煤矿井下供配电系统无功补偿的探讨

煤矿井下供配电系统无功补偿的探讨

摘要 随着现代化矿井快速发展,机械化程度不断提升,大功率电机大量使用和供电线路的不断延伸,各种感性负荷与地面电网供电电源之间循环的无功功率大量增加,造成井下供电质量下降,严重时甚至影响生产,这种情况在大功率设备集中的煤矿供电系统中非常突出。进行煤矿井下无功补偿技术研究与应用,对于保障生产、节能降耗具有非常重要的意义。本文结合笔者工作实践,简要论述了无功补偿的起因、方式以及重要意义。

关键词 煤矿;供配电;无功补偿

0 引言

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 无功功率补偿问题的提出

在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种,有功功率和无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为机械能、光能、热能等其他功率的电功率。无功功率是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。无功功率是电压或电动势与无功电流的乘积,无功功率的不足和过剩,都会对电压质量和电能损耗有明显的影响。

在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求,用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场,那么,这些用电设备就不能维持在额定情况下工作,用电设备的端电压就要下降,从而影响用电设备的正常运行。无功功率对电网会产生一定的不良影响,它会降低发电机有功功率的输出;降低输、变电设备的供电能力;会造成线路电压损失增大和电能损耗的增加;会造成低功率因数运行和电压下降,使电气设备容量得不到充分发挥。从发电机和高压输电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需要,所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户对无功功率的需要,这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。

无功功率补偿是指把具有容性功率的装置与感性负荷连接在同一电路,当容性装置释放能量时,感性负荷吸收能量,而感性负荷释放能量时,容性装置却在吸

收能量,能量在相互转换,感性负荷所吸收的无功功率可从容性装置输出的无功功率中得到补偿。无功功率补偿不仅可以改善煤矿的用电环境,提高电网电压的品质,减弱或消除电力设备启动时引起浪涌电流的冲击,而且对电力设备及线路损耗降低所带来的经济效益也是非常可观的。

2 煤矿供配电系统中无功补偿的原则和方式

无功补偿要采取电力用户补偿与供电企业补偿相结合的方式,供电部门在电源点进行补偿与用户自身用电设备进行补偿,两者实现理想配合。分散补偿与集中补偿相结合,以分散补偿为主。高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主,实现区域电网内的无功分层、分压、就地平衡。降损与调压相结合,以降损为主,坚持降损节能的原则。

无功补偿的方式通常分为3类:集中补偿、分散补偿和就地补偿。集中补偿是把电容器组集中安装在变电所的二次侧的母线上或配电变压器低压母线上,这种补偿方法安装简便,运行可靠,利用率较高,但当电气设备不连续运转或轻负荷时,又无自动控制装置时,会造成过补偿,使运行电压升高,电压质量变坏。季节性用电较强、空载运行较长又无人值守的配电变压器不宜采用。分散补偿是将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路的出线上,形成低压电网内部的多组分散补偿方式,它能与工厂部分负荷的变动同时投切,适合负荷比较分散的补偿场合,这种补偿方法效果较好,且补偿方式灵活,易于控制。就地补偿,无功补偿装置直接安装于用电设备附近与电动机供电回路相并联,主要用于运行电动机所需无功量,由补偿装置就地供给,能量交换距离最短,可以实现最大程度地降低线路电流。就地补偿应该说节能效果是三种补偿方式中最佳。

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。

参考文献

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