无功补偿技术在煤矿中的应用

摘要：现代化煤矿存在大量感性设备及非线性元件，使煤矿供电系统功率因数下降、供电质量及可靠性降低、损耗增加，对煤矿的安全生产造成一定的影响。本文介绍了无功补偿技术在煤矿供电系统中的应用，对功率因数的提高、煤矿供电的可靠性有一定的参考价值。

关键词：煤矿供电 无功补偿 异步电机 SVC SVG

中图分类号：TQ113.26+6.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）09-0086-01

煤炭的生产离不开电力，供电质量及可靠性决定着煤炭的产量及安全，而功率因数的高低又影响着供电的质量，因此对于煤矿行业，提高系统的功率因数至关重要。目前的煤矿生产系统中，存在着大量的异步电动机等感性设备，这些设备将从电力系统中吸收无功功率以建立磁场，从而使电动机正常工作，但却造成了功率因数的下降，当电动机处于空载或轻载的状态时，系统的功率因数会进一步下降。而此文将从如何降低异步电动机运行对系统无功的影响及人为进行无功补偿着手，介绍一些无功补偿技术在煤矿行业中的应用。

1 无功补偿的原理及意义

1.1 无功补偿的原理

由于煤矿电力系统中存在大量感性负载，这些感性负载要吸收消耗一定的功功率，使得电力系统的电压和电流不同相，出现相位差，即功率因数角，因此将具有容性功率负荷的装置与感性负荷装置并联到同一电路里，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量。就这样两种负荷之间进行能量相互转换，拉小了电压和电流之间的相位差，从而提高功率因数，这就是无功功率补偿的基本原理。

1.2 提高功率因数对煤矿行业的意义

（1）提高电力系统的供电能力。在发电和输、配电设备的安装容量一定时，提高用户的功率因数，相应减少了无功功率和视在功率的需求量。在同样设备条件下，增大了电力系统的供电能力。（2）减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。由于用户功率因数的提高，使网络中的电流减少，因此网络中的电压损失减少，网络末端用电设备的电压质量得到提高。（3）降低供电网络中的功率损耗。当线路电压和输送的有功功率一定时，功率因数越高，则网络中的功率损耗越少。（4）降低企业的生产成本。由于提高功率因数可减少网络和变压器的电能损耗，使企业电费降低。

2 煤矿中无功补偿的方式

2.1 对异步电动机的处理方式

2.1.1 空载状态的处理方法

电动机在运行过程中必然出现空载情况，而感应电动机的负荷不足是功率因数降低的重要原因。对于负荷不足的大容量电动机可采用小容量的电动机替换（这样做一般可使功率因数提高20%～25%）。也可采用降压运行的方法来提高功率因数。如装设-Y自动切换装置。轻负荷时，将电动机的定子绕组由改换联结成Y运行。这样每相绕组电压降低至原来的，即。磁感应强度也下降至约原来的。如不考虑磁化曲线的饱和影响，空载相电流也将下降为原来的左右。因此电动机的空载线电流为原来的左右。由于电动机输出的有功功率为一定值，无功功率只有原来的左右，所以电动机的功率因数将有所提高。

2.1.2 就地补偿异步电动机

异步电动机在工作状态表现为感性负载，感性负载中会产生滞后的无功电流，而容性负载中则产生超前的无功电流，可起到相互补偿的效果。因此，可以将电力电容器与异步电动机并联在同一电路中，以用容性负载产生的超前无功电流修正电流和电压的相位差，从而提高功率因数。这种补偿方式异步电动机与电力电容器共用一个开关控制，同时工作同时退出，并且不可在异步电动机与电容器并联电路之间安装熔断器保护或开关。此方法电容器的利用率低，但补偿效果最有效，且不会出现过补偿现象。

设异步电动机的输出功率和功率因数非别为P、cosφ1，补偿后功率因数为cosφ2，则需要补偿的无功功率容量为：

2.2 静止动态无功补偿装置SVC

现代化煤矿生产系统中，除了大量的感性设备外，还存在大量的晶闸管等非线性元件，造成功率因数低、供电质量差、谐波等危害。目前，煤矿行业普遍采用TCR+FC型SVC静止动态无功补偿装置。

TCR+FC型SVC系统由TCR、FC滤波器、其控制系统组成。互感器采集母线电压及进线电流信号，经过变换后送给控制系统，经乘法器后得出需要补偿的无功功率，随后计算机发出触发信号，信号经放大后送给与电抗器串联的两个反并联晶闸管的触发端，控制其导通角，便可以向系统输出感性无功电流或容性无功电流，从而实现动态无功补偿。这种补偿系统较电容器投切方式响应时间快，灵活性强，而且还可以连续调节无功功率的输出，但是由于自身的特点，会产生5、7、11等特征次谐波，因此并联由电容器、电抗器组成的FC滤波器，利用电路谐振的特点，对特定次数谐波或以上谐波形成LC低通滤波器，以抑制高次谐波和无功补偿的作用。

3 结语

本文主要探讨了煤矿企业功率因数低的原因及功率因数低对煤矿企业的影响，介绍了煤矿供电系统无功补偿的常用方法及发展趋势。对煤矿供电系统的安全可靠运行有一定的借鉴价值。

参考文献

[1]陈立新，杨光宇.电力系统分析南[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2]余健明，同向前，苏文成.供电技术[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]韩振兴.SVG动态补偿装置在煤矿供电系统中的应用[J].水利采煤与管道运输，2010（2）：43～45.

[4]胡国文，於锋，王威.STATCOM与固定电容组合的高压异步电动机动态无功补偿节能技术[J].电力自动化设备，2011，31（3）：75～78.