無功補償在煤礦供配電係統中的應用
科技專論
作者：孫鵬
【摘要】在對煤礦供配電係統無功補償原則及方式進行簡單闡述後，結合煤礦110kV總降壓變電站供配電係統實例，詳細分析了SVC無功補償及諧波過濾裝置在煤礦三個采區供配電係統中的應用。應用效果表明：SVC無功補償及諧波過濾裝置進行無功補償和諧波治理效果較好，節能經濟效益較明顯。
【關鍵詞】煤礦；供配電係統；無功補償；SVC
引言
在煤礦供配電係統中，礦井中的大功率交流異步電動機、采煤機、水泵、配電變壓器等大量阻感性負載的存在，其在運行過程中必然會產生較大無功功率，引起無功電流的大量流動，這在很大程度上增加了輸配電線路、變壓器、機電設備的運行損耗，進而引起供電電壓水平、供電電能質量、以及電能轉換效率降低，直接影響到煤礦供配電係統供電的安全可靠性和礦井機電設備的高效穩定運行[1]。SVC、SVG、TSC等無功補償裝置，是將具有容性功率的負荷裝置與具有感性功率的負荷同時並聯在同一電路中，當煤礦供配電係統中容性負荷釋放能量時，則啟動無功補償裝置的感性負荷來吸收係統中的能量；當感性負荷釋放能量時，則啟動無功補償裝置的容性負荷吸收能量，進而確保煤礦供配電係統中的容性和感性分量始終維持平衡，以改善供配電係統中供電質量水平，達到提高功率因數、調節電壓、降低線損等節能降耗目的。
1、煤礦供配電係統無功補償原則及方式
1.1無功補償原則
實踐中應根據煤礦供配電係統網絡結構、電氣負荷容量、種類等特性，合理選擇無功補償方式、位置等[2]。《國家電網公司電力係統無功補償配置技術原則》中明確規定：供配電係統中配電變壓器的無功補償裝置容量，應按配電變壓器最大負載率在75%且負荷自然功率因數在0.85以上進行考慮，且經無功補償後到配電變壓器最大負荷工況時其高壓側功率因數不應小於0.95，或按照配電變壓器容量的20%～40%進行無功補償容量配置。
1.2煤礦供配電係統無功補償方式
1.2.1變電站集中無功補償方式
在煤礦變配電站進行集中無功補償，主要是通過合理的無功補償以改善煤礦供配電係統輸配電線路的功率因數，無功補償裝置通常設置在變配電站的10kV母線上，並采用有載調壓接頭來合理調節供配電係統電壓，以達到節能降耗的目的。
1.2.2配電變壓器低壓側集中無功補償方式
在煤礦配電變壓器低壓380V側采取無功集中補償方式，並結合微機控製等技術，可以實現幾十到幾百kVar範圍的補償。此種補償方式比較適用於工廠、企業、煤礦等專用變的無功補償。
1.2.3就地分散無功補償方式
在礦井用電設備終端采取低壓無功補償措施就地分散補償，能夠最大限度地降低煤礦供配電係統輸電線路損耗並維持係統供電電壓穩定[3]。在GB50052-2009《供電係統設計規範》中明確指出：對於容量較大、負荷較平穩且頻繁使用的用電設備而言，宜采用無功分散就地補償方式，且結合微機智能型調控措施，具有使用方便、性價比高、免維護等優點，節能降耗效果好。
2、煤礦供配電係統運行現狀及無功補償必須性分析
某煤礦新建一座110kV總共降壓變電站，共安裝2台SF10-20000/110，110/10.5kV，20MW三相風冷油浸式電力變壓器，2台主變相互備用，即一台運行，一台備用。主變高壓側為110kV，低壓側為10kV。低壓側10kV母線的最小短路容量按照200MV.A設計。煤炭開采生產機電設備主要分布在中央采區、11采區、以及12采區三個采區，由110kV總降壓變電站的低壓10kV母線側經10kV地埋電纜和架空線路直接供電，即：110kV總降壓變電站設置在中央采區處，采用雙回10kV地埋電纜將電源引至中央采區10kV變配電所；經雙回3km型號為LGJ-150/35的10kV架空線路將電源引至11采區；經雙回5km型號為LGJ-185/35的10kV架空線路將電源引至12采區。3個采區均有采煤機、刮板運輸機、轉載機、掘進機、通風機等大功率機電設備，由采區10kV變配電所直接供電。采區10kV變配電所按照單母線分段接線方式進行設計，中間加設母聯開關，I段母線、II段母線電源分別引自110kV總降壓變電站10kV低壓側。中央采區共412台機電設備，其中工作設備為369台，備用43台，設備總容量為19873kW，工作容量為15683kW，功率因數為0.82；11采區共108台機電設備，其中工作設備為82台，備用26台，設備總容量為8036kW，工作容量為6119kW，功率因數為0.80；12采區共132台機電設備，其中工作設備為98台，備用34台，設備總容量為9167kW，工作容量為7334kW，功率因數為0.79。從運行分析可知，3個采區10kV變配電所係統線損相當高。由此，采取合適的無功補償方案改善采區10kV配電係統運行環境，提高係統功率因數和供電可靠性，對采區配電係統節能降耗研究，具有非常重要的工程實踐應用意義。