朱劍

摘 要煤炭是一種不可再生的能源礦產(chǎn)，其是由幾千萬年前的樹木沉淀在泥土之中，經(jīng)過各種形式的分解以及重組而形成的一種礦產(chǎn)資源，因?yàn)槊禾坷萌菀滓约皟?chǔ)存量大等特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用與人們的日常生產(chǎn)與生活之中。煤礦開采作為煤炭能源的唯一來源，因?yàn)槊禾績(jī)?chǔ)存地點(diǎn)往往處于地下較深的位置，開采具有一定的難度，需要地下作業(yè)，在開采之中，僅憑人力是不可能的，需要各種先進(jìn)設(shè)備的輔助與幫忙，這些先進(jìn)設(shè)備往往又需要著電力作為能源驅(qū)動(dòng)。而在地下深處，電力運(yùn)輸較為困難，就存在著電力功率不足等問題，阻礙著煤炭開采的順利以及高效進(jìn)行，為了提高煤礦井下的開采效率，就需要提高井下電網(wǎng)的功率因數(shù)。

【關(guān)鍵詞】功率因數(shù) 視在功率 無功功率

1 功率因數(shù)的定義

對(duì)于功率因數(shù)這個(gè)定義來講，通常被應(yīng)用與計(jì)算電力損耗之中，在井下的供電系統(tǒng)之中，存在多種計(jì)算參數(shù)，其中最為主要的計(jì)算參數(shù)包括了有功功率、無功功率以及視在功率，而所謂功率因數(shù)就是有功功率與視在功率所形成的比值。

因?yàn)橹苯有稳葸@個(gè)功率因數(shù)太過抽象，讓人十分難以深刻理解，所以采用一個(gè)相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單的線路模型圖來對(duì)線路之中的幾個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行描述，從而表現(xiàn)功率因數(shù)的存在。在這個(gè)線路模型圖之中，一共存在三個(gè)指數(shù)為R、L、C，其中R為總負(fù)載，L則為總電感，最后C是總電容，所表現(xiàn)的如下圖1中的內(nèi)容。

通常而言其中的電感電壓超前電流為90°，電容電壓滯后為90°，i則代表了線路之中的電流，那么有如下方程式。

i=Im sin wt

uR=URm sin wt=RIm sin wt

uL=ULm sin（wt+90°）=XLIm sin（wt+90°）

uC=UCm sin（wt-90°）=XCIm sin（wt-90°）

在基于霍爾電壓定律的基礎(chǔ)之上，形成了這樣一個(gè)公式：

u=uR+uC+uL=Um sin（wt+φ）

最終我們可以得出：瞬時(shí)功率為P、平均功率代表為P、無功功率表示為Q、視在功率表示是S，則最終可以用一個(gè)三角形來表達(dá)他們之間的功率關(guān)系。

2 提高供電網(wǎng)功率因數(shù)的意義

2.1 提高設(shè)備的利用率

在煤礦井下的開采工作之中，所要利用到的很多設(shè)備因?yàn)殡娋W(wǎng)功率因數(shù)的原因，沒有處于最佳的利用效率之上，如果能夠有效的提高供電網(wǎng)的功率因數(shù)，則能夠有效的提高設(shè)備利用率，此舉不僅僅減少了電力資源的損耗，同時(shí)也提高了煤礦開采的效率與質(zhì)量。開采設(shè)備在工作之中所提供的動(dòng)力是由發(fā)動(dòng)機(jī)所提供的，發(fā)動(dòng)機(jī)作為開采設(shè)備的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，其決定了開采設(shè)備的利用率，通常情況下，在發(fā)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)將發(fā)動(dòng)機(jī)按照視在功率S來進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此如果實(shí)在額定的電流以及電壓之下，在開采設(shè)備正常運(yùn)行之中，如上述所得公式表達(dá)，發(fā)動(dòng)機(jī)所輸出的有功功率與所接負(fù)載的功率因數(shù)有著非常直接的關(guān)系，那么就可以有效的得出，如果功率因數(shù)為1，其所接的負(fù)載為電阻性負(fù)載之時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)所輸出的有功功率是與其設(shè)計(jì)時(shí)的視在功率相同的，但是如果其所接的負(fù)載為感性負(fù)載之時(shí)，那么此時(shí)的功率因數(shù)就低于1，那么此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)所輸出的有功功率是低于設(shè)計(jì)時(shí)的視在功率的，就造成了利用率的降低，因此提高供電網(wǎng)功率因數(shù)，能夠有效的提高設(shè)備的利用率。

2.2 降低供電網(wǎng)損耗

在談及煤礦井下電網(wǎng)損耗時(shí)，通常情況下，電網(wǎng)損耗的最大影響因素就是線路損耗，這是由于電力所要經(jīng)過線路的傳輸?shù)侥繕?biāo)地點(diǎn)，其線材是具有導(dǎo)電性能的，只要是具有導(dǎo)電性能的物品就具有電阻，因?yàn)殡娮璧拇嬖跁?huì)出現(xiàn)線路上電能的損耗。當(dāng)功率因數(shù)較低時(shí)，其線路損耗會(huì)隨之增加，在這種情況之下，加大功率因數(shù)，就能降低線路損耗，從而提高發(fā)電設(shè)備的電力壓力，使更多設(shè)備得到充足的電力供應(yīng)，與此同時(shí)又能提高電能的利用效率，從而降低煤礦井下開采的電能成本，幫助煤礦節(jié)約資源，促進(jìn)煤礦的良性發(fā)展。

3 無功補(bǔ)償提高功率因數(shù)

3.1 并聯(lián)移相電容器組方法

通過上述對(duì)于功率因數(shù)的介紹可以了解到功率因數(shù)是有功功率與視在功率形成的比值，因此如果可以采取一定的方法降低無功功率那么將在側(cè)面提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。在并聯(lián)移相電容器組這個(gè)無功補(bǔ)償方法之中，可以采用電容器所產(chǎn)生的無功功率去彌補(bǔ)電感負(fù)載所需要的無功功率，從而能夠充分降低低電網(wǎng)所需要的無功功率，由此來提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。

在這種方法之下有優(yōu)點(diǎn)也有其缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)在于因?yàn)槭遣捎昧穗娙萜鱽磉M(jìn)行無功功率的降低，因此其相對(duì)而言沒有震動(dòng)與噪音，并且資金投入規(guī)模并不大，所需要的維護(hù)措施比較簡(jiǎn)單，在整個(gè)方法的進(jìn)行步驟較少，方法進(jìn)行的也比較簡(jiǎn)潔，被很多煤礦井下電網(wǎng)工作者所廣泛使用。但是也存在著其缺點(diǎn)，就是其降低無功功率有著明顯的刻度劃分，因此很難根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行準(zhǔn)確的無功功率調(diào)節(jié)，導(dǎo)致最后的功率因數(shù)沒有辦法形成最優(yōu)的數(shù)據(jù)，而且電容器需要一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的工作環(huán)境，所以在煤礦井下的環(huán)境中，容易受到干擾，從而發(fā)生電容器不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致功率因數(shù)提升出現(xiàn)問題。

3.2 同步調(diào)相機(jī)方法

同步調(diào)相機(jī)不僅僅能夠產(chǎn)生無功功率，并且在其工作之中也會(huì)消耗無功功率，從而提高井下電網(wǎng)的功率因數(shù)。同步調(diào)相機(jī)可以視為是一個(gè)容量大的空載運(yùn)行發(fā)電機(jī)，其在工作之中，會(huì)根據(jù)其容量大小，產(chǎn)生相應(yīng)程度上的無功功率，而又在欠勵(lì)磁的時(shí)候，對(duì)無功功率進(jìn)行消耗，可以說是一個(gè)自產(chǎn)自銷的方法。

同步調(diào)相機(jī)方法的優(yōu)點(diǎn)在于因?yàn)槠涫歉鶕?jù)自身來產(chǎn)生無功功率并且消耗無功功率，可以對(duì)產(chǎn)生的無功功率進(jìn)行相當(dāng)精細(xì)的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的細(xì)微調(diào)整，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的一種的功率因數(shù)，在設(shè)定好程序之后，甚至可以在一定程度上自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。其缺點(diǎn)在于，同步調(diào)相機(jī)是一種相當(dāng)巨大的設(shè)備，在一般的煤礦井下都難以施展，因此其所使用的環(huán)境受到了嚴(yán)格的限制，通常實(shí)在大型變電所之中進(jìn)行工作運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

對(duì)于煤礦井下工作而言，在保證安全的前提下，要進(jìn)行成本以及效率的提升，從而才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下，占據(jù)有利地位，實(shí)現(xiàn)煤礦開采與勘探企業(yè)的良性發(fā)展，促進(jìn)整個(gè)行業(yè)前進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]暴封盛.煤礦井下電網(wǎng)提高功率因數(shù)措施可行性研究[J].電力電網(wǎng)，2016.

[2]孔英秀.功率因數(shù)對(duì)工廠供配系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011.

作者單位

邯鄲市孫莊采礦有限公司 河北省邯鄲市 056200