无功补偿技术在郭屯煤矿的应用.pdf

2 0 1 1 年 第5 期 参堪晨 纠技 6 1 无功补偿技术在郭屯煤矿 的应 用 吕 钊 ， 王知 田 山东鲁能菏泽煤电开发有限公司郭屯煤矿， 山东 郓城2 7 4 7 0 0 摘要该文对无功补偿技术在煤矿供电系统的应用进行了 分析， 该技术能够起到节约电能、 提高供电质量、 节约材料费等作用， 在煤矿供电 系统中的应用有较好的发展前景。 关键词功率 因数煤矿供 电 中图分类号 T M T 1 4 ． 3 文献标识码C Ab s t r a c t Th e r e a c t i v e p o we r c o mp e n s a t i o n i n t h e c o a l s u p p l y s y s t e m t o a n a l y z e t h e a p p l i c a t i o n，t h e t e c h n o l o g y c a n p l a y t o s a v e e n e r gy a n d i mp r o v e t h e q u a l i t y o f p o we r s u p p l y，t h e r o l e o f c o n s e r v a t i o n ma t e r i als，e t e ．，i n t h e c o al s u p p l y s y s t e m o f t h e d e v e l o p me n t o f b e t t e r P r o s p e c t s ． Ke y wo r d s c o al p o we r e d po we rf a c t o r 为实现矿井电网经济运行， 郭屯煤矿在提高功率 因数方面进行了积极地探索 ， 明显提高了功率因数 ， 为 矿井取得了良好的社会效益和经济效益。 1 概 况 郭屯煤矿位于菏泽市郓城县郭屯镇， 现采用双电 源双回路分列运行方式， 井下高压供电电压为 1 0 k V， 分别向井下中央泵房、 制冷机组、 采区变电所和胶带输 送机供电。综采工作面的采煤机、 刮板运输机设备采 用3 3 0 0 V， 转载机、 破碎机等设备采用 1 1 4 0 V， 采煤工作 面其他设备及掘进工作面采用 6 6 0 V供电。 郭屯煤矿的供电系统采用在 1 0 k V母线上集 中补 偿与在终端分散补偿相结合的方式、 动态补偿与并联 电容器 自动投切相结合的方式， 有效地提高了矿井电 网的功率因数。自从无功补偿设备投入运行以来， 煤 矿电网的功率因数由0 ． 8 4 0 ． 8 5提高到 0 ． 9 4～ 0 ． 9 6 ， 过去在电费支出时因功率因数低于 0 ． 9 0 ， 每月被罚 4 至5万元 ， 现在功率因数高于 0 ． 9 0之后， 每个月都能 从电费里免除 2至4万元。 2 无功功率对煤矿的影响 2 ． 1 煤矿井下无功功率存在的危害 在煤矿井下供配电系统中广泛存在大量的感性负 }收稿 日期 2 0 1 1 0 61 5 作者简介 吕钊 1 9 7 9 一 ， 男， 汉族 ， 大学本科学历 ， 现就职于鲁能 菏泽煤电公司郭屯煤矿机电科， 助理工程师。 荷 ， 如三相异步电动机和变压器， 这些感性负荷在配电 系统中会消耗大量的无功功率， 降低系统的功率因数 ， 造成线路电压损失加大和电能损耗增加。如 1 3 0 1面 轨道顺槽掘进时采用 K B S G Z Y一 6 3 0 k V A ／ 1 1 4 0 V型 变压 器供 电 ， E B Z一1 5 0掘进 机掘进 ， 系统 总 功率 2 3 5 k W。在掘进到 1 3 0 0 m时就遇到掘进机启动困难 ， 电气设备灵敏度校验不合格的情况。于是更换线路导 线， 由原来的 7 0 ra m 更换为9 5 m m ， 同时调节变压器接 线端子分接头位置提高电源电压的方式， 这样多种手 段并用才完成掘进任务。上述实例都可归结为系统无 功负荷太大， 解决这些问题 的最根本方法就是进行无 功补偿 。 2 ． 2 电网无功功率及功率因数的含义 电力网除了要负担用电负荷的有功功率 P， 还要 负担负荷的无功功率 Q ， 它们之间存在如下关系 ．s 1 而电网的功率因数为 c o s P ／ S 2 即功翠因数 C O S q 的物理意义是 线路的视在功 率 s供给有功功率 P的消耗所占的百分数。功率因数 还可用式 3 来表达 ， c 0 s P ／ S P ／ ， 3 可见， 在一定 电压 U和电流 下， 提高功率 因数 伽 ， 其输出的有功功率 J P 将增大， 因此改善功率因数 是充分发挥设备能力， 提高设备利用率的有效方法。 度达到 1 ． 2 N ／ 啪 以上 ， 方可在已浇结构上走动。 3 ． 8 强度不够的防治措施 1 水泥应有出厂合格证 ， 新鲜无结块。砂、 石子 粒径、 级配、 含泥量等应符合要求， 严格控制混凝土配 合比， 保证计量准确， 混凝土应按顺序拌制 ， 保证搅拌 时间并拌匀。按施工规范要求认真制作混凝土试块， 并加强对试 块的管理和养护。 2 当混凝土强度偏 低， 可用非破损方法 如 回弹仪法 ， 超声波法 来测定 结构混凝土实际强度， 如仍不能满足要求 ， 可按实际强 度校核结构的安全度， 研究处理方案， 采取相应加固或 补强措施。 6 2 东撼晨 舛技 2 0 1 1 年第5 期 3 采用无功补偿提高功率因数的意义 3 ． I 降低 电压损失 改善电压质量 电网电压 损失 △ 可以表示为 △U o Q X L ／ U 式中 一 感抗。 如采用容抗为 的电容来补偿。 可表示 为 ’ 4 电压损失 △ 1 △U 。 [ 艘 Q X L X c 3 ] ／ U 5 △U 。 A U o 6 故采用补偿电容器提高功率因数， 电压损失减少。 3 ． 2 减少 线路和变压器损耗 1 线路通过电流 ， 时， 有功损耗为 AP 3 1 2 R 7 或AP3 P 2 R ／ C O S 8 可见， 线路功率损耗△P与 C O B 2 成反 比， c ∞ 越 高 ， △P越小。 2 变压器损耗中， 铁损与负荷无关， 铜损与负荷 率的平方成反 比。当输 出功率恒定时， 功率因数 由 c o s 提高到 c o s ， 铜损减少的有功功率为 AP r AP K 1一 c o s 0 ／ c o s CP 1 9 式中 一变压器负荷率 ； AP K一变压器额定铜损； C O S 、 c o s 。 一补偿前后的功率 因数。可见变压 器铜损△P 越小 ， 功率因数 c 0 s 越高。 3 ． 3 降低 电费 按照功率因数调整电费的规定， 随着功率 因数 的 提高， 电费将降低 ， 另外提高功率 因数电耗减少， 也将 减少电费。 3 ． 4 增加设备输出容量 提高功率因数后， 由于无功电流得到补偿， 供用电设 备及线路的负荷电流相应减少， 使设备的输出容量增加。 3 ． 5 减小电缆截面和降低变压器容量 提高功率因数后， 由于负荷电流减小， 因而供电线 路电缆截面和配电变压器容量可适当降低。 4无功补偿原理 无功补偿原理电路图如图 1 ， 相量图如图 2 。 图1 无功补偿电路 在煤矿井下各种负载中， 异步电动机、 变压器所消 耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占很大 比例 电抗器、 架空线、 各种谐波源也要消耗一定的无 功功率 ， 但比例不大 ， 而异步电动机变压器可看作典 型的阻感 回路， 即由工作电阻 R和电感 L相串联的电 路 ， 其功率因数可表示为 c o s R ／ ／ 鬈． ， 在该电路并联接入电容器 C 后 ， 由相量图可知 并联电容后， 电压与相位变小了， 即 供电回路的功率因数 c o s 提高了。 图2 无功补偿相量图 5 无功 补偿 方式及 各种 补偿 的优缺 点 比较 配电网常用的无功补偿方式有 就地无功补偿、 分 散无功补偿和集中无功补偿。 1 就地无功补偿采用并联 电容器直接装于用电 设备附近， 与电动机供电回路相并联 ， 常用于低压网 络。它使用晶闸管或机械开关作为投切开关， 通过就 地电压传感器控制而自动投切电容器。运行时电机所 需的无功负荷由电容器就地供给， 能量交换距离最短， 可最大限度降低线路电流。在线路相同情况下， 线路 损耗与电流平方成正比。所以， 电容就地补偿， 节电效 果最好。但 由于井下现场环境恶劣， 维护、 保养跟不 上， 极易造成设备损坏。 2 分散无功补偿方式将并联电容器安装在变压 器低压侧， 达到提高分支回路功率因数 ， 降低供电线路 电流， 减少线损的目的。 3 集中无功补偿采用在变电站降压变压器母线侧 安装高压并联电容器组， 其优点是有利于控制电网电压水 平， 且易于实现自动投切， 利用率高， 维护方便， 能减少电 网、 变压器及供电线路的无功负荷和电能损耗， 但不能减 少电网内部各分支线路的无功负荷和电能损耗。 6无功补偿方案确定 并联电容器无功补偿技术是提高功率因数最直接、 最经济的方式， 并联电容器无功补偿有高、 低压集中补偿 和高、 低压分散补偿 以及集中和分散相结合 5种方式。 高、 低压集中补偿就是把电容器组装于母线上， 用于集中 补偿诙母线上所有无功功率， 其优点是利用率高， 投资少， 便于集中维护管理， 调节方便， 但该方式的补偿经济性差； 高、 低压分散补偿是指单独向一些大型设备就地安装电容 器组， 以补偿其无功功率， 其优点是补偿经济效益高， 但利 用率低， 投资大， 不便于集中维护、 管理等； 而集中和分散 相结合补偿方式具有两者的优点。