浅谈煤矿井下无功补偿

浅谈煤矿井下无功补偿

摘要：本文首先介绍了无功功率的产生和危害，其次阐述了降低无功功率的方法，重点论述了无功补偿的重要意义。

关键词：煤矿无功补偿功率因数

随着我国浅煤层资源的储备越来越少，而国民经济的发展对能源的需求却要来越多，向深煤层进军就成为不可避免的趋势。然而，开采深度的大幅度增加，对大型采掘设备，支护设备运行的稳定性也要求很高，保证其正常工作的前提之一，就是能够提供稳定、优质的电能，所以如何保证电压稳定，减少电能损耗就成为我们关注的课题。

煤矿供电的电源应取自两个独立的电网，由于电源距实际用电负荷较远，在这种情况下末端电压就不能满足用电设备的要求，且用电负荷的功率因数也比较低。功率因数的高低直接影响了电力系统供电的优劣。提高功率因数，能有效的改善电网的供电能力和减少电能损耗。

1、无功功率的产生及危害

要想使电压满足终端负载的要求，最简单的方法是提高首端电源电压，弥补线路上的损失。但是，我国的《煤矿安全规程》中规定，下井设备电压最高不得超过，目前基本都维持在这个等级。而在煤矿井下供配电系统中广泛存在大量的感性负荷，即三相异步电动机和变压器。这些感性负荷在供电系统中会消耗大量的无功功率。随着采煤、掘进、运输机械化的发展，煤炭产量不断提高，使

得工作面的总装机容量也变得更大，而且随着巷道的延伸，供电距离也不断加大。由于生产设备自身消耗大量无功功率，使得井下电网功率因数达不到国家要求范围。因而我们就要想办法减少生产符合消耗电网中的无功功率，所以补偿容性无功功率来降低电压损失，是简单而行之有效的措施。

2、降低无功功率的方法

2.1 更换小负荷异步电动机

异步电动机的无功功率与其负荷率、电动机的额定功率因素有关。负荷率低地电动机，功率因素很低，为了减少电动机单位出力的无功损耗，更换负荷率低于45%的异步电动机是经济可行的。负荷率达到70%以上时，应不更换。异步电动机的负荷率在45%-70%间，是否更换电动机，可按公式计算决定。

2.2 降低低负荷率电动机的运行电压

降低低负荷率电动机的运行电压，可减少无功功率。使电动机在欠压下运行有两个途径：一是直接降低供电电源的电压，使电动机运行在欠压状态；二是改变电动机的改接线方式，增加相绕组线圈的有效匝数，提高电动机允许运行电压，如供电电压值不变，相对来说达到电动机在欠压运行状态。但欠压运行时，必须校验允许负荷及所拖动机械的最大及起动力距。

2.2.1 降低变压器出口电压

调节变压器的电压接头，可降低变压器出口电压，为了不影响其它负荷正常运行，这种方法一般仅适用在变压器——电动机组。

2.2.2 改变电动机定子绕组的接线方式

按电动机负荷、绕组接线方式不同，有以下几种该接线方式（仅使用在660v及以下电压的电动机）。（1）角形接线改为星形接线。异步电动机的绕组接线，由角形改为星形接线后，绕组有效匝数为原来的√3倍，则其起动力矩和最大力矩降低为原来的3倍，因此这种方法一般使用于电动机负荷率在35%-40%的电动机。异步电动机由角形改为星形接线降压运行后，可提高功率因素及效率。（2）并联改为串联。应用相同原理，可把二路、四路、六路并联的星形或角形接线的异步电动机改为一路、二路、三路星形或角形接法。并联改为串联后，其起动力矩和最大力矩均降低为原来的4倍，一般电动机的负荷率在25%以下时，经过校验后可使用此种改接方法。（3）多路星形及角形接法改为星-角混合接法。以上两种方法均有一定局限性，只能使用在负荷率比较低的异步电动机，如负荷率在40%以上则星形接法的电动机一般不能使用。结合这两种接法特点，把定子绕组连接有星形部分，又有角形部分，以适合电动机的负荷率及起动和最大力矩的要求。这种方法曾广泛应用于煤矿井下采区660伏升压改造中。（4）曲折形接法。在改制绕线型电动机时，如用星-角混合接线的改接线方式，有时会出现由单边磁拉力引起的不正常现象，这种现象在鼠笼型电动机改接线种还没有发现，因此在改制绕线型电动机时，采用曲折形接法比较好。

3、提高功率因数的方法

3.1 合理使用电能

（1）合理选择电气设备。（2）限制电动机空转。（3）合理选择供电电压。（4）降低由一台变压器单独供给的低负荷一步电动机的端电压。（5）改接小负荷一步电动机定子线卷的接线方式。（6）一高设备的检修质量。（7）根据负载情况，选择同步电动机代替异步电动机。（8）取代负荷在额定负荷45%以下的异步电动机。（9）倒换负荷小的变压器。（10）选择7与负荷容量相当的变压器。

3.2 无功补偿措施

（1）使用静电电容器。

（2）使用同步调相机和电动机作同步补偿器。

（3）异步电动机同步化及进相机等。

4、在煤矿井下应用动态无功补偿技术的意义

（1）提高电网的功率因数，提高供电系统的利用率井下用电设备与地面电源之间存在着大量往复交换的无功功率，这些无功功率必然占用供电系统许多容量；加装无功补偿后，减少了无功电流而减少了无功功率，从而大大提高了供电系统设备容量的利用率。

（2）稳定电网电压。井下感性用电负荷产生大量无功功率，这种感性负载做功必需具备的无功功率其变化频率越快，电网电压波动频率随之加快，电压波动范围越大。将直接导致电气设备不能在额定电压值条件下正常工作，增加设备损坏的可能性。补偿后，无功功率减少，系统中电压、电流相对变化幅度较小，能起到稳定电网电压的作用。动态无功补偿装置通常具有抑制谐波，使供电系统的其他设备和线路免遭谐波威胁的作用，增强供电系统的安全可靠

性。

5、结语

总之，无功补偿技术应用于井下采掘工作面意义重大，不仅减少了井下供配电系统的线路损耗和变压器的有功损耗，而且还提高供配电系统的功率因数，改善了供电系统的稳定性，提高了供电质量，最重要是无功补偿技术降低了采煤的电力成本，达到了节能降耗、安全生产的目的，为矿井的发展提供了优质可靠的电力资源。

参考文献

[1]陆安定.电动机节能改造实用手册：三相异步电动机经济运行国家标准实施指南[m].上海：上海科学技术出版社，1995.