（辽源矿业集团供电运输公司 吉林省辽源 136201）
摘要：结合无功就地补偿技术之优缺点，在煤矿安装、运用无功就地补偿装置，节电效益明显，自动化程度高，使用安全可靠，有效地改善了电网质量，大幅度降低了高压综合损耗，实现了矿井电力成本降低，对于煤炭企业有切实的经济效益，尤其在现在能源紧缺，节能形势严峻的情况下，其社会效益更加显著。
关键词：无功补偿，煤矿供配电系统，应用
前言
随着采掘机械化的发展，煤矿的原煤产量大幅度提高，使得工作面电气设备总容量、单机功率明显加大，供电距离加长。用电设备自身无功功率损耗的存在造成井下电网功率因数较低。因此，在煤矿供电系统中提高功率因数，补偿无功功率以降低电能消耗是十分重要的。采用无功功率自动补偿装置的目的，就是减少井下供配电系统的线路损耗和变压器的有功损耗，提高供配电系统的功率因数，降低采煤的电力成本。
1 功率因数的定义
在交流电路中，电压与电流之间的相位差（Φ）的余弦叫做功率因数，用COSΦ 表示。在功率三角形中，三角形的两条直角边，一个表示有功功率（P），一个表示无功功率（Q），它们的斜边就是视在功率（S），有功功率和视在功率之间的夹角就是功因数角，功率因数角的余弦值就是功率因数（COSΦ＝P／S）。功率因数反映了电力网的运行中电源输出的视在功率被有效利用的程度，也是衡量矿井供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标之一，我们希望的是功率因数值越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率。
2 煤矿供配电系统中无功补偿的方式
煤矿供配电网中常用的无功补偿方式包括：其一，可在变电所母线集中安装并联电容器组；其二，可在高低压配电线路中分散安装并联电容器组；其三，可在配电变压器低压侧或车间配电屏安装并联补偿电容器；其四，可在单台电动机处安装并联电容器等。《供配电系统设计规范》中有规定，采用电力电容器作为无功补偿装置时，宜就地平衡补偿。但在大型煤矿供电网络中，井下负荷约占整个矿井总负荷的50%~60%。由于煤矿井下生产的特殊性，不能就地分散在煤矿井下对主要负荷进行无功补偿。所以通常采用在变电所高压母线上集中安装并联电容器组对主要负荷进行无功补偿。地面其它负荷可采用就地分散补偿方式。煤矿配电网无功补偿具有重要的现实意义。第一，可提高电网的功率因数，提高供电系统的利用率，井下用电设备与地面电源之间存在着大量往复交换的无功功率，这些无功功率必然占用供电系统许多容量，加装无功补偿后，减少了无功电流而减少了无功功率，从而大大提高了供电系统设备容量的利用率。第二，可稳定电网电压。井下感性用电负荷产生大量无功功率，这种感性负载做功必需具备的无功功率其变化频率越快，电网电压波动频率随之加快，电压波动范围越大，此将直接导致电气设备不能在额定电压值条件下正常工作，增加设备损坏的可能性。补偿后无功功率减少，系统中电压、电流相对变化幅度较小，能起到稳定电网电压的作用。另外，动态无功补偿装置通常具有抑制谐波，使供电系统的其他设备和线路免遭谐波威胁的作用，增强供电系统的安全可靠性。
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3 煤矿供配电系统运行现状及无功补偿必须性分析
某煤矿新建一座110kV总共降压变电站，共安装2台SF10 -20000/110,110/10.5kV,20MW三相风冷油浸式电力变压器，2台主变相互备用，即一台运行，一台备用。主变高压侧为110kV，低压侧为10kV。低压侧10kV母线的最小短路容量按照200MV.A设计。煤炭开采生产机电设备主要分布在中央采区、11采区、以及12采区三个采区，由110kV总降压变电站的低压10kV母线侧经10kV地埋电缆和架空线路直接供电，即：110kV总降压变电站设置在中央采区处，采用双回10kV地埋电缆将电源引至中央采区10kV变配电所；经双回3km型号为LGJ-150/35的10kV架空线路将电源引至11采区；经双回5km型号为LGJ-185/35的10kV架空线路将电源引至12采区。3个采区均有采煤机、刮板运输机、转载机、掘进机、通风机等大功率机电设备，由采区10kV变配电所直接供电。采区10kV变配电所按照单母线分段接线方式进行设计，中间加设母联开关，I段母线、II段母线电源分别引自110kV总降压变电站10kV低压侧。中央采区共412台机电设备，其中工作设备为369台，备用43台，设备总容量为19873kW,工作容量为15683kW，功率因数为0.82；11采区共108台机电设备，其中工作设备为82台，备用26台，设备总容量为8036kW,工作容量为6119kW，功率因数为0.80；12采区共132台机电设备，其中工作设备为98台，备用34台，设备总容量为9167kW,工作容量为7334kW，功率因数为0.79。从运行分析可知，3个采区10kV变配电所系统线损相当高。由此，采取合适的无功补偿方案改善采区10kV配电系统运行环境，提高系统功率因数和供电可靠性，对采区配电系统节能降耗研究，具有非常重要的工程实践应用意义。
4 煤矿供配电系统无功补偿方案
4.1补偿方案
为了解决煤矿3个采区10kV变配电所的无功波动及治理谐波、补偿功率因数等，在煤矿110kV总降压变电站装设一套SVC动态无功补偿装置，安装在110kV总降压变电站的10kV母线上。SVC动态无功补偿装置包括1组TCR型静止无功补偿装置、2组H33次谐波滤波器、1组H55次谐波滤波器和1组H77次谐波滤波器。其中，2组H33次谐波滤波器分别安装在11采区和12采区的10kV变配电所中，其余H55次谐波滤波设备和H77次谐波滤波设备均安装在靠近中央采区的110kV总降压变电站中。经计算，SVC动态无功装置的有效补偿容量为9.2Mvar,安装容量为11.88Mvar。
4.2补偿效果分析
按照4.1中介绍的SVC无功补偿和谐波滤波方案，进行盘柜设计和线路敷设后，经调试投运后，经采集数据分析表明：煤矿110kV总降压变电所10kV侧母线电压畸变率得到有效控制，补偿后总谐波畸变率为2.6%，满足4%技术指标要求。三个采区10kV侧功率因数由补偿前的0.856有效升高到0.967，相应设备利用率提高11.48%，此时高压无功补偿量为300kVar，所选300kVar补偿柜能够满足实际运行需求；低压0.4kV侧功率因数由补偿前为0.82、0.79、0.8分别提高到0.95、0.94、0.94，相应设备利用率提高13.68%、15.96%、14.89%，无功补偿效果较好。
结束语
为了提高企业经济效益，保证矿井供电质量，减少电器设备事故率，减少无功损耗，实现井下供电节能降耗的目的，国有煤矿采用的用电设备大都为感性负荷，不仅消耗有功功率，还能从电源吸取超负荷运转功率使功率降低，从而减小无功负荷，因此对煤矿井下电网使用无功自动补偿装置的确取得了很好的效果。
参考文献
[1]杨进国.煤矿供电网无功补偿及电压调整研究[J].中国科技博览,2012,(6):56.
[2]汪祖功.浅谈工矿企业电力系统无功补偿[J].民营科技，2010(5).
论文作者:韩孝奎
论文发表刊物:《电力设备》2016年第13期
论文发表时间:2016/9/26
标签：采区论文; 功率论文; 功率因数论文; 煤矿论文; 谐波论文; 母线论文; 井下论文; 《电力设备》2016年第13期论文;