无功功率补偿技术在煤矿供电系统中的应用探讨

冯世旭 李乐成

摘 要 煤矿企业不断增加原煤产量，井下采掘和运动工作也体现出自动化和机械化特点，扩大了设备的装机功率，延长了供电距离，加大了设备损耗。无功功率直接影响了电力系统运行的经济价值，并成为电力系统主要组成部分之一。合理分配无功功率，科学应用无功功率补偿技术，可以有效降低线损，保证电力系统运行效率。

关键词 无功功率补偿技术;煤矿;供电系统

引言

煤矿井下供电系统循环运行无功功率，容易降低煤矿井下供电水平，甚至破坏机电设备。为了提高供电电路的稳定性，最大程度节省生产成本，通过现场分析，将无功功率补偿技术科学应用在高压线路上，保证煤矿供电网络的运行质量。

1井下煤矿供电系统的供电特点

（1）煤矿井下环境复杂且恶劣，存在大量粉尘和瓦斯气体，同时井下供电巷道阴暗潮湿，一部分电气设备与电缆容易被水浇湿。

（2）煤矿井下供电系统包括电缆与馈电设备，并与用电设备连接，由于这部分设备产生较大用电功率，时常发生启动与停止，造成井下供电系统不断改变供电负荷。

（3）通常在相对下闸的巷道铺设供电系统电缆，导致巷道被煤块或岩石砸中，进而破坏电缆线路，另外巷道的光线昏暗，矿车和其他设备易轧到巷道内的电缆，一定程度威胁了供电系统的运行稳定性。

（4）井下供电系统的供电电压不断变化。主要因为井下供电设备在运行中时常发生过载现象，大多数情况下一线员工都会直接实施全压启动操作，瞬间启动的电机增加了电流，严重冲击了供电系统，如果馈电设备的保护设备无法有效化解这部分冲击，将发生熔断保险设备的现象，或者引起供电系统跳闸，引起井下出现大规模停电的问题，威胁了电网稳定供电。

（5）煤矿井下供电系统应用中性点不接地系统。系统发生一相金属性接地故障时，虽然三相系统依然维持平衡，用电设备不改变工作状态，但由于升高未接地两相对地电压，增加了一相接地故障概率，导致两相短路，扩大了事故范围，因此运行不要超过2小时。当电缆线路出现一相接地故障，将无法自主恢复绝缘性能，需要快速断开电源[1]。

2无功功率补偿方式的确定

根据不同的补偿位置，无功功率补偿方式包括集中补偿、分散补偿和就地补偿三种。

（1）集中补偿。这是煤矿企业普遍应用的无功功率补偿方式。在地面变电所的母线上安装无功功率补偿装置。该种补偿方式可以有效利用设备，便于维护，不会发生较大的事故，最大程度减小无功负荷与电能耗损。

（2）分散补偿。将无功功率补偿装置分别安装在供电系统干线上，提高了功率因数，减少线路通过的电流，防止发生严重的线损故障。

（3）就地补偿。在井下大功率电机周围并联供电回路，并安装无功补偿装置，具体为了补偿大功率电动机运行所需的无功量。该种方式得到的能量交换距离最短，减少了线路内通过的电流。是最理想的补偿方式，在煤矿供电系统中普遍应用，获得较好的效果。在不断拓展煤矿工作面的同时，相应延长了供电线路，而系统中大用量设备绝大部分在供电线路末端分布，故而将无功功率补偿装置安装在井下电网末端负荷中心，就地完成平衡无功电流，保证稳定供应电压，预防用电发生的其他问题[2]。

3无功功率补偿技术的应用

电力负荷是不断变化的，相应变化的还有无功功率，为保证无功平衡，需要无功补偿设备完成动态补偿，根据无功负荷的变化特点投切操作电容器。传统利用接触器投切低压无功补偿设备的电容器，运动速度较慢，还会出现过电压、涌流冲击等问题，容易破坏开关与电容器。为解决这部分问题，35kv煤矿选择应用无功补偿技术，合理安装静止无功补偿装置（SVC）。

SVC包括LC单调谐无功功率补偿及滤波回路和静止状态无功补偿单元。根据负荷与系统特征，在进线位置串联一组电抗器，对电压和闪变有效限制。工作原理是LC调谐高次特征谐波频率，形成短路通道，發挥了滤波功能;对基波来说，LC回路向电网提供容性无功，一定程度彰显了无功功率补偿的作用;LC回路通常根据最大负荷冲击对应的补偿容量提供容性无功功率，安装结束则无法改变。

SVC装置仅包括TCR与FC，FC对滤波和固定容性无功功率QFC有效综合，TCR回路采用触发晶闸管角变化情况提示电抗器通过的电流大小，进一步转变输出的感性无功QTCR，感性无功与容性无功彼此消除，只要实现Q=QIod-QFC+QTCR≈0或常熟，则电网功率因数=常数，电压无任务变化。此时调节器产生极快的动态响应速率，响应时间低于10ms。

控制保护监控系统可以并行操作数字控制信号，动态响应较快，控制精读较高，可以动态计算控制量，促使监控系统形成极强的抗干扰性能，提高了控制灵活度;高压晶闸管阀组采取并联压线方法，对最大过流和过压有效承受，联系电抗器实现动态响应，阀组通过高电位电路板获得能量，与空气有效绝缘，防止电压对晶闸管造成冲击，避免系统受到破坏;电抗器使用固化型铝线，其拥有较高线性度，动热稳定性较好，损耗较低，噪音相对较小，与感性负载非常接近，利用电子调节器与可控硅阀的连接实现控制相位的目标，从而对电抗器电流调节补偿，达到动态无功补偿的目标。

4结束语

在煤矿井下供电系统中科学应用无功功率补偿技术，帮助煤矿供电系统减少了电能耗损，解决了电网质量问题，扩大了煤矿企业的经济收益，保证矿井安全生产。故而，在煤炭行业大规模推广应用无功功率补偿技术具有一定的实际意义。

参考文献

[1] 刘治宇.凤凰山矿井下低压电网无功功率补偿及运行结果分析[J].煤，2018，（8）：76-78，105.

[2] 王秀兰.隔爆型无功功率自动补偿装置在煤矿井下低压电网供电系统中的应用[J].山西师范大学学报：自然科学版，2018，23（2）：64-65.