无功就地补偿技术在煤矿井下的应用前景分析
耿祖鹤，田瑶，尚铁岩
(铁煤集团晓南煤矿，辽宁 铁岭 112704)
摘 要：本文对无功就地补偿技术在煤矿供电系统的应用中进行了分析，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：无功补偿；就地；节能；应用
中图分类号：TM761+.12 文献标识码：B
Application Analysis for Reactive Local Compensation Technology in a Coal Mine
GENG Zu-he，TEAN Yao，SHANG Tie-yan
(Xiaonan Coal Mine of the Iron Coal Group，Tieling City Liaoning 112704，China)
Abstract：This paper makes a analysis for application of reactive local compensation technology in the feed system of the coal mine．The technology can pay a part in electric energy saving，increasing quality of power supply and material saving cost．It has better development prospects in the application to the feed system of the coal mine．
Key words：reactive compensation；local；energy saving；application
1 引言
功率因数是电力系统，特别是电力用户的一项重要指标，提高用电负荷的功率因数可以使发、变电设备和输电线路的能力得到充分的发挥，降低备级供电线路和供电变压器的功率损失、电压损失、并节约电能。目前煤矿供电系统主要采取集中补偿方法提高功率因数，即在矿井地面变电所6kV母线上并联电力电容器来提高功率因数，它能够改善电网功率因数，提高电网供电质量和能力，节约电能。下面就结合晓南煤矿供电实际情况，探讨采用无功就地补偿技术的优缺点及应用前景。
2 井下供电概况
随着采掘机械化的发展，晓南煤矿原煤产量的大幅度提高，使得工作面电气设备总容量，单机功率明显加大，供电距离加长。由于用电设备自身无功功率损耗的存在，造成井下电网功率因数较低，约为0.65。这样就使得供电设备、设施的利用率降低，并且还增大了供电线路的功率损耗。
3 无功就地补偿原理
无功就地补偿技术采用静电电容器直接并联于电网末端的感性负载上，利用静电电容器进行无功功率补偿，最大限度地减小系统中流过的无功功率，提高电网功率因数，原理图如图1。
图1 静电电容补偿无功功率矢量图
图中 ic—电容电流
i1—补偿前电流
i2—补偿后电流
如图所示，在未进行补偿前，线路电流i1滞后于电压Φ1电角度，采用静电电容器进行无功功率补偿后，线路电流i2滞后于电压Φ2电角度，因为Φ1大于Φ2，所以cosΦ1小于cosΦ2，即补偿后的功率因数值大于补偿前的功率因数值。因此，利用静电电容器进行无功功率补偿，可以提高电网功率因数。
4 优缺点及应用前景分析
4.1 降低供电线路的功率损耗
4.1.1 供电线路的功率损耗
由于用电设备自身无功功率的存在，使得电力系统向用电设备提供有功功率的同时还提供相应的无功功率，这样电网在输送有功电流的同时还输送一定的无功电流，总的视在电流增加了。
有功功率：P=
U·I·cosΦ·10-3 (1)
式中 P—有功功率，kW
U—线电压有效值，V
I—相电流有效值，A
cosΦ—功率因数
无功功率：Q=U·I·sinΦ·10-3 (2)
式中 Q—无功功率，KVAR
视在功率：S=U·I·10-3 (3)
式中 S—视在功率，KVA
三相供电线路中的功率损耗主要是流过供电线路视在电流在线路电阻上的热损耗。即：
P1=3•I2•R•10-3 (4)
式中 P1—三相供电线路损耗，kW
R—供电线路每相的直流电阻，Ω
将式(1)代入式(4)中整理得出：
(5)
由式(5)可以看出P1与cos2Φ由成反比。目前煤矿井下低压电网自然功率因数较低，约为0.65。采用无功就地补偿装置可以使cosΦ提高到0.95，在负载不变的情况下可以大大降低供电线路的功率损耗。
4.1.2 节约电力
以铁煤集团晓南矿西三三部皮带输送机(以下简称皮带)为例，无功补偿装置安装在配电点受入开关后面，进行比较。
图2 西三三部皮带供电系统图
根据式(5)的计算补偿前供电线路的功率损耗为6.7kW，补偿后供电线路的功率损耗为3.6kW。补偿后供电线路的功率损耗减少3.1lkW。供电系统图如图2所示。
皮带每天工作18h，年工作日按350天计算，则每年可节约电力为19530度；按平价电费0.468元/度计算，年节约电费9140元。
如果该矿在表1中各地点安装无功就地补偿装置，全矿每年可节约电费5.42万元。
4.2 提高线路供电能力
由式(1)可得出：
(6)
仍以西三三部皮带为例，经计算得出补偿前线路负载电流为180A，根据电缆长时允许载流量选择截面积为70mm2的电缆作为供电线路。补偿后线路负载电流为132A，根据电缆长时允许载流量供电电路就可以选择截面积为50mm2的电缆。70mm2电缆单价117元/m，50mm2电缆单价为88元/m，供电线路电缆450m，这样每处配电点可以节约投资1.2万元左右。同时由于负载电流降低了48A，这样即可以选择容量小的变压器，以节约投资，也可以提高现有变压器的负载能力。
4.3 减少供电线路电压损失
线路电压损失可按下式计算：
按式(7)的计算得出补偿前供电线路电压损失为5.61％，补偿后线路电压损失为4.82％，补偿后线路电压损失减少了0.79％。井下供电电压额定值为690V，补偿后供电线路电压降减少49.3V，有利于用电设备重负荷起动。
5 结论
通过以上对无功就地补偿技术优缺点的比较，可以看出，在煤矿安装、使用无功就地补偿装置，可以改善电网质量、节约电力、减少安装材料资金，能取得可观的经济效益，具有良好的应用前景。
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