煤矿井下供电系统无功功率的补偿技术分析

宋学凯

摘 要：由于煤矿的井下供电网络线路长度较大，导致电网的负荷量较大，用电设备将长期处于低功率运行的状态下，从而导致电能受到极大的浪费和损耗。这种情况在中央变电所的供电系统中尤为常见。无功功率补偿技术的应用能够提高供电系统中的功率因数，从而降低电网的负荷和电能的损耗，改善供电的条件，提高供电的质量。因此，无功功率补偿技术在供电系统中具有良好的应用前景，特别是在煤矿的井下供电系统中具有良好的节能作用。

关键词：煤矿；井下供电系统；无功功率补偿技术

一、煤矿井下供电系统的特点

煤矿井下供电系统的运行条件较为恶劣，井下的环境阴暗潮湿，经常会引起电缆等设备受潮的现象。井下供电系统通常是使用电缆来连接各个用电设备，用电线路中的负荷变化性较大，容易对线路造成较大的损坏。此外，井下的电缆巷道相对较窄，当巷道中出现矿车倾倒或岩石掉落的问题，将会引起电缆的极大破坏，从而影响井下的正常供电。在井下采矿的过程中，所需的用电设备较多，电气设备长期处于过载运行的状态中。而一些大功率的用电设备采用的都是全压直接启动的方式，在启动的瞬间，急速增加的电流会导致线路中的电流达到额定电流的10倍以上。在这种情况下，线路中的电压会急速下降，若电网的安全保护装置设置不合理，将极有可能导致电网出现大面积的停电故障。

我国的煤矿井下供电网络主要采用中性点不接地的系统。在这种系统中，一旦出现金属相接地的现象，用电器仍然能够正常的运行，但未接地的两端电压会出现相对升高，这很容易引起用电事故。因此，当出现一相接地的现象时，用电系统是不能长期运行的，必须在2小时之内切断电源，只有这样才能防止事故的进一步扩大。

二、煤矿井下无功功率存在的危害

煤矿井下供电系统中存在的大量感性负荷会消耗大量的无功功率，从而导致电路中电压的损耗和电能的损耗增加。一些无功负荷还会造成电压的剧烈波动，导致电网的供电稳定性遭到破坏，一些设备出现开机困难的问题，甚至被烧毁。这种作用在一些大功率的用电设备上表现更为明显。

三、井下使用无功补偿的意义

煤矿井下用电系统采用无功补偿的意义主要体现在四个方面。

首先，补偿无功功率可以降低无功损耗，从而起到节约电能的作用。井下供电系统采用无功功率进行补偿后，可以提高电能的利用率，其实质就是节约了能源。其次，无功功率能够提高电网中的功率因数。按照就近原则，无功功率可以抵消电网中的感性无功电流，从而起到提高功率因数的作用，使其达到国家对电网的标准。再次，无功功率可以提高变压器的利用率和电网的负载能力。无功功率在电网中起到了承载容量的作用。这有效地分担了电网线路中的负载，使得变压器的容量使用率也有所下降。在进行无功补偿后，变压器的无功功率输出减少，实际的工作功率近似于有功功率，这就提高了功率的利用率，降低了电路中的无功电流，提高了线路的承载力。最后，无功功率补偿还可以稳定电网中的电压。当井下电网中存在较多的无功功率时，电网中电压的波动较大。在补偿了无功功率后，电网电压的稳定性得到了更好的保障，二次电压波动的现象得到了较好的控制。

四、无功功率自动补偿装置的工作原理

无功补偿技术的原理就是通过能量之间的转换来实现容性设备无功功率的补偿。井下电网在运行的过程中会产生大量的感性负荷，这些感性负荷的存在会导致无功功率受到一定的损耗，从而导致电网中的电压和电流出现不同的相位，产生的相位差被称为功率因素角。在电路中将具有容性功率负载的装置和感性负载装置进行并联，就能使两者相互吸收所释放的能量，从而完成能量的转换，低效率电流和电压之间的相位差，从而提高了无功功率。

五、无功补偿技术的主要类型

（一）就地无功补偿

就地无功补偿是指在用电设备的周围直接并联一个电容器，从而在电路中形成与电动机的回路并联。这种补偿方式在低压电网中使用的较多。在这种补偿方式中，主要采用的设备有晶闸管和机械开关。两者都可以作为电路中的投切开关来使用。电容器的自动投切则由就地电压传感器来控制。在电网运行的过程中，电容器为电机提供无功负荷，这样能够减少能量交换的距离，将线路的电路控制在最小的范围内。在电路不变的情况下，线路的损耗和电流呈正比，就地无功补偿的方式能够起到良好的节能效果。

（二）分散无功补偿

分散无功补偿是在变压器的低压端并联一个电容器，以此来达到增强支路功率的作用。在此情況下，电路中的电流和电能损耗都能得到有效的降低。

（三）集中无功补偿

集中无功补偿的方式是将电容器并联在变电站降压母线的一段。这种补偿方式的优点在于能够对电路电压实现良好的控制，在自动投切的实现上也更加容易，能量的利用率高，电网更易维护，电网、变压器和线路中的无功负荷能够得到有效的控制。但这种方式也有一个缺陷，就是不能降低电网支路中的无功负载和能量的损耗。

六、无功补偿技术在煤矿供电系统中的应用

（一）降低供电线路的功率损耗

在三相供电网络中，线路功率的损耗主要是以热损耗的形式产生的。煤矿井下供电系统的功率通常较低，采用无功补偿的方式能够将自然功率进行显著提升。在电路负载稳定的情况下，电路中的功率损耗能够得到有效控制。

（二）提高线路的供电能力

供电网络在经过无功补偿后，线路的负载电流能够得到有效的降低，所需电缆的横截面积也有相应的下降。因此，经过无功补偿后的电路节电的效果十分显著，供电能力也有了极大的提高。

（三）减少供电线路电压的损失

在电路中安装无功补偿装置后，线路上只需要有较小的电流进行完成电能的正常传输，这样能够将线路中的电压损失降到最低，并且提高电压的稳定性，对用电设备而言，工作的负荷也有了相应的降低。

七、结束语

无功补偿技术在煤矿井下供电系统中的应用能够有效地降低电网中的电能损耗，提高供电的稳定性和质量，能够更好地确保煤矿企业的经济效益，供电的安全性也能够得到更好的保障，因此，无功补偿技术在煤矿产业中具有良好的应用前景。

参考文献

[1]樊英，张丽，薛钟兵，等.基于V2G的无功功率补偿技术[J].电网技术，2013（2）：67-68.

[2]查正勇.电力系统无功功率补偿技术的相关研究[J].科技致富向导，2015（2）：22-23.endprint