无功自动补偿装置应用于煤矿供电系统的分析

摘要：本文在介绍无功补偿原理的基础上，分析煤矿供电系统中无功补偿的意义，对煤矿无功补偿设备配置原则进行了详细分析和探讨。

关键词：无功补偿；煤矿供电系统；配置原则

1 引言

随着现代化矿井快速发展，井下机械化程度不断提升，大功率电机的大量使用，生产设备的机械化、自动化水平的大幅提高，使得井下用电设备功率也随之增大，各种感性负荷与地面电网供电电源之间必然循环着大量无功功率，造成井下供电质量恶化，同时无功损耗带来电能浪费严重。降低供电系统中的电能损耗是节能降耗的重要措施之一。在煤矿电力系统中，无功功率带来的电能损失更加突出。伴随着井下开采的延伸，井下供电系统范围也逐渐变大，使煤矿井下供电系统存在功率因数低、线路损耗大、重载设备启动困难等问题。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。在电力网中安装无功补偿装置可提高功率因数，达到节约资源，节约电能的目的，既有直接经济效益，又有社会效益。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。

2 无功补偿原理

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。

无功功率补偿是指把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。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。

3 无功补偿的意义

井下供电系统安装无功补偿装置后，无功补偿装置可提高功率因数，节约资源，节约电能的，既有直接经济效益，又有社会效益。 提高供配电系统的功率因数， 降低采煤的电力成本。采用井下无功补偿后具有如下作用：

1）提高功率因数，补偿无功功率，可以增加电网中有功功率所占比例，提高了供电系统的供电能力，减少线路及变压器中无功电流，使供电系统能满足更多设备供电需求。

2）降低线路及变压器的无功损耗，提高供电系统的利用率，减少输配电损耗，

节约电能。并可减少电缆截面和变压器容量，达到节能降耗和节约投资的目的。因功率因数提高后，线路的无功电流减少，自然带来线损的减少，所以提高功率因数后，线损率也下降了。

减少线路压降，改善设备侧电压质量，扩大供电范围。 稳定电网电压。

4）抑制谐波、净化电网。

5）提高设备的利用率，延长设备寿命。在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流减少，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要；改善功率因数后线路总电流减少，使接近或已经饱和的变压器、开关等机器设备和线路容量负荷下降，可以降低温度增加寿命。

4 煤矿无功补偿设备配置原则

4.1井上变电站补偿容量选择原则

井上变电站的容性无功补偿装置以补偿变压器无功损耗为主，并适当兼顾负荷侧的无功补偿，补偿容量可按下列方式选择。按主变压器容量的 10%～30%配置；按年内最大无功需求的的95%选择；按期望功率因数计算：

4.2 井底配电峒室补偿容量的选择原则

井底配电峒室无功补偿装置容量可按年供电最大负荷的 75%，负荷自然功率因数为 0.80考虑，补偿到最大负荷时功率因数不低于 0.95，或按照最大负荷的 20%～40%进行配置。

4.3 随机补偿容量的选择原则

（1）空载电流计算法

（2）经验系数法

（3）实际测试法

实际测试比较准确，此法适用于任何一般感性负荷需要精确补偿的就地补偿容量的计算。

4.4补偿节点的选择原则

集中补偿与分散补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，调压与降损相结合。高压配电网以井上变电站集中补偿为重点，中压配电网以井底配电峒室集中补偿为重点，低压配电以配变集中补偿为重点，就地平衡以随机补偿为重点。

4.5 补偿方式的配置原则

（1）自动跟踪补偿的原则

由于电力负荷都不是固定不变的，采用固定电容器的补偿方案只能补偿其基本无功，变动部分无法得到平衡，固定电容器设计容量过小，达不到补偿效果；过大则会产生过补情况。因此，自动跟踪补偿是平衡无功的唯一选择。

（2）按负荷性质选择的原则

补偿方式应针对不同性质的负荷选用不同补偿形式。首先，对无功负荷变化较大但不频繁的井上变电站，采用电容器分组自动跟踪投切无功补偿装置；其次，对无功变化大且频繁的负荷采用新型的基于有载调感式铁心电抗器线性动态无功补偿装置；第三，具有非线性负荷，根据负荷变动情况，采用自动投切滤波支路或固定滤波支路和有载调感式铁心电抗器组合的滤波补偿自动控制装置。

4.6高压线路及配电低压补偿设备选型原则

100kVA及以上变压器应进行无功补偿，且宜采用自动投切无功补偿装置。井底高压配电峒室，宜装设矿用一般型高压无功自动补偿装置进行补偿。井下低电配变，采用防爆型低压无功自动补偿装置进行补偿。

5案例分析

下面以大佛寺煤矿 2#35/10KV变电所工程10KV系统加装静止型动态无功补偿装置（SVC），分析其主要技术指标。

大佛寺煤矿工业广场2#35/10KV变电所10KV静止型动态无功补偿装置（SVC）电容基波每套有效补偿容量不得低于 3000 kvar，共两套，两段母线各一套。矿井变电站状况额定电压为10KV，大佛寺煤矿工业广场2#35/10KV变电所内安装二台SZ11-M-12500/35、35±3x2.5%/10.5、12500KVA的全密封式三相双绕组有载调压降压变压器，正常运行时两台主变同时运行。

10KV TCR型静止型动态无功功率补偿装置（SVC）一 套，主要包含以下内容：TCR部分基波有效补偿容量不低于 3000 kvar；FC部分：设置3个 滤波通道，每个支路的安装容量及补偿容量由厂家详细计算。

设备主要性能方面，控制系统的控制方式采用开、闭环结合的方式。开环以满足SVC控制器的响应时间，确保系统对电压波动和闪变抑制的要求。闭环控制来调节被控TCR电流精度，以确保系统功率因数的稳定；晶闸管阀由晶闸管串联而成，每臂阀组都有相应的阻容吸收回路，均压回路，晶闸管反向恢复保护电路及晶闸管过压转折保护；SVC监控系统采用液晶显示器，具有友好的人机界面，数据保存3个月以上。

6 结束语

在煤矿井下生产过程中造成巨大的浪费，随着补偿技术的发展，无功率补偿，大幅度降低电能损耗，经济效益和社会效益显著，改变了煤矿井下供电模式，具有很高的实用价值和巨大的市场潜力。

参考文献：

[1]朱密科.煤矿供电技术[M].煤炭工业出版社，2007，8.

[2]柴国俊.浅谈无功补偿及消谐装置在煤矿供电系统中的应用[J].硅谷， 2011， （1）：143-144.

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