无功补偿在煤矿供配电系统中的应用探讨

摘要：本文首先阐述了煤矿供配电系统无功补偿的方式与原则，通过煤矿110kV总降压变电站供配电系统相关实例，对煤矿三个采区供配电系统中5VC无功补偿及谐波过滤装置的应用进行了非常详细的分析。通过对应用效果分析可以证明：5VC无功补偿及谐波过滤装置进行无功补偿和谐波治理具有良好的效果，具有显著的节能经济效益。

在煤矿供配电系统中，受矿井中有大量阻感性负载存在的影响，包括大功率交流异步电动机、水泵、采煤机、配电变压器等，造成运行过程中有较大无功功率产生，使得大量的无功电流发生流动，这样势必会使得变压器、输配电线路、机电设备在运行过程中发生的损耗提高，最终带来负面影响，降低了供电电能质量、供电电压水平、以及电能转换效率，对煤矿供配电系统供电的可靠性、安全性产生了直接的影响，对矿井机电设备的平稳、高效运行产生了严重的破坏作用。无功补偿装置像SVG、SVC、TSC等，主要是在同一电路中把具有感性功率的负荷与具有容性功率的负荷装置并联在一起。启动无功补偿装置的感性负荷对煤矿供配电系统中容性负荷释放的系统能量进行吸收也可以启动无功补偿装置的容性负荷对感性负荷释放的系统能量吸收，如此就可以平衡煤矿供配电系统中的感性分量与容性分量，这样就会使得供配电系统中供电质量实现改善，进而实现功率因数的提高、能够对电压调节、使得线损有效降低等最终达到降耗节能目的。

1 煤矿供配电系统无功补偿相关原则与方式

1.1.无功补偿原则

在实践过程中为了保障无功补偿位置、方式的选择恰当合理，需要以煤矿供配电系统电气负荷容量、网络结构、种类等特性为依据。《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》相关规定特别明确：供配电系统中配电变压器的无功补偿装置容量负荷自然功率因数至少要达到0.85，配电变压器最大负载率在75%，其高压侧功率因数经无功补偿后至配电变压器最大负荷工况时至少要达到0.95，进行无功补偿容量配置也可以依据配电变压器容量的20%～40%展开。

1.2.煤矿供配电系统无功补偿方式

1.2.1.变电站统一进行无功补偿方式

在煤矿变配电站统一展开无功补偿，确保无功补偿的合理性，为了使煤矿供配电系统输配电线路的功率因数得以改善，一般在变配电站的lOkV母线设置无功补偿装置，并通过有载调压接头对供配电系统电压进行合理的调节，最终实现降耗节能，取得更高的经济效益。

1_2.2.配电变压器低压侧集中无功补偿方式

将无功集中补偿方式应用于煤矿配电变压器低压380V侧，同时要与微机控制等技术相结合，补偿范围可以达到几十到几百kVar。这种补偿方式对企业、工厂、煤矿等非常适用，这些场所已经专用变的无功补偿。

1.2.3.就地分散无功补偿方式

将低压无功补偿措施在矿井用电设备终端就地分散补偿，这种方式可以使煤矿供配电系统输电线路损耗最大程度地降低，为系统供电电压保持稳定创造了有利的条件。在GB500522009《供电系统设计规范》内容十分明确：如果用电设备具有较大的容量、负荷十分平稳，并且被使用的过于频繁，实施无功分散就地补偿方式非常适合，同时应当与微机智能型调控措施相结合，具有较高的性价比，并且使用起来特别方便、不必进行维护等，具有众多的优点，降耗节能效果非常显著。

2.当前煤矿供配电系统运行情况与无功补偿必要性分析

一座llOkV，总共降压变电站在某煤矿新建，安装的SFIO 20000/110，110/10.5kV一共两台，安装的电力变压器为20MW三相风冷油浸式，两台主变一台运行，一台备用，相互之间可以备用。主变低压侧是lOkV，高压侧是llOkV。按照200MV.A设计低压侧lOkV母线的最小短路容量。煤炭开采生产机电设备主要分布在三个采区，即中央采区、十二采区、十一采区，由llOkV总降压变电站直接供电，主要通过其低压lOkV母线侧经lOkV地埋电缆与架空线路来实现，也就是说在中央采区处设置llOkV总降压变电站，通过双回lOkV地埋电缆把电源引到中央采区lOkV变配电所；通过双回3km型号是LGJ 150/35的lOkV架空线路把电源向十一采区引入；通过双回5km型号是LGJ 185/35的lOkV架空线路把电源向十二采区引入。三个采区全部有刮板运输机、采煤机、转载机、通风机、掘进机等机电设备，拥有非常大的功率，采区lOkV变配电所可以进行直接供电。以单母线分段接线方式对采区lOkV变配电所进行设计，把母联开关加设在中间，I段母线、II段母线电源分别从llOkV总降压变电站lOkV低压侧引进。中央采区的机电设备一共四百一十二台，其中有三百六十九台属于工作设备，四十三台设备专门用于备用，工作容量是15683kW，设备总容量是19873kW，功率因数是O.82；十一采区的机电设备一共一百零八台，其中有八十二台属于工作设备，有二十六台属于备用设备，工作容量为6119kW，设备总容量为8036kW，功率因数是0.80；十二采区的机电设备一共一百三十二台，其中有九十八台属于工作设备，有三十四台属于备用设备，工作容量为7334kW，设备总容量为9167kW，功率因数是O.79。结合运行分析不难发现，从三个采区lOkV变配电所系统线损程度来看特别高。所以，为了实现采区lOkV配电系统运行环境的改善采取合适的无功补偿方案，使得供电可靠性、系统功率因数实现提高，围绕采区配电系统展开降耗节能探究，对于工程实践而言具有重要的应用意义。

3.煤矿供配电系统无功补偿方案

3.1.补偿方案

为了对煤矿三大采区lOkV变配电所的无功波动、补偿功率因数、治理谐波等做到有效地解决，将一套SVC动态无功补偿装置装设在煤矿llOkV总降压变电站，在llOkW总降压变电站的lOkV母线上安装。两组H33次谐波滤波器、一组TCR型静止无功补偿装置、一组H77次谐波滤波器、一组H55次谐波滤波器都SVC动态无功补偿包括的装置。在11采区与12采区的lOkW变配电所中安装两组H33次谐波滤波器，其余的设备安装在靠近中央采区的110kW总降压变电站中，包括H77次谐波滤波设备、H55次谐波滤波设备。通过计算可以得出这样的结果SVC动态无功装置的安装容量为11.88Mvar、有效补偿容量为9.2Mvar。

3.2.补偿效果分析

依据上面关于谐波滤波、SVC无功补偿方案的介绍，在线路敷设、盘柜设计后，经过调试以后投入运营，对数据采集进行分析，可以知道：有效控制了煤矿llOkV总降压变电所lOkV侧母线电压畸变率，经过补偿后总谐波畸变率为2.6%，对技术指标要求满足达到4%。补偿前三个采区10kV侧功率因数为0.856，补偿后的三个采区10kV侧功率因数为0.967，设备利用率获得了显著的提高，提高比例达到11.48%，对这个时候的高压无功补偿量观察，已经达到了300kVar，利用300kVar补偿柜使得实际运行需求得到了更好的满足；低压0.4kV侧功率因数在补偿前为0.82、0.79、0.8，经补偿后实现了显著的提高，已经达到了0.95、0.94、0.94，相应设备利用率也实现了显著的提高，已经达到了13.68%、15.96%、14.89%，无功补偿效果特别突出。

4.结束语

受矿井中有大量阻感性负载存在的影响，造成运行过程中有较大无功功率产生，使得大量的无功电流发生流动，这样势必会使得变压器、输配电线路、机电设备在运行过程中发生的损耗提高，最终带来负面影响，降低了供电电能质量、供电电压水平、以及电能转换效率，对煤矿供配电系统供电的可靠性、安全性产生了直接的影响，对矿井机电设备的平稳、高效运行产生了严重的破坏作用。无功补偿装置像SVG、SVC、TSC等，主要是在同一电路中把具有感性功率的负荷与具有容性功率的负荷装置并联在一起。启动无功补偿装置的感性负荷对煤矿供配电系统中容性负荷释放的系统能量进行吸收；也可以启动无功补偿装置的容性负荷对感性负荷释放的系统能量吸收，如此就可以平衡煤矿供配电系统中的感性分量与容性分量，这样就会使得供配电系统中供电质量实现改善，进而实现功率因数的提高、能够对电压调节、使得线损有效降低等最终达到降耗节能目的。

对实践应用得出的数据进行监测：在煤矿供配电系统中通过SVC无功补偿及谐波过滤装置展开无功补偿以及谐波治理，能够产生非常好的效果，在设备节电率、系统功率因数等方面均实现了显著的提高，能够产生非常显著的节能经济效益。

参考文献：

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[2]叶威.煤矿井下供配电系统无功补偿的探讨[J].商情，2012，（29）：125.

[3]代岩，李华新.煤矿配电低压无功补偿技术[J].煤矿机电，2009，（1）：102 103.

作者简介：余小龙（1986.06.12）男，汉族，江西省抚州市南丰县人，助理工程师，2010年毕业于河南理工大学电气工程与自动化学院电气工程及其自动化专业，目前就职于神华神东煤炭集团从事井下供电和电气设备维修维护工作。