摘要：现阶段我国煤矿企业一般采用高压集中补偿方式，然而，随着煤矿井下感性设备的不断增加，集中补偿存在一定的局限性，以致控制技术无法很好满足井下实际设备需求，井下供电系统无功及谐波问题未能得到很好的解决。通过对综采工作面供电系统电气参数进行采集分析，针对综采工作面低压系统，采用动态就地无功补偿技术可有效控制电能质量，提高电网的可靠性和经济性，从而达到节能降耗的效果。
关键词：综采工作面；无功补偿；节能技术；经济效益
1煤矿低压无功补偿技术概况
1.1无功补偿技术原理
目前，SVG无功补偿装置主要原理是对抗电器进行合理应用，或者在实际作业过程中，直接将电抗器、三相式逆变器等装置，通过并联方式连接到电网中，然后，在实际操作期间，通过对SVG桥式逆变电路输出位置的相位值、电压值等各项内容进行调整，保证SVG输出无功电能，能够满足无功补偿相位的具体要求。最为常见的两种类型如下:①电压型SVG补偿装置。②电流型SVG补偿装置。在具体应用过程中，依据直流一侧采用的储能部件的不同，将SVG划分为两种不同的形式，分别是以电容器作为储能部件，以及电抗器为储能部件的两种SVG，以上两种SVG装置在具体应用过程中，其工作原理相同。但是，从两种不同类型的SVG补偿装置的实际应用情况来看，电压型的SVG装置的工作效率以及成本都有较大优势，也正是因为如此，目前，多数煤矿生产过程中的电压系统采用的都为SVG发生器。
1.2低压无功补偿技术内容
低压无功补偿技术在煤矿开采中的应用，可以有效地降低能耗，对节能起到重要作用。煤矿配电网低压无功补偿技术主要包括三个方面：一是集中补偿。在煤矿企业的实际开采过程中，集中补偿主要针对变压器设备，主要是并联电容设备，以降低电压，达到降低功率损耗的目的。集中式无功补偿应用范围广，后期维护方便，但不能降低供电系统各分支配电线路的无功负荷，也不能降低分支配电线路的功率损耗。二是现场无功补偿。通常用于低压供电系统，其主要方式是将电气仪表与电容式仪表并联，再与供电系统的供电电路并联，以达到降低功率损耗的目的。就地无功补偿开关为晶闸管或机械开关，主要采用就地传感器控制电容式仪表。在该供电系统中，不仅不需要无功负荷，而且可以在短距离内完成能量转换，从而降低配电线路的输电电流，达到节约电力资源的目的。三是分散无功补偿。并联电容仪表和设备主要连接在变压器设备的低压侧，以提高供电系统支路的传输功率，降低配电线路的功率损耗。以上3种方式如图1所示。
2现有无功补偿装置使用现状及问题来源
2.1 煤矿供电系统无功补偿现状
我矿10kV母线配置的开关补偿装置总容量为1800×2kVar，采用2台RSVG-1.8/10-CT型高压静止无功发生器，通过自换相桥式电路调节交流侧输出电压的相位和幅值、电流大小来吸收或者发出无功电流，以达到无功补偿的目的。该设备自购置使用以来，无功补偿装置运行平稳可靠，然而，随着井下系统不断延伸，供电距离不断加大，井下电气设备装机容量和单机功率显著增大，综采工作面机械化程度不断提高，变频设备的大量使用，无功功率的损耗大大增加，致使井下配电网络功率因数偏低、负荷端电压偏低、谐波干扰大幅增加，对低压配电网络供电可靠性、安全性和经济性带来很大影响。
2.2 无功功率和谐波的主要来源
无功补偿电容器组在长期运行过程中，由于充放电操作多，很容易导致设备不跳脱，对整个供电系统会产生一个频率相对较高、振幅相对较高的电流。当电网闭合运行时，会形成闭合涌流，大小大约是正常值的6-8倍，远高于供电系统的额定电流，频率一般超过1000Hz。对于整个电网而言，对断路器灭弧室影响较大。与此同时，在电容器组的实际投切过程中，短时间内对母线电压产生升高，随着电网电压的瞬时波动，系统配置的无功补偿装置不能有效地跟踪变化，无法完成准确的补偿工作，电容器组的频繁切换使系统电压极不稳定，对电气设备造成很大影响。
3无功补偿方案的合理设计
3.1 补偿方式
依据煤矿综采工作面的具体情况，针对补偿容量的情况，做好相应的分析工作，同时，应当对负荷容量发生的变化以及相应的产品实际运行期间的可靠性进行考虑，最终决定对采煤机、转载机、破碎机、刮板运输机、乳化液泵站进行补偿。
3.2实施方案
通过对煤矿情况的综合考虑，在比较各种无功补偿技术的基础上，根据不同电压等级用电设备采用不同补偿装置的补偿方案，针对综采工作面，选用了动态无功补偿 SVG技术进行综合治理，采取就地补偿方式进行项目的安装与实施。通过在工作面增加无功补偿设备，由高压配电开关和变压器次级配电电路构成相应的并联结构，确保无功补偿装置在应用过程中，一旦发现各种问题，或者在对其设备进行维修期间，都不会影响工作面开采作业的开展。
4就地补偿技术应用的经济效益
在矿井综采工作面中对无功补偿装置进行应用，在实际应用期间，通过合理的方式对无功补偿装置应用过程中获取的节能效益进行科学评定，计算无功功率当量运行情况。依据《煤矿电工手册(修订本)第二分册矿井供电(下)》中的具体规定，在生产期间，向供电系统中投入lkvar无功功率，配电系统在运行期间，可以减少有功功率0.02-0.03kW，二级供电网和三级供电网则可以分别节约有功功率0.06-0.1W和0.1-0.15W。在计算过程中，按照SVG无功补偿容量为1800kvar进行，各项装载在运行过程中1年(按照一年340d，每天运行18h)，单位无功当量节约有功功率值取0.1kW，在生产过程中，采用无功补偿节能技术，每年可以节约电量1134000k.wh。实际使用过程中，通过对现场运行效果分析，综采工作面采用就地补偿方式，增强了综合补偿效果，减少了谐波干扰，提高了供电系统的可靠性、安全性和经济性。可见，在煤矿综采面中，对无功补偿节能技术进行合理应用，可以大幅度减少电能的消耗量，从而提高生产过程中的经济效益。
结论
近几年，我国煤矿开采规模不断扩大，煤矿生产过程中的产能量会不断变大，矿井下机械生产水平会得到进一步提高，各种大功率的机电装置的数量不断增多，这也就导致电机设备在具体运行期间，各种无功功率也将会变大，而无功功率也需要电源供应，这势必将会造成供电系统中无功功率传输量增多，增加装置在运行过程中的能耗量，从而会提高煤矿开采成本。由此可见，矿井开采期间，应当合理应用无功补偿节能技术。
参考文献：
[1]白全林,杨磊,郝晓莉,等.矿区电网动态无功补偿与谐波治理的研究与实践[J].陕西煤炭,2017(2).
[2]陈艳玲.磁控动态无功补偿技术在煤矿35kV变电站的应用[J].能源与节能,2016(9).
论文作者:黄天尘
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/31
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