無功就地補(bǔ)償技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用

1、1 引言功率因數(shù)是電力系統(tǒng)，特別是電力用戶的一項(xiàng)重要指標(biāo)，提高用電負(fù)荷的功率因數(shù)可以使發(fā)、變電設(shè)備和輸電線路的能力得到充分的發(fā)揮，降低備級供電線路和供電變壓器的功率損失、電壓損失、并節(jié)約電能。目前煤礦供電系統(tǒng)主要采取集中補(bǔ)償方法提高功率因數(shù)，即在礦井地面變電所6kV母線上并聯(lián)電力電容器來提高功率因數(shù)，它能夠改善電網(wǎng)功率因數(shù)，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量和能力，節(jié)約電能。下面就結(jié)合曉南煤礦供電實(shí)際情況，探討采用無功就地補(bǔ)償技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用前景。2 井下供電概況隨著采掘機(jī)械化的發(fā)展，曉南煤礦原煤產(chǎn)量的大幅度提高，使得工作面電氣設(shè)備總?cè)萘浚瑔螜C(jī)功率明顯加大，供電距離加長。由于用電設(shè)備自身無功功率損耗的存在，造

2、成井下電網(wǎng)功率因數(shù)較低，約為0.65。這樣就使得供電設(shè)備、設(shè)施的利用率降低，并且還增大了供電線路的功率損耗。3 無功就地補(bǔ)償原理無功就地補(bǔ)償技術(shù)采用靜電電容器直接并聯(lián)于電網(wǎng)末端的感性負(fù)載上，利用靜電電容器進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，最大限度地減小系統(tǒng)中流過的無功功率，提高電網(wǎng)功率因數(shù)，原理圖如圖1。圖1 靜電電容補(bǔ)償無功功率矢量圖圖中 ic電容電流i1補(bǔ)償前電流i2補(bǔ)償后電流如圖所示，在未進(jìn)行補(bǔ)償前，線路電流i1滯后于電壓1電角度，采用靜電電容器進(jìn)行無功功率補(bǔ)償后，線路電流i2滯后于電壓2電角度，因?yàn)?大于2，所以cos1小于cos2，即補(bǔ)償后的功率因數(shù)值大于補(bǔ)償前的功率因數(shù)值。因此，利用靜電電容器進(jìn)行

3、無功功率補(bǔ)償，可以提高電網(wǎng)功率因數(shù)。4 優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用前景分析4.1 降低供電線路的功率損耗由于用電設(shè)備自身無功功率的存在，使得電力系統(tǒng)向用電設(shè)備提供有功功率的同時(shí)還提供相應(yīng)的無功功率，這樣電網(wǎng)在輸送有功電流的同時(shí)還輸送一定的無功電流，總的視在電流增加了。有功功率：P= UIcos10-3 (1) 式中 P有功功率，kWU線電壓有效值，VI相電流有效值，Acos功率因數(shù)無功功率：Q= UIsin10-3 (2)式中 Q無功功率，KVAR視在功率：S=UI10-3 (3)式中 S視在功率，KVA三相供電線路中的功率損耗主要是流過供電線路視在電流在線路電阻上的熱損耗。即：P1=3I2R10-3 (4

4、)式中 P1三相供電線路損耗，kWR供電線路每相的直流電阻，將式(1)代入式(4)中整理得出：(5)由式(5)可以看出P1與cos2由成反比。目前煤礦井下低壓電網(wǎng)自然功率因數(shù)較低，約為0.65。采用無功就地補(bǔ)償裝置可以使cos提高到0.95，在負(fù)載不變的情況下可以大大降低供電線路的功率損耗。以鐵煤集團(tuán)曉南礦西三三部皮帶輸送機(jī)(以下簡稱皮帶)為例，無功補(bǔ)償裝置安裝在配電點(diǎn)受入開關(guān)后面，進(jìn)行比較。圖2 西三三部皮帶供電系統(tǒng)圖根據(jù)式(5)的計(jì)算補(bǔ)償前供電線路的功率損耗為6.7kW，補(bǔ)償后供電線路的功率損耗為3.6kW。補(bǔ)償后供電線路的功率損耗減少3.1lkW。供電系統(tǒng)圖如圖2所示。皮帶每天工作18h

5、，年工作日按350天計(jì)算，則每年可節(jié)約電力為19530度；按平價(jià)電費(fèi)0.468元/度計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)9140元。如果該礦在表1中各地點(diǎn)安裝無功就地補(bǔ)償裝置，全礦每年可節(jié)約電費(fèi)5.42萬元。4.2 提高線路供電能力由式(1)可得出：(6)仍以西三三部皮帶為例，經(jīng)計(jì)算得出補(bǔ)償前線路負(fù)載電流為180A，根據(jù)電纜長時(shí)允許載流量選擇截面積為70mm2的電纜作為供電線路。補(bǔ)償后線路負(fù)載電流為132A，根據(jù)電纜長時(shí)允許載流量供電電路就可以選擇截面積為50mm2的電纜。70mm2電纜單價(jià)117元/m，50mm2電纜單價(jià)為88元/m，供電線路電纜450m，這樣每處配電點(diǎn)可以節(jié)約投資1.2萬元左右。同時(shí)由于負(fù)載電流降低了48A，這樣即可以選擇容量小的變壓器，以節(jié)約投資，也可以提高現(xiàn)有變壓器的負(fù)載能力。表1 節(jié)約電力匯總表4.3 減少供電線路電壓損失線路電壓損失可按下式計(jì)算：按式(7)的計(jì)算得出補(bǔ)償前供電線路電壓損失為5.61，補(bǔ)償后線路電壓損失為4.82，補(bǔ)償后線路電壓損失減少了0.79。井下供電電壓額定值為690V，補(bǔ)償后供電線路電壓降減少49.3V，有利于用電設(shè)備重負(fù)荷起動。5