摘要：降低煤矿供电系统的功率损耗是降低矿山成本的重要措施之一，随着综采工作面掘进面机械化程度的不断提高，煤矿产量急剧增长，使电气设备的总装机容量和单机功率大大增加，大大延长了供电设备的供电距离。电力设备的无功损耗，导致煤矿供电系统中的功率因数低、低电压负栽、设备启动困难等问题。无功补偿技术可以减少井下配电网的线路损耗和变压器的无功损耗，提高供电配电系统的电能质量，改善供电能力，降低电力的运行成本，实现煤炭开采系统的节能降耗目标。通过对工作面的关键电气参数测试与分析，明确了影响张家峁煤矿供电系统的综采工作面大功率因数低、负荷电压偏低和谐波含量较大等问题。选用了动态无功补偿ＳＶＧ技术对综采工作面存在的问题进行综合治理，进行无功补偿方案的设计、安装和项目实施。通过对运行效果的分析，表明进行合适的无功补偿，可以提高综合补偿效果，提高供电系统的可靠性、安全性和经济性。
关键词：无功补偿技术；煤矿供电；应用
由于我国煤炭资源的不断开采，使得浅煤层资源不断减少，而国民经济的发展对能源的需求不断增加，必须对深煤层进行开采。然而，为了对深煤层进行顺利开采，必然需要高要求的大型采掘设备、支护设备等。为了使这些设备正常工就必须为其提供可靠、优质的电能，所以，如何确保其供电电压稳定，减少电能损耗就成为了我们必须关心的问题[1]。
一、煤矿井下供电系统的特点
（一）生产环境复杂的供电系统，普遍存在用电负荷变化频繁、轻载率高、供电线路较长、功率因数低、电能损耗大等问题。随着煤矿综采掘进工作面机械化程度的不断提高，煤矿产煤量的大幅增长，使得工作面电气设备总装机容量和单机功率显著加大，电源到用电设备的距离大大加长。用电设备对无功功率的消耗，是造成煤矿井下供配电系统电能质量问题的原因之一。
（二）随着科学技术的发展和机械设备制造水平的提高，矿用隔爆安全型无功补偿及谐波治理。采用无功功率补偿技术能够减少井下配电网的线路损耗和变压的器无功损耗，提高供配电系统的电能质量，改善供电环境，降低采煤系统个电力运行成本，到节能降耗的目的。
二、煤矿供电系统无功补偿方法
所谓无功功率补偿技术，就是指将供电系统的感性负荷与具备容性功率的设备在同一电路中进行联接，该容性设备在能量释放时，其感性负荷则起到了能量吸收的作用，反之感性负荷在能量释放时，容性设备同样起着能量吸收的作用，简而言之，就是能量在进行互相的转换，从而使容性设备输出无功功率能够对感性负荷吸收无功功率起到补偿的作用。目前最为普遍的无功补偿方法是并联电容器进行无功补偿，这种方法最为经济且直接提高功率因数的效果明显。这种方法又包括了集中与分散补偿结合、高低压分散补偿以及高低压集中补偿的方法，其中集中补偿就是在母线上组装电容器，使母线上的无功功率得到集中补偿，它的优点在于投资成本低、利用率高且管理与维护比较方便，缺点在于补偿的经济性较差；而分散补偿则是就地在大型设备边进行电容器组的安装来实现无功补偿，它的优点在于补偿的经济性较好，缺点则是管理与维护不方便、投资成本大以及利用率较低；集中与分散补偿结合则兼具了上述两种方式的优点。而在煤矿供电系统中采用无功补偿技术则能够有效达到节约设备成本、降低损耗、改善电压质量、减少功率损耗以及使供电能力得到提升等效果[2]。
（一）节约设备成本
无功功率补偿设备配置应遵循合理布局，就地平衡原则，即结合调压与降损，其中主要是降损，结合分散补偿与集中补偿，其中主要是集中补偿，通过就地平衡的方式，以最为经济合理的方式进行无功功率补偿设备的配置工作。
（二）降低损耗
这里所指的损耗主要是指电能损耗，由于在传输电力的整个过程中，电能经由的设备包括配电设备、变压器、线缆等才能最终到达用户，而其中变压器与线缆都有着不同程度的电抗与电阻，所以电流在运输流动时，不可避免地将会出现无功或有功的电能损耗。而其损耗的大小则同电流平方值形成正比关系，即基于同一线缆截面的基础上，功率损耗会随着电流的增大而增大，最终成为热能形式消散。
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（三）减少功率损耗
同样通过公式，我们不难看出，如果有功功率值P为固定值的时候，其负荷电流值I与cos准呈现出的是反比关系，而如果无功补偿装置在其中进行安装后，就能提升功率因数，减小线路电流，从而减少了功率损耗，这正是无功补偿设备要起到的主要作用之一
（四）提升供电能力
从供电系统功率因数与功率之间的关系中，可以得知如果提升了功率因数，则功率也能得到相应提升，也就是说电气设备的总体供电能力同样得到了提升[3]。
三、煤矿供电系统无功补偿技术的应用
（一）无功补偿的意义
1.减少电费开支提高供电能力
电力公司对企业的用电收费，按其平均功率因数进行收费。一般以cosΨ=0.9为基数，高则减免收费，低于0.85则收取功率调整费。电容补偿以后，供电能力提高，还可以有效地减小供电系统中的电缆截面，降低材料消耗。
2.节约电能
无功补偿在提高功率因数的同时，节约无功功率线路损耗引起的电能损失。节约电能，有挖掘变压器的潜力和减少供电线路的电能损失两种方式[4]。
（二）无功补偿方式及其特点
对于供电系统的无功补偿，通常在变电站进行集中补偿，主要目的是改善输电网的功率因数，提高线路末端的供电电压和补偿主变压器的无功损耗。补偿电器主要为并联电容器、同步电动机静止补偿器等，目前普遍采用并联电容器[5]。
1.高压集中补偿
高压集中补偿是将并联电容器集中装设在变电所的6kV～10kV母线上，只能补偿6kV～10kV母线前所有线路上的无功功率，而母线后的企业内部线路没有得到补偿，其经济效益不如低压成组补偿和低压分散补偿好。但是，设备初期投资少，便于维护，调节方便，避免过补。
2.高压分散补偿
高压分散补偿方式主要有杆上无功补偿和箱式变电站自动补偿方式，主要用于城市的高压配电中。
3.低压分散补偿
低压分散补偿是将并联电容器分散安装在各个车间或者用电设备的附近，能够补偿安装部位前边所有高低压线路和变压器的无功功率，补偿范围大，效果较好。但是个别电容器组在用电设备停止工作时同时退出电网，利用率也不高，多使用在负荷较分散和补偿容量小的小型工业场所内[6]。
结语：
综上所述，煤矿供电系统的无功功率补偿是保证煤矿安全生产、提高煤矿生产效率、提高煤矿电力利用率的有效方法。在对煤矿供电系统进行无功补偿前，应结合煤矿的实际特点，选择合理的无功功率补偿方法。从而提高用电率、减少损耗，提高煤矿企业的经济效益与社会效益。
参考文献：
[1]胡晋杨.无功补偿技术在煤矿供电中的实际应用[J].建材与装饰，2018（29）：241.
[2]王旭伟.无功补偿技术在煤矿井下供电系统中的应用[J].机电工程技术，2017，46（9）：122-123，162.
[3]冯海兵.无功补偿技术在煤矿井下供电系统中的应用[J].能源与节能，2015（10）：124-125.
[4]李川.无功就地补偿技术在煤矿低压供电系统中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2015（20）：6355-6355.
[5]杨成，刘玮瑶.静止无功补偿技术在煤矿井下供电中的应用[J].企业技术开发（学术版），2015，34（7）：70-71，109.
[6]刘宇静.滤波无功补偿技术在煤矿高压供电系统的应用[J].自动化应用，2018（11）：103-104，108.
论文作者:唐俊飞
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/10
标签：煤矿论文; 供电系统论文; 功率论文; 设备论文; 电能论文; 功率因数论文; 分散论文; 《电力设备》2019年第2期论文;