【摘 要】本文結(jié)合煤礦井下供電系統(tǒng)的特征，介紹了電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)脑砑白饔?，并根?jù)煤礦現(xiàn)使用情況實(shí)例，重點(diǎn)闡述了無功功率補(bǔ)償裝置的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了降低電耗，提高功率因素，達(dá)到礦井節(jié)能降耗、節(jié)能減排的要求。

【關(guān)鍵詞】煤礦礦井；電力系統(tǒng)；無功補(bǔ)償

1.井下供電系統(tǒng)的特征

①采區(qū)工作面環(huán)境惡劣。②井下電氣設(shè)備起動(dòng)頻繁，負(fù)荷變化大。設(shè)備容易出現(xiàn)過載、電壓不穩(wěn)定，特別是采區(qū)綜采機(jī)組大功率電動(dòng)機(jī)，都是全壓直接起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)電流猛升到6～12倍額定電流值范圍內(nèi)，而電壓瞬時(shí)降壓，這種特點(diǎn)對并聯(lián)補(bǔ)償電容器設(shè)備內(nèi)部保護(hù)提出了能夠承受和限制的要求。③我國煤礦井下供電系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。煤礦井下采用中性點(diǎn)接地，目的是減少觸電，電火災(zāi)和瓦斯煤塵爆炸的危險(xiǎn)。電網(wǎng)一相接地，在變壓器中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中形成單相短路。

2.采用井下無功補(bǔ)償?shù)淖饔?/p>

隨著現(xiàn)代化礦井快速發(fā)展，井下機(jī)械化程度不斷提升，大功率電機(jī)的大量使用，各種感性負(fù)荷與地面電網(wǎng)供電電源之間必然循環(huán)著大量無功功率，造成井下供電質(zhì)量惡化，同時(shí)無功損耗帶來電能浪費(fèi)嚴(yán)重。采用井下無功補(bǔ)償后具有如下作用：

①提高功率因數(shù)。②提高供電系統(tǒng)的利用率，減少輸配電損耗，節(jié)約電能。③穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。④抑制諧波、凈化電網(wǎng)。⑤減少電氣事故率，延長設(shè)備使用壽命。

3.WBXJ系列礦用隔爆兼本質(zhì)安全型無功補(bǔ)償及諧波治理設(shè)備

WBXJ系列礦用隔爆兼本質(zhì)安全型無功補(bǔ)償及諧波治理設(shè)備適用于含有甲烷混合氣體，具有爆炸危險(xiǎn)的煤礦井下。在交流50Hz、額定電壓3.3kV、1.14kV的供電電網(wǎng)中，能夠快速、連續(xù)地提供容性和感性無功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，特別適用于煤礦井下大功率電機(jī)集中使用、沖擊性負(fù)荷頻繁起動(dòng)的電網(wǎng)末端，保障供電系統(tǒng)和用電設(shè)備穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

3.1 構(gòu)造分析

WBXJ系列礦用隔爆兼本質(zhì)安全型無功補(bǔ)償及諧波治理設(shè)備由以下部分組成：①WBLB/K無功補(bǔ)償及有源濾波裝置用礦用隔爆型電抗器（簡稱起動(dòng)箱）。②WBLJ礦用隔爆兼本質(zhì)安全型無功補(bǔ)償及有

源濾波器（簡稱功率單元箱）。③WBB/K電容補(bǔ)償裝置用礦用隔爆型電抗器（簡稱電抗器箱）。④WBB電容補(bǔ)償裝置用礦用隔爆型電容器（簡稱電容器箱）。其中，起動(dòng)箱和功率單元箱為一支路（簡稱SVG支路），電抗器箱和電容器箱為一支路(簡稱FC支路)，兩支路并聯(lián)后接入電網(wǎng)中，見圖1。

3.2 技術(shù)參數(shù)

額定電壓：3.3kV。

補(bǔ)償容量：①SVG支路：-1200kvar（感性）～+1200kvar（容性）。②FC支路（容性）：600kvar。

4.WBXJ系列在煤礦的應(yīng)用分析

4.1 樣機(jī)運(yùn)行情況

①試驗(yàn)時(shí)間：2011年7月運(yùn)行至今。②試驗(yàn)負(fù)荷：后部機(jī)頭、前部機(jī)頭（700/350kW）。③試驗(yàn)環(huán)境：在含有甲烷和煤塵爆炸危險(xiǎn)的場所，環(huán)境溫度為35℃。

4.2 現(xiàn)場性能測試及分析

1）電網(wǎng)電壓、電流試驗(yàn)。兩種條件下的系統(tǒng)電壓、電流數(shù)據(jù)見表1。

比較上表兩種條件下的系統(tǒng)電壓、電流數(shù)據(jù)可以得出：①未投SVG時(shí)，負(fù)荷啟機(jī)，電壓下降至2.51kV，電流達(dá)到156A。啟動(dòng)時(shí)電壓電流突變的時(shí)間約為3.6s，啟動(dòng)全過程約為40s。②投入SVG后，負(fù)荷啟機(jī)時(shí)，電壓最低也高于2.76kV，電流低于140A。啟動(dòng)時(shí)電壓電流突變的時(shí)間約1.9s，啟動(dòng)全過程約30s。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間明顯縮短，啟動(dòng)壓降變小，啟動(dòng)電流降低。

2）諧波測試。兩種條件下的系統(tǒng)母線的諧波數(shù)據(jù)見表2。

比較上表兩種條件下的諧波可以得出：①未投SVG時(shí)，諧波電壓小于1%；諧波電流小于40A。②投入SVG后，諧波電壓小于6%；諧波電流小于30A。

3）功率因數(shù)。兩種條件下的系統(tǒng)母線的功率因數(shù)數(shù)據(jù)見表3。

比較上表兩種條件下的功率因數(shù)可以得出：①未投SVG時(shí)，功率因數(shù)約0.78。②投入SVG后，功率因數(shù)不低于0.96。

4）無功功率。兩種條件下的系統(tǒng)母線的無功功率數(shù)據(jù)見表4。

比較上表兩種條件下的無功功率可以得出：①未投SVG時(shí)，運(yùn)行時(shí)無功功率約213kvar。②投入SVG后，運(yùn)行時(shí)無功功率約20kvar。

5.結(jié)語

文章針對目前井下電網(wǎng)和用電設(shè)備產(chǎn)生大量的無功功率，提出采用無功功率補(bǔ)償裝置，實(shí)現(xiàn)了從感性到容性的連續(xù)、平滑、動(dòng)態(tài)、快速的無功功率補(bǔ)償，響應(yīng)時(shí)間快，可快速跟蹤負(fù)荷變化，增加了用電設(shè)備和輸配電設(shè)備的使用壽命。在社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益方面，該系統(tǒng)的投運(yùn)，經(jīng)濟(jì)效益明顯，并大大減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。