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煤礦井下供配電系統無功補償的探討

隨著現代化礦井快速發展,機械化程度不斷提升,大功率電機大量使用和供電線路的不斷延伸,各種感性負荷與地面電網供電電源之間循環的無功功率大量增加,造成井下供電質量下降,嚴重時甚至影響生產,這種情況在大功率設備集中的煤礦供電系統中非常突出。進行煤礦井下無功補償技術研究與應用,對于保障生產、節能降耗具有非常重要的意義。本文作者結合工作實踐,簡要論述了無功補償的起因、方式以及重要意義。

  0 引言

  降低供電系統中的電能損耗是節能降耗的重要措施之一。影響煤礦企業電能損耗的因素很多,其中無功損耗占有較大的比重。在煤礦電力系統中,由于生產環境復雜,用電設備輕載率較高,供電線路普遍較長,功率因數較低,無功功率帶來的電能損失更加突出。隨著采掘機械化的發展,煤礦的原煤產量大幅度提高,使得工作面電氣設備總容量、單機功率明顯加大,供電距離加長。用電設備自身無功功率損耗的存在造成井下電網功率因數較低。因此,在煤礦供電系統中提高功率因數,補償無功功率以降低電能消耗是十分重要的。采用無功功率自動補償裝置的目的,就是減少井下供配電系統的線路損耗和變壓器的有功損耗,提高供配電系統的功率因數,降低采煤的電力成本。

  1無功功率補償問題的提出

  在交流電路中,由電源供給負載的電功率有兩種,有功功率和無功功率。有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率,也就是將電能轉換為機械能、光能、熱能等其他功率的電功率。無功功率是用于電路內電場與磁場的交換,并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功,而是轉變為其他形式的能量。凡是有電磁線圈的電氣設備,要建立磁場,就要消耗無功功率。無功功率是電壓或電動勢與無功電流的乘積,無功功率的不足和過剩,都會對電壓質量和電能損耗有明顯的影響。

  在正常情況下,用電設備不但要從電源取得有功功率,同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求,用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場,那么,這些用電設備就不能維持在額定情況下工作,用電設備的端電壓就要下降,從而影響用電設備的正常運行。無功功率對電網會產生一定的不良影響,它會降低發電機有功功率的輸出;降低輸、變電設備的供電能力;會造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加;會造成低功率因數運行和電壓下降,使電氣設備容量得不到充分發揮。從發電機和高壓輸電線供給的無功功率,遠遠滿足不了負荷的需要,所以在電網中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率,以保證用戶對無功功率的需要,這樣用電設備才能在額定電壓下工作。這就是電網需要裝設無功補償裝置的道理。

  無功功率補償是指把具有容性功率的裝置與感性負荷連接在同一電路,當容性裝置釋放能量時,感性負荷吸收能量,而感性負荷釋放能量時,容性裝置卻在吸收能量,能量在相互轉換,感性負荷所吸收的無功功率可從容性裝置輸出的無功功率中得到補償。無功功率補償不僅可以改善煤礦的用電環境,提高電網電壓的品質,減弱或消除電力設備啟動時引起浪涌電流的沖擊,而且對電力設備及線路損耗降低所帶來的經濟效益也是非?捎^的。

  無功補償一般情況下很容易被人們忽視,但是靈活的應用無功補償能夠大大地降低能源損耗,為煤礦企業節約大量的資金,并提高了供電電能的質量。無功補償對于供配電系統非常重要,因此在電氣設計中我們一定要對小到設備,大到系統進行有意識的進行無功補償。

  2煤礦供配電系統中無功補償的原則和方式

  無功補償要采取電力用戶補償與供電企業補償相結合的方式,供電部門在電源點進行補償與用戶自身用電設備進行補償,兩者實現理想配合。分散補償與集中補償相結合,以分散補償為主。高壓補償與低壓補償相結合,以低壓補償為主,實現區域電網內的無功分層、分壓、就地平衡。降損與調壓相結合,以降損為主,堅持降損節能的原則。

  無功補償的方式通常分為三類:集中補償、分散補償和就地補償。集中補償是把電容器組集中安裝在變電所的二次側的母線上或配電變壓器低壓母線上,這種補償方法安裝簡便,運行可靠,利用率較高,但當電氣設備不連續運轉或輕負荷時,又無自動控制裝置時,會造成過補償,使運行電壓升高,電壓質量變壞。季節性用電較強、空載運行較長又無人值守的配電變壓器不宜采用。分散補償是將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所各分路的出線上,形成低壓電網內部的多組分散補償方式,它能與工廠部分負荷的變動同時投切,適合負荷比較分散的補償場合,這種補償方法效果較好,且補償方式靈活,易于控制。就地補償,無功補償裝置直接安裝于用電設備附近與電動機供電回路相并聯,主要用于運行電動機所需無功量,由補償裝置就地供給,能量交換距離最短,可以實現最大程度地降低線路電流。就地補償應該說節能效果是三種補償方式中最佳。

  煤礦供配電網中常用的無功補償方式包括:其一,可在變電所母線集中安裝并聯電容器組;其二,可在高低壓配電線路中分散安裝并聯電容器組;其三,可在配電變壓器低壓側或車間配電屏安裝并聯補償電容器;其四,可在單臺電動機處安裝并聯電容器等!豆┡潆娤到y設計規范》中有規定,采用電力電容器作為無功補償裝置時,宜就地平衡補償。但在大型煤礦供電網絡中,井下負荷約占整個礦井總負荷的50%~60%。由于煤礦井下生產的特殊性,不能就地分散在煤礦井下對主要負荷進行無功補償。所以通常采用在變電所高壓母線上集中安裝并聯電容器組對主要負荷進行無功補償。地面其它負荷可采用就地分散補償方式。

  煤礦配電網無功補償具有重要的現實意義。第一,可提高電網的功率因數,提高供電系統的利用率,井下用電設備與地面電源之間存在著大量往復交換的無功功率,這些無功功率必然占用供電系統許多容量,加裝無功補償后,減少了無功電流而減少了無功功率,從而大大提高了供電系統設備容量的利用率。第二,可穩定電網電壓。井下感性用電負荷產生大量無功功率,這種感性負載做功必需具備的無功功率其變化頻率越快,電網電壓波動頻率隨之加快,電壓波動范圍越大,此將直接導致電氣設備不能在額定電壓值條件下正常工作,增加設備損壞的可能性。補償后無功功率減少,系統中電壓、電流相對變化幅度較小,能起到穩定電網電壓的作用。另外,動態無功補償裝置通常具有抑制諧波,使供電系統的其他設備和線路免遭諧波威脅的作用,增強供電系統的安全可靠性。

 


【上一個】 無功補償裝置電流互感器的選擇 【下一個】 輸配電設備的高低壓無功補償方法


 · 煤礦井下供配電系統無功補償的探討

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