上,效果非常明显。即在矿变电所的主回路中安装了静电电容器进行了集中补偿,集中补偿方式与分散的单个就地补偿方式相比,具有投资小,占地少等优点,已得到很多工矿企业的广泛应用。
应注意尽可能最大范围地使用终端就地补偿装置,因为无功就地补偿,可解决集中补偿所不能解决的那部分供电线路中的补偿问题,可以降低负载本身及其线路的无功损耗,对改善电机的转矩特性大有好处。通过我矿在主井底主运输输送带、瓦斯抽放泵站、采区变电所、井下轨道绞车、地面洗煤厂等地点,就地安设的补偿装置就说明了这个问题。以瓦斯抽放泵站1#泵电机无功补偿前后测试的结果为例:被测试的电机功率90kW,电压660V,补偿容量25.05kVar。经过补偿,电机的功率因数提高了0.111,负载电流下降了13A,电压升高6V,有功功率下降2.6kW,充分说明了就地补偿不但改善了电网质量,而且节能效果也相当可观。
但在这方面需要注意的是,为防止电动机自励磁与过电压,就地补偿电容器容量的选择应小于电机空载功率(约为90%)。补偿电容器容量：
要使电网功率因数保持一定值,最好的办法是采用自动补偿装置,但处处设置自动补偿装置,将使投资增加,所以应分析设置自动补偿装置的必要性。
2取得的效果
通过采取多方面的合理措施,煤矿电网的功率因数始终保持在0.95以上,取得的效果有以下几个方面:供电网络中所有元件都能充分合理地利用;总的电流减小,使设备与线路中的有功损耗随之减小;线路及变压器的电压降减小,增加输送能力,并使供电质量提高;电机的转矩特性得到了极大的改善;改善用电设备的功率因数,降低无功损耗;延长相关电器的使用寿命,降低维修费用;节约了电量。
参考文献:
[1]陆安定.发电厂变电所及电力系统的无功功率[M].北京:中国电力出版社,2003.
论文作者:王建敏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/18
标签：功率因数论文; 变压器论文; 负荷论文; 负载论文; 电网论文; 功率论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第14期论文;