浅析矿山电气设备的无功补偿方法及必要性

贾永军

（西部矿业股份有限公司，青海 西宁 810000）

近年来，由于矿企用电设备日趋大型化，对电能的用量越来越多。如何确保供配电系统及电网的电能质量，降低无功损耗，是每个企业都面临的问题。做好无功补偿工作，对网络减损、提高电能利用效率、降低电费支出有着重要意义。

1 矿山电气设备的无功补偿的配置原则

1.1 随机补偿

随机补偿一般用于低压补偿，将电容器与电机并联并同时投入使用，来补偿设备功率因数低，无功损耗大的问题。例如，一条供电线路长1km，线路电阻为0.36Ω/km，线路终端带3台45kW电机，Pe = 135kW，实用负荷为150 +j80，由于长期超载，在电动机上补偿无功QC = 40kvar，补偿后功率因数增加了0.12，补偿前后线路的损耗和电动机的出力为：

1.1.1 线路上的损耗

补偿前：

补偿后：

1.1.2 电动机出力

补偿前：

Pe= 135kW＜ 150kW，电动机处于超载运行。

补偿后：

电动机运行正常，提高了电动机的出力。

1.2 随器补偿

随器补偿是对变压器的低压侧进行补偿。

1.3 低压集中补偿

采用装设电容的方式来补偿电感电流，做法是在供电母线上装设一组较大容量的电容补偿器，对母线接有的所有感性电器一并进行补偿。

2 确定无功补偿容量的一般方法

2.1 从提高功率因数需要确定补偿容量

利用无功补偿，使用户达到经济的功率因数，也就是用户的节能效益和电能质量最佳，支付电费最少的状态，通过下式可以计算出补偿量。

QC—需要补偿的容量；Pi—有功功率；—补偿前功率因数；—补偿后功率因数

2.2 从降低线损需要来确定补偿容量

在矿山电气设备的线路参数固定的条件下，其与通过导线的电流平方成正比。通过下式可计算出从线损方面考虑需要补偿的容量。

QC—需要补偿的容量；I1—补偿前线路电流；—补偿前功率因数；I2—补偿后线路电流；—补偿后功率因数

2.3 从提高运行电压需要来确定补偿容量

在网络电压正常的线路中，装设补偿电容时，网络电压的压升不能越线，为了满足这一约束条件，可以用下式求出补偿容量。

式中，U1为电源电压，U2为补偿后线路电压，X为线路电抗。

3 电气设备的无功补偿的必要性

3.1 降低系统的能耗

利用下式可以求得供配电系统线损。

ΔP%—线损减少的百分数；I1—补偿前线路电流；I2—补偿后线路电流；—补偿前功率因数；—补偿后功率因数

当功率因数从0.80～0.85提高到0.95时，可求得有功损耗将降低30%～45%。

3.2 改善电压质量

我们以供电线路终端带一台用电设备来对补偿情况进行说明，从下式可以得知：

ΔU—电压损失；R—线路电阻；X—线路电抗；P—有功功率；Q—无功功率

这包含了两部分损失，其中PR/ Ue是输送有功负荷P产生的，QX/Ue是输送无功负荷Q产生的。

配电线路：X=(2～4)R，△U大部分为输送无功负荷Q产生的。

变压器 ：X=(5～10)R， QX/Ue=(5～10) PR/ Ue， 若减少无功功率Q，则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动，无功补偿能改善电压质量。

4 结语

在矿山供电系统中，无功补偿是一项投资少，收效快的节能措施。通过有效的无功功率补偿，可以改善系统静态及暂态稳定性，增加线路输电能力；增强系统阻尼，抑制低频振荡。