摘要：随着矿山生产技术自动化水平的不断提高，自动化设备在井下生产中的应用越来越多，变频开关和非线性负载的应用也越来越普遍。这不仅大大提高了矿井生产效率，而且使矿井供电系统负荷显著增加，电网谐波污染和电压波动明显，电缆和各种电器也被使用。整个供电系统的绝缘和稳定性受到很大影响。井下大面积停电事故时有发生，可能发生严重的泄漏事故，对生产的高效运行和安全发展构成一定威胁。有鉴于此，针对井下供电系统使用中用电问题的诱因开展分析，探究具有良好适用性的无功补偿工艺，对于提升井下供电网络运行稳定性、确保用电安全意义重大。
关键词：煤矿井下供电系统；无功补偿；技术；应用
导言
煤矿井下供电系统可以说是煤矿安全高效运行的关键。但目前，在大多数煤矿井下供电系统中，由于配电线路敷设路径较长、供电距离较长、开采范围较广、综掘、综采机设备功率较高，井下供电系统的功率因数较低，配电线路的输送普遍。这样，不仅会使煤矿矿山机电设备的绝缘性能逐渐降低，甚至还会引发电气安全事故，不仅增加了矿山机电设备的维修成本，而且影响了煤矿采掘工作的安全高效运行，而且还会由于配电线路功率损耗的增加而引起电力资源的使用和损耗增加，给煤矿企业带来了巨大的经济损失。因此，为了减少煤矿企业的经济损失，提高井下供电系统的可靠性，减少井下电力安全事故的发生，降低配电线路的电能损耗，达到井下电力节能降耗的目的，在煤矿供电系统中，有必要大力推广煤矿井下供电系统无功补偿技术。而本文则将从无功补偿技术的运行原理、主要类型及其在煤矿井下供电系统的应用两方面进行阐述，以期为相关人士提供帮助。
1无功补偿技术的原理及其主要类型
1.1 无功补偿技术的主要类型
现阶段，运用并联电容器进行无功补偿是最为常见的无功补偿方法，该方法经济效果较好且能显著提高功率因素。无功补偿技术类型较多，可从补偿装置进行分类，包括投切电容器真空断路器、可控饱和电抗器+固定滤波器、晶闸管投切电容器、晶闸管调节电抗器（TCR）+固定滤波器（FC）、调压补偿装置、电容器（TC）+固定滤波器（FC）+电抗器（TL）等，每种方法都有各自的优缺点，这里将不详细讨论。从无功补偿的目的也可以分为两类：系统补偿和负荷补偿。系统补偿的主要目的是提高输电网的输电能力，保证电网的稳定，而负荷补偿的主要目的是提高系统的功率因数，保证供电质量，减少线路损耗。无功补偿主要分为就地无功补偿、分散补偿和集中补偿。下面重点介绍这三种补偿方法的优缺点。
1.1.1分散无功补偿
分散无功补偿主要在变压器低压侧来安装并联电容器，以实现提高分支回路功率因素，降低供电线路电流，降低线路损耗的主要目的。
1.1.2集中无功补偿
集中无功补偿主要在变电站降压变压器母线侧设置并联电容器组。其主要优点是能有效地控制电网电压等级，易于实现自动切换，效率高，维护方便，能有效地降低电网、变压器和供电线路的无功负荷和功率损耗。但这种方法不能降低电网各支路的无功负荷和功率损耗。
1.1.3 就地无功补偿
就地无功补偿主要是在电气设备附近直接安装并联电容器，使其与电动机供电回路并联，在低压电网中普遍采用。它主要采用晶闸管或机械开关作为开关，并采用局部电压传感器控制电容器的自动投切。在供电系统运行过程中，电容器对电动机所需的无功负荷进行就地供电，可实现最短距离的能量交换，最大限度地降低线路电流。在同一线路条件下，线路损耗与电流平方成正比。因此，就地无功补偿方法具有显著的节电效果。
1.2无功补偿技术的运行原理
所谓无功补偿技术，主要是利用能量可以相互转换的原理，将电容式仪器设备输出的无功功率转换为感性负载装置吸收的无功功率。以补偿地下供电系统中配电线路的电能损耗。一般来说，煤矿井下供电系统中会有大量的感性负载，这些负载会直接吸收供电系统的无功输出，使井下供电系统的传输电压和电流在一定程度上存在相位差，也就是说，功率因数角。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在无功补偿技术中，电容式仪表和感性负载装置并联安装在同一条配电线路上，使它们之间的能量得到转换和吸收，从而减小配电线路传输电压和电流的相位差。从而降低配电线路的损耗，提高井下供电系统的安全性和稳定性。
2 无功补偿技术在煤矿井下供电系统中的应用
2.1 有效提高配电线路的供电性能
以某煤矿企业为例，在应用无功补偿技术之前，其供电系统配电线路的负载电流大约为180 A，根据配电线路长时间可允许载流量参数选择横截面积为70 mm2的电缆作为其配电线路，而在应用无功补偿技术之后，其供电系统配电线路的负载电流大约为132 A，根据配电线路的长期允许载流参数，可选用横截面积为50平方毫米的电缆作为配电线路。据市场调研，横截面积70平方毫米的电缆1米约需120元，横截面积50平方毫米的电缆1米仅需80元，假设配电线路敷设路径为450米，煤矿企业可节约1.2万元。同时，由于供电系统中配电线路的传输电流大大降低，供电系统可采用容量较小的变压器设备，不仅节省了设备投资成本，同时也有效地提高了变压器设备的负荷水平。
2.2有效降低配电线路的电压损失
无功补偿技术的广泛应用，不仅大大降低了煤矿井下供电系统中配电线路的传输电流，而且改善了井下供电系统中配电线路的压降损失现象。它不仅有利于井下供电系统配电线路传输电压的稳定性，而且有利于电气仪表设备大负荷运行的顺利实施。
2.3有效降低用电事故的发生频率
无功补偿技术引入前，井下供电系统中存在大量的无功负荷，其产生的无功电流不仅加速了配电线路、变压器设备、空气开关、发电机等设备绝缘性能的下降速度，而且造成了电气安全事故，如短路、漏电，甚至引发了瓦斯爆炸等重大安全事故。同时，由于配电线路传输电压的升高，不仅会使电动机无法正常启动，进而出现电动机烧毁、开关失控等现象，还会直接影响煤矿的安全高效运行，影响其开采效率。随着无功补偿技术的引入和井下供电系统传输电流的降低，上述各类电气安全事故的发生频率大大降低，不仅保证了煤矿的安全高效运行，同时也进一步保障了煤矿工人的人身安全。
2.4有效降低配电线路的功率损耗
一般来说，井下供电系统在输送有功电能的同时，还需要向电气设备输送无功电能。也就是说，井下供电系统需要同时向电气设备输送无功电流，从而增加配电线路的总输送电流。三相供电线路失电的主要原因是，由于配电线路电阻的存在，通过配电线路的电流会引起一定的热损耗。目前，煤矿井下低压供电系统的功率因数水平较低，约为0.65。采用无功补偿技术后，自然功率因数可提高到0.95。此时，如果配电线路的负载电流保持不变，其功率损耗将大大降低。
结束语
随着我国煤炭工业的蓬勃发展，煤炭生产过程的机械化也取得了长足的进步，各种大功率装置在煤矿生产中的使用越来越频繁，使得供电系统运行中的无功功率大幅度增加，造成不同程度的用电浪费，提高了井下作业成本。有鉴于此，引入无功补偿技术，在保证供电系统稳定、降低无功功率、节约电费的同时，对提高矿井综合效益具有积极意义。
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论文作者:张艳辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/6
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