无功补偿技术的煤矿变电站系统探讨

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摘要：随着我国工业化进程的飞跃式发展，煤矿开采深度和强度也在逐步增大，保证煤矿变电站系统的供电可靠性，可以在一定程度上避免发生安全事故。我国科技水平发展迅速，提高变电站电网系统运行可靠性的相关技术也在不断完善与优化，随着煤矿变电站电流强度的不断加大、用电负荷的不断增加以及作业功率的不断加强，给电力系统的安全运行带来了更高的挑战。因此，有必要针对我国煤矿变电站运行现状及存在问题进行简要分析，探讨无功补偿技术的内涵和必要性，以及煤矿变电站无功补偿的方式，以期为煤矿企业的安全生产奠定的坚实的基础。

关键词：无功补偿技术；煤矿；变电站；系统研究

0引言

一般来说，国内的大部分变电站，其母联与进线都配备有重合闸保护装置和备自投装置。这类装置均由工作电源通过其辅助接点而直接投入，也有部分装置通过备用电源，经由低压、延时继电器开启而间接投入。在一定程度上保证了变电站的安全运行，避免了人为操作因素导致的安全事故。目前，煤矿在安全、可靠、快速恢复送电方面还没有成型的装置，需要对相关技术进一步探讨与研究。因此，本文针对我国煤矿变电站运行现状及存在问题进行了简要分析，探讨了无功补偿技术的内涵及必要性，探讨了煤矿变电站无功补偿的方式，以期为煤矿企业的安全生产奠定的坚实的基础。

1无功补偿技术的内涵及必要性

1.1无功补偿技术的内涵

传统的无功功率补偿设备无法根据负载的变化进行灵活性改变，无功补偿技术的应用可以显著弥补该不足。通过对无功负荷的实际功率因数进行及时调整，从而达到降低过电压量的目的，最大程度的避免出现次同步振荡现象，更好的保证降低电压与电流之间的平衡。

1.1.1无功功率通常情况下，电力设备的运行

需要遵循电磁感应原理，即在能量一个周期的转换过程中通过建立磁场来实现相同的功率吸收与释放。当电源能量不需要做工，只是在电源和负荷间发生交换时，即为无功功率，通常发生在纯电容电路或纯电感电路中[1]。

1.1.2无功补偿电力系统中，无功功率、有功功率等

因素之间具有一定的变化关系，为了更好的提高变电站运行效率，提高煤矿企业经济效益，通常会在变电站安装无功功率电源，以此改变电能流动情况，增强电压，从而实现降低损耗的结果。这种人为的补偿在一定程度上可以抵消无功功率，从而保证电力系统稳定运行的同时，提高经济效益。

1.2无功补偿的原则

对于220kV及以上等级的无功平衡称为分层无功平衡，而110kV及以下等级的则成为分区无功平衡。无功补偿装置的应用就是要确保一旦电力系统出现有功负荷高峰和低谷时，分层和分区的无功功率可以实现平衡。与此同时，在应用过程中，由于无法很好的对距离较小的电气设备进行无功功率调节，因此应避免出现长距离无功补偿，对于超高压线路应利用高、低压并联电抗器实行就地补偿。对于电力用户来说，应依据设计需求进行安装，避免无功功率注入电网。

1.3无功补偿技术的意义

随着我国能源转型脚步的加快，相关部门相继出台了控制能源消耗的文件，这就要求能源部门充分考虑我国煤炭资源情况，开发新技术，确保煤炭供应量的同时保证煤炭开采的安全进行。随着我国煤矿企业自动化程度的不断增强，对电力系统供应安全性与稳定性的要求也显著提高。倘若此时没有及时采取相应措施进行补偿，就会导致电力损耗增大，从而引发电力系统运行不稳定的现象发生。这就要求煤矿企业提高电力系统功率因素，确保煤矿安全生产的同时提高经济效益。由上文可知，无功补偿技术的应用意义主要包括以下三个方面：第一，提高电气设备的利用效率；第二，提升煤矿变电站供电效率。第三，保证煤矿安全生产的同时，提高供电质量。

1.4无功补偿技术的方式

现阶段，无功补偿按照安装地点可分为以下三种方式。

1.4.1集中补偿

该方式通常是在用户侧配电室或变电站的母线上安装电容器组，以此对无功功率实现补偿效果。集中补偿有如下三方面优点：第一，可以更好的跟其他电气设备相配套，从而更好的对无功功率进行动态追踪，以此避免欠补偿等现象发生。第二，可以对无功潮流进行良好的控制，避免由于负荷的改变导致电压波动。第三，可以根据用户实际需求进行容量的选择，具有较高的工作效率与时限，在一定程度上减少了事故发生的概率。但是，集中补偿的方式无法降低用户侧的无功功率，相应也制约了经济效益[2]。

1.4.2分散补偿

该方式通常是在功率因数较低的车间或变电站的母线安装电容器组，与集中补偿具有相似的优点，且具有更为明显的作用效果。但是也有一定缺陷，主要体现在以下三个方面：第一，分散补偿很大程度上依赖于电容器的安装方式，对于无法进行分组的电容器，相应也无法合理调整补偿容量，从而容易导致欠补偿等异常情况的发生。第二，当对该方式进行单独使用时，就容易导致无功功率发生倒送的情况，从而影响使用效果。第三，与集中补偿方式相比，分散补偿的方式需要更大的投资。

1.4.3就地补偿

该方式通常应用于异步电动机中，通过在其周围安装电容器来实现就地补偿。其缺点主要有以下四个方面：第一，现阶段，我国对于小型电机的使用较为广泛，但与之相配套的补偿用电容器研发较晚，因而在保护控制方面无法进行很好的保证，相应也制约了就地补偿方式的发展。第二，就地补偿作为辅助手段，为了更好的实现整体无功潮流的控制，无法进行大规模应用。第三，与其他两种补偿方式相比，就地补偿在使用过程中，由于需要单独使用容易造成更大的成本花费。第四，就地补偿的方式运行时间较短，一旦电气设备停止运转，电容器组相应也会停止工作，降低了工作效率[3]。

2无功补偿技术在煤矿变电站中的应用

2.1无功补偿技术在煤矿变电站中的应用现状

近年来，随着我国政府对煤矿生产安全重视程度的增加，相关管理部门也在逐步加大安全治理投入与监管力度，毫无疑问在一定程度上降低了煤矿因用电安全问题而导致重大安全事故发生的概率。然而，随着我国能源需求量的增加，很多煤矿都在往更深的地下进行开采，相应增加了机械化设备的应用，这就容易引发现有技术无法解决的问题。随着我国科技化水平与信息化技术的快速发展，我国煤矿企业对于安全生产监测系统也在不断进行智能化升级，如图1所示。现阶段，大部分煤炭企业都利用计算机系统进行安全监测，通过对井下分站进行实时监测，将数据上传至终端监测系统中，为安监局进行集中监测提供了有力支撑。煤炭开采技术也在不断进行优化升级，许多煤炭企业加速了自身的科技化水平，对于煤矿采掘设备进行了智能化升级，提高了煤矿采掘效率，也保证了煤矿开采安全。但机械化设备的不断应用，相应也增大了煤矿变电站的输电负荷，在一定程度上给变电站的安全运行带来了更大的挑战。如图2所示，煤矿变电站无功补偿装置通常采用电压型桥式回路，三相电压通过电流互感器后，利用相应电路进行调理，经过控制器后输出脉冲信号，以此实现逆变过程。在煤矿变电站的应用过程中，主要需要对电容进行选择、对电路进行设计、对相关元件进行选择等。

2.2无功补偿技术在煤矿变电站应用的必要性

随着电气设备施工水平的不断提高，以及施工作业人员专业素养的不断增强，确保煤矿安全运转的相关技术也得到了进一步的完善与发展。然而，随着电压等级越来越高，供电情况越来越复杂，煤矿企业用电量需求的不断增加，导致供电系统发生故障的原因逐渐增多。煤矿在日常运行过程中，会产生大量阻感性负载，且线路长期处于大电流、高电压情况下工作，导致大量无功功率的产生。而大量的无功电流会对变压器、输电线路、电气设备的安全运行产生影响，增加损耗，不仅降低了转换效率，影响了供电质量，还会对供电系统运行的安全性与稳定性造成直接的影响，进而造成火灾等安全事故的发生因此，对煤矿变电站系统相关技术进行研究，最大程度的避免安全事故的发生，对于避免火灾等安全事故的发生具有十分重要的研究价值。

2.2.1提高安全性

煤矿作为不可再生资源，其储备量有限。随着近年来我国能源需求量的大幅度增长，政府及相关部门也在不断加强对煤矿企业的监管力度，一定程度上减小了安全事故发生的概率。煤矿矿井内部情况复杂，确保变电站供配电系统的安全运行，对于避免出现重大人员伤亡事故具有十分重要的研究意义与价值。

2.2.2提高规范性

对于变电站来说，良好的硬件条件是必不可少的因素还需对其安全运行进行规范化管理。通过对变电站无功补偿相关技术进行推广，在一定程度上也可以提高井下工作人员的用电安全意识，从而更好的提高煤矿生产安全。在当前背景下，煤炭企业不仅需要引进先进的电气设备，还应加强无功补偿相关技术的研究，尽可能提高相关人员的专业技术水平，保障煤矿的安全运行。

2.3无功补偿技术在煤矿变电站应用的信息化发展

随着我国科技化水平与自动化技术的不断升级优化，煤炭企业应更多的关注于如何合理的运用智能化设备进行供配电系统调控，减少人力成本的同时更好的保证用电安全。如图3所示，煤矿变电站应充分借助计算机技术，对无功补偿装置相关软件进行设计与优化，充分利用传感器等装置实现全面监控，并利用相关软件提前进行预判，得出最优的补偿方式，更好的实现供电系统的安全运行。

3结语

为了更好的平衡煤矿变电站供配电系统能量，需要配置相应的无功补偿装置，从而更好的提高功率因数、调节电压、降低损耗，最终实现节能降耗的目的。煤炭企业应根据实际情况与用电需求，从经济、高效、安全的角度科学、合理的设计无功补偿装置，加强理论研究的同时，注重安全管理，避免安全事故的发生，保证人们生命财产安全。

参考文献

[1]曲纪锋.煤矿变电站无功补偿技术研究与应用[J].科技与企业,2015(19):214-214+216.

[2]陈鸣宇.煤矿井下供电系统动态无功补偿技术的分析[J].通讯世界,2017(19):147-148.

[3]叶锦娇.煤矿井下电网无功补偿技术研究[J].煤矿现代化,2017(4):89-91+95.

作者：杨杨 单位：山西焦煤西山煤电（集团）有限责任公司