随着我国煤矿工业的规模迅猛壮大, 用电量大幅度增加, 对电压的质量提出了更高的要求。电压是电能质量的重要指标之一, 电压稳定对电力设备安全运行、线路损失、安全生产、人民生活用电都有直接影响。在煤矿企业中, 不少设备负荷率低, 经常处于轻载或空载状态, 功率因数普遍不高。因此采用无功连续补偿装置来补偿, 提高了功率因数, 提高了电能质量, 节约了电能, 减少了运行费用, 提高了经济效益。
1 煤矿变电所无功补偿的必要性
煤矿的主要用电设备是异步电动机, 这些电动机在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率, 还同时吸收无功功率, 属于电感性的设备;另一方面, 这些设备经常处于轻载或空载状态, 异步电动机负荷率低, 功率因数普遍不高。一般异步电动机的无功消耗占了70%~80%;而在空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的50%~60%。造成电网电压不稳定, 影响电气设备的正常工作, 所以, 应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。煤矿大部分用电设备, 如皮带、水泵等是利用气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩, 从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递的异步电动机, 其所有的无效功都是电感性。改善供电品质, 提高功率因数, 减少负载总电流及电压降, 使负载电压更稳定。
S1为功率因数改善前的视在功率S2为功率因数改善后的视在功率
2 无功补偿方式的选择
从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出, 各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率, 尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗, 提高输配电设备的效率, 无功补偿设备的配置, 应按照“分级补偿, 就地平衡”、合理布局的原则进行。
(1) 总体平衡与局部平衡相结合, 以局部为主。
(2) 井上变电所补偿与井下变电所相结合。在配电网络中, 用户消耗的无功功率约占50%~60%, 其余的无功功率消耗在配电网中, 所以必须由井上和井下变电所共同进行补偿。
(3) 分散补偿与集中补偿相结合, 以分散为主。集中补偿, 是在变电站集中装设较大容量的补偿装置。分散补偿, 指在配电网络中分散的负荷区, 如对开拓区、掘进区等的用电设备进行的无功补偿。因为各设备需要的无功通过变电站以下的配电线路向负荷端输送。所以为了有效地降低线损, 必须做到无功功率在哪里发生, 就应在哪里补偿。所以, 中、低压配电网应以分散补偿为主。
(4) 降损与调压相结合, 以降损为主。
3 补偿容量的确定
补偿容量的确定, 如图1所示。
考虑到动力类负荷, 估计配变的功率因数在0.75左右, 设计在满负荷状态下功率因数提高到0.90。
假设配变容量为S, 补偿前有功功率、无功功率和功率因数角分别为P1、Q1、和φ1, 补偿后有功功率、无功功率和功率因数角分别为P2、Q2和φ2, Qb为需补偿的容量。
由此可得出应补偿的容量为:
补偿百分比为:η%=Qb/S×100%=22.5%
根据电网的运行经验可以得出, 补偿容量一般为变压器额定容量的20%~30%。
4 无功补偿的效益
在煤矿生产企业中, 在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中, 以致电网传输功率除有功功率外, 还需无功功率。如果把功率因数提高到0.95左右, 则无功消耗只占有功消耗的30%左右。由于减少了电网无功功率的输入, 不仅会给煤矿带来效益, 同时也会降低供电企业的线损, 产生经济效益。由于功率因数的提高, 输送无功电流的减少, 使系统不致于过载运行, 从而发挥原有设备的潜力;对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备容量, 减少投资费用, 在一定条件下, 改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。
5 结语
煤矿运行设备多为连续运行, 功率因数滞后, 轻载功率因数低, 调速性能稍差。对其进行无功功率补偿的过程中, 还应该在技术经济上综合考虑, 根据具体情况进行分析, 来决定是采用集中补偿还是就地补偿, 还是两者综合采用。可以提高功率因数, 节约电能, 减少运行费用, 提高电能质量, 从而达到使电气设备经济运行的目的, 同时亦给企业带来更高的经济效益。
摘要：交流异步电机广泛用于煤矿等工业系统。但不少电机负荷率低, 常处于轻载或空载状态, 无功功率消耗比有功功率大, 电能浪费严重。因此采用无功补偿, 提高功率因数、节约电能、减少运行费用是很有效的措施。无功补偿的目的就是提高系统的功率因数, 而提高功率因数, 已成为提高企业经济效益的一项重要措施之一。本文对煤矿负荷的特点, 无功补偿的优点进行了阐述, 介绍无功补偿几种方法。
关键词：煤矿,补偿方式,容量,效益
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