無功功率補償裝置在煤礦井下的應用

1、    無功功率補償裝置在煤礦井下的應用    孫林艷+史大新摘 要 針對目前煤礦井下供電系統(tǒng)中功率因數(shù)普遍偏低的情況，分析煤礦井下無功補償?shù)囊饬x，結(jié)合現(xiàn)有各井下無功補償裝置的特點，通過一個實際設(shè)計案例的具體數(shù)據(jù)計算，得出井下無功功率補償裝置應用的可行性。關(guān)鍵詞 煤礦井下；功率因數(shù)；無功補償裝置：td609 ：a ：1671-7597（2014）07-0118-02隨著現(xiàn)代化礦井快速發(fā)展，機械化程度不斷提升，工作面設(shè)備至供配電硐室距離不斷增大，大功率電機大量使用，用電設(shè)備與電網(wǎng)供電電源之間必然循環(huán)著大量無功功率，造成供電質(zhì)量惡化和電能嚴重浪費。目前各煤礦

2、井下低壓供電系統(tǒng)中的功率因數(shù)普遍在0.5-0.7之間，嚴重影響整個礦井的功率因數(shù)，使得煤礦井下無功補償?shù)淖饔脴O為重要。1 煤礦井下無功補償?shù)囊饬x1）提高功率因數(shù)。2）提高變壓器的利用率。3）減小電壓損失、改善電壓質(zhì)量。4）治理諧波，凈化井下電網(wǎng)。5）穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。6）減少電氣事故率，延長設(shè)備使用壽命。2 井下無功補償裝置1）礦用一般型高壓無功補償裝置。該裝置額定電壓等級為6 kv、10 kv，其特點是采用高壓專用真空接觸器投切，投切組數(shù)按用戶確定補償?shù)穆窋?shù)及每路的容量設(shè)定。該裝置可以安裝于井下無瓦斯煤塵爆炸的井下中央變電所，利用高壓電纜連接于井下變電所的各段母線的饋線柜上。其缺點為外殼防護等級

3、為礦用一般型，不能應用于高壓大功率電機的無功補償，另外就是根據(jù)并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范中第8.1.4條及10 kv及以下變電所設(shè)計規(guī)范中第5.3.1條，高壓電容器裝置宜設(shè)置在單獨房間內(nèi)的要求，需要在變電所附近設(shè)置專門的硐室用來安裝高壓無功補償裝置。2）礦用隔爆型無功功率自動補償裝置。礦用隔爆型動態(tài)無功功率自動補償裝置是用于甲烷和煤塵爆炸危險的礦井中1140 v、660 v供電系統(tǒng)進行無功功率自動補償?shù)膶Ｓ迷O(shè)備。該設(shè)備可與煤礦井下供電系統(tǒng)中的移動變電站或干式變壓器并聯(lián)使用，可應用于綜采、掘進、運輸?shù)蓉摵?。特點是：實時跟蹤井下供電系統(tǒng)的電氣參數(shù)，根據(jù)設(shè)定目標自動投切補償支路，補償無功功率，有些裝置可

4、以濾除部分高次諧波，有效改善電網(wǎng)電能質(zhì)量，達到節(jié)能降耗的目的。3）礦用隔爆型無功功率終端補償器。礦用隔爆型低壓無功終端補償裝置是與用電設(shè)備安裝在同一位置的就地補償裝置，是最理想的無功功率補償方式，節(jié)能效果最好。特點是體積小，重量輕，隨不同的電機配置合適的電容，補償效果好，保護功能齊全。3 無功補償裝置應用范例以某礦井井下供電系統(tǒng)為例，對井下其中一組單母線分段系統(tǒng)補償設(shè)計前后的供電系統(tǒng)予以說明。3.1 供電系統(tǒng)現(xiàn)狀本例采用某礦井下主變電所其中的一組單母線分段系統(tǒng)，安裝總?cè)萘繛?6255.20 kw，負載總?cè)萘?3523.20 kw，補償前視在功率為12725.08 kva，平均功率因數(shù)0.79，

5、將平均功率因數(shù)補償至0.94以后，視在功率為11680.08 kva。變電所至移動變電站至終端負載的距離100 m到2500 m不等。電纜截面有240 mm2、120 mm2、50 mm2多種規(guī)格。各終端負載每天用電時間也不盡相同。3.2 無功補償方案的確定根據(jù)供電系統(tǒng)圖以及就地補償優(yōu)先的原則，對本礦井采用集中補償，分散補償和就地補償相結(jié)合的補償方式。在井下中央變電所，采用礦用一般型高壓無功補償裝置對中央變電所的10 kv高壓母線段進行集中補償。移動變電站至盤區(qū)變電所較遠，在移動變電站采用礦用隔爆型動態(tài)無功補償裝置對移動變電站進行分散補償。另外對一些大功率的660 v設(shè)備進行就地補償。3.3

6、補償前后電流及功率的計算僅以移動變電站tm1，tm2所在回路為例進行計算，設(shè)備工作容量2520 kw，2520 kw計算，功率因數(shù)按從cos=0.65提高到cos=0.79計算。tm2一側(cè)電纜長度為2.5 km，一次側(cè)電纜截面為95 mm2，阻值r=0.25 /km，二側(cè)電纜長度為0.05 km，共4根，二次側(cè)電纜截面為150 mm2，阻值r=0.17/km；tm1一側(cè)電纜長度為0.6 km，一次側(cè)電纜截面為185 mm2，阻值r=0.15 /km，二側(cè)電纜長度為0.05 km，共4根，二次側(cè)電纜截面為150 mm2，阻值r=0.17 /km，兩個變壓器容量均為3150 kva，短路損耗12.

7、8 kw，短路阻抗電壓百分數(shù)5.5%。根據(jù)公式：折算到變電站一次側(cè)補償前后的電流為：補償前一次側(cè)電流i21=223.84 a補償后一次側(cè)電流i21'=184.17 a折算到變電站二次側(cè)補償前后的電流為：補償前二次側(cè)電流i22=1963.51 a補償后二次側(cè)電流i22'=1615.55 a則補償后，從移動變電站到井下變電所再到皮帶運轉(zhuǎn)機降低的線路損耗為：p=3（i2-i'2）rlp21=3×（223.842-184.172）×0.25×2.5=30.35 kwp22=3×（1963.512-1615.552）×0.17&#

8、247;4×0.05=7.93 kwptm=（p/s）2（1/cos1-1/cos2）（pk+qk）=（p/s）2（1/cos1-1/cos2）（pk+0.01uk%s）注：p取額定功率的70%ptm2=（0.7×2520/3150）2（1/0.65-1/0.79）（12.8+0.01×0.1×5.5×2500）=2.58 kwendprint對于tm1則折算到變電站二次側(cè)補償前后的電流為：補償前二次側(cè)電流i12=1963.51 a補償后二次側(cè)電流i12=615.55 ap12=3×（1963.512-1615.552）×0

9、.17÷4×0.05=7.93 kw補償前一次側(cè)電流i11=447.68 a補償后一次側(cè)電流i11=368.35 ap11=3×（447.682-368.352）×0.15×0.6=17.48 kwptm1=2.58 kw3.4 井下變電所至地面變電所線路降耗的計算井下主變電所干線計算如下：i干11=i干21=988.32 ai干12=i干22=830.61 ap干1=p干2=55.94 kw其他移動變電站一、二次側(cè)電流，功率均按此方式計算。西翼盤區(qū)變電所干線計算如下：i干31=i干41=447.68+27.09+65.38+79.94=620

10、.09 ai干32=i干42=368.35+22.01+53.12+57.74=501.21 ap干3=p干4=3×（620.092-501.212）×0.15×1.6=95.98 kw東翼盤區(qū)變電所干線計算如下：i干51=i干61=365.52 ai干52=i干62=292.57 ap干5=p干6=28.0838 kwp支=ptm總1+ptm總2=151.28 kw3.5 線路總降耗及變壓器降耗將各段線路降耗匯總：p線總=p干1+p干3+p干5+p支=55.94+95.98+28.08+151.28 kw=331.25 kw變壓器的降耗按如下計算：p變總=13.

11、1 kw。3.6 經(jīng)濟效益分析整個補償網(wǎng)絡節(jié)能為p總=p線總+p變總=331.25+13.1=344.35 kw年節(jié)約用電 344.35kw×18小時/天×350天/年=2169405 kw·h年節(jié)約資金 2169405 kw·h×0.52元/kw/h=112.8萬元可見進行無功補償后不僅為國家節(jié)能降耗作出貢獻，本礦的經(jīng)濟效益也是十分可觀的，一般在五年左右即可收回投資。4 結(jié)束語目前1140 v，660 v隔爆無功補償裝置，高壓6 kv，10 kv礦用一般型無功補償裝置已經(jīng)技術(shù)成熟，且在煤礦井下得到廣泛應用，并取得良好的效果。3300 v的隔爆無功補償裝置正處于研發(fā)階段，6 kv，10 kv高壓隔爆補償裝置目前市場還處于空白階段。在目前，如果采用三級補償，可能還存在一些問題，包括系統(tǒng)復雜，設(shè)備投資高，占地面積大，設(shè)備維護困難等，但是相信隨著人們對節(jié)能意識的增強以及補償技術(shù)的提高，完美的井下補償網(wǎng)絡應該會很快實現(xiàn)。參考文獻1王正風.無功功率與電力系統(tǒng)運行m.中國電力出版社，2009.2王兆安，楊君.抑制諧波和無功功率補償（第2版）m.機械工業(yè)出版社，2006.3bimal kbose.現(xiàn)代電力電子學與交流傳動m.機械工業(yè)