宋少輝 張洪飛 尹海濤

作者簡(jiǎn)介：宋少輝（1983.10-），男，河南省鄭州市新密市人，助理工程師，現(xiàn)從事礦井供電技術(shù)管理工作。

摘 要： 煤礦井下電網(wǎng)供電系統(tǒng)由于線(xiàn)路長(zhǎng)、用電負(fù)荷大、存在大量感性負(fù)荷，這些感性負(fù)荷在配電系統(tǒng)中大量消耗無(wú)功功率，導(dǎo)致系統(tǒng)功率因數(shù)的降低，井下各用電設(shè)備長(zhǎng)期在功率因數(shù)較低的情況下運(yùn)行，電網(wǎng)的線(xiàn)路損耗所造成能源浪費(fèi)極大。在井下供電系統(tǒng)加裝無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，對(duì)煤礦企業(yè)保證生產(chǎn)、節(jié)能降耗具有重要意義。

關(guān)鍵詞： 井下供電;無(wú)功補(bǔ)償;節(jié)能降耗

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD611 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.35.221

1 供電系統(tǒng)基本情況分析

6KV高壓從地面變電站經(jīng)高壓銅芯電纜3×50m2—400m送至井下中央變電所，再經(jīng)高壓電纜3×50m2—4940m送至采區(qū)變電所，從采區(qū)變電所送出多路負(fù)荷，其中一路送往掘進(jìn)工作面的一臺(tái)移變，額定容量為500KVA，所用電纜為3×50m2—500m。移變二次側(cè)電壓等級(jí)均為660V，平均功率因數(shù)均為0.5～0.7。移變到負(fù)載采用0.66/1.14KV移動(dòng)阻燃電纜 3×70m2—1000m。

從上述井下供電系統(tǒng)基本參數(shù)可以看出從地面變電站到工作面移變距離比較遠(yuǎn)，6KV高壓電纜長(zhǎng)度達(dá)到了5840m。工作面移變二次側(cè)低壓線(xiàn)路功率因數(shù)較低，且負(fù)載距離較遠(yuǎn)。負(fù)載所需無(wú)功功率由地面變電站提供，大量無(wú)功電流通過(guò)遠(yuǎn)距離高低壓電纜傳輸，線(xiàn)路壓降較大，線(xiàn)路及變壓器損耗比較嚴(yán)重。

在移變二次側(cè)安裝使用無(wú)功補(bǔ)償裝置，可以將負(fù)荷所需大部分無(wú)功功率就近補(bǔ)償，使得供電線(xiàn)路中電流下降，系統(tǒng)功率因數(shù)提高，從而降低了無(wú)功電流損耗，提高了線(xiàn)路端電壓，達(dá)到穩(wěn)定電網(wǎng)電壓及節(jié)能降耗的目的。

2 無(wú)功補(bǔ)償產(chǎn)品安裝與選型

WBB系列礦用隔爆型無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置有以下四種型號(hào)：WBB-640/1140、WBB-360/660、WBB-320/1140、WBB-180/660。補(bǔ)償裝置可與煤礦井下供電系統(tǒng)中容量為1250KVA以下的移動(dòng)變電站或干式變壓器并聯(lián)使用。在井下主要應(yīng)用場(chǎng)所為：

1）用在井下綜采工作面移動(dòng)變電站二次側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償。

2）用于井下變電所干式變壓器二次側(cè)單獨(dú)補(bǔ)償。

3）用在掘進(jìn)、開(kāi)拓等系統(tǒng)供電變壓器二次側(cè)單獨(dú)補(bǔ)償。

由于移變到負(fù)荷距離較遠(yuǎn)，補(bǔ)償方式最好采用就地補(bǔ)償，即將補(bǔ)償裝置安裝于用電設(shè)備附近，設(shè)備運(yùn)行時(shí)所需的無(wú)功負(fù)荷由補(bǔ)償裝置就地供給，能量交換距離最短，可最大限度降低線(xiàn)路電流。

補(bǔ)償容量按照變壓器額定容量的1/3進(jìn)行估算，移變二次側(cè)所需無(wú)功功率容量為： 500×1/3=167KVar。所以可選擇一臺(tái)WBB-180/660礦用隔爆型無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置，其補(bǔ)償容量為0～180KVar。

3 節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）補(bǔ)償前后電流計(jì)算

公式I=P3Ucosφ：

（2）補(bǔ)償后減少的供電線(xiàn)路功率損耗計(jì)算

公式：ΔP=3（I21-I'21）∑R

（3）補(bǔ)償后減少的變壓器功率損耗計(jì)算

公式：ΔP變=PS21cos2φ1-1cos2φ2PK+λQK

QK=UK%SN×10-2=35（kvar）

UK——變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)

（4）節(jié)省電能經(jīng)濟(jì)效益概算

全系統(tǒng)補(bǔ)償后減少的功率損耗為：

ΔP變=ΔP線(xiàn)+ΔP變

4 安全效益定性分析

在井下供電系統(tǒng)加裝無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，對(duì)煤礦企業(yè)保證生產(chǎn)、穩(wěn)定產(chǎn)量、節(jié)能降耗具有重要意義，概括來(lái)講可分為以下幾點(diǎn)：

1）提高功率因數(shù)，降低無(wú)功損耗，減少電能浪費(fèi)

采用補(bǔ)償后，系統(tǒng)功率因數(shù)提高，使變壓器及供電線(xiàn)路中電流下降，降低了無(wú)功電流損耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2）穩(wěn)定電網(wǎng)電壓

井下感性負(fù)荷大量產(chǎn)生無(wú)功功率，必然導(dǎo)致供電系統(tǒng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)。無(wú)功功率大，電網(wǎng)電壓波動(dòng)幅度大，無(wú)功量變化頻率快，電網(wǎng)電壓波動(dòng)頻率隨之加快。安裝使用無(wú)功補(bǔ)償后，將大部分無(wú)功功率就近補(bǔ)償，勢(shì)必導(dǎo)致供電網(wǎng)無(wú)功功率顯著減少，減小了電網(wǎng)電壓及井下變壓器二次電壓波動(dòng)范圍，在全補(bǔ)償?shù)那闆r下，端電壓提高5%左右，為大功率電機(jī)順利起動(dòng)創(chuàng)造了有利條件。

3）提高了供電系統(tǒng)的利用率

井下用電設(shè)備與地面電源之間存在大量往復(fù)交流的無(wú)功功率，這些無(wú)功功率必然占用供電系統(tǒng)許多容量，造成供電線(xiàn)路帶負(fù)荷能力下降，井下變壓器容量利用率下降，各級(jí)控制開(kāi)關(guān)帶載能力下降，加裝無(wú)功補(bǔ)償后，使井下變壓器視在功率接近于有功功率，有效提高了視在功率利用率，供電線(xiàn)路及各級(jí)控制開(kāi)關(guān)因減少了無(wú)功電流，大大提高了承載能力。

4）減少電氣事故率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命

變壓器、供電線(xiàn)路、各級(jí)控制保護(hù)開(kāi)關(guān)及供電系統(tǒng)所有主回路連接點(diǎn)的溫升與流過(guò)該系統(tǒng)的視在電流成正比，視在電流大，必然導(dǎo)致溫度升高快，溫度超越絕緣強(qiáng)度后，勢(shì)必引起老化、接地、放電、弧光短路等各類(lèi)事故，甚至引起漏電傷人，導(dǎo)致設(shè)備壽命縮短，維修工作量加大，增加維修資金支出，縮短設(shè)備更新周期，增加設(shè)備投資費(fèi)用。經(jīng)無(wú)功補(bǔ)償后，系統(tǒng)視在電流下降30%左右，所有電氣設(shè)備承受實(shí)際電流減小，減少了因電流大造成各類(lèi)電氣事故的機(jī)率，事故率下降必然提高設(shè)備的開(kāi)機(jī)率，減少事故處理時(shí)間必然增加正常生產(chǎn)時(shí)間。

總之，在煤礦井下安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備能夠起到節(jié)能降耗、節(jié)約投資、減少事故、增產(chǎn)增效的作用。