電容器補償技術(shù)在礦山供電中的應(yīng)用.doc

電容器補償技術(shù)在礦山供電中的應(yīng)用劉 志 云電容器補償技術(shù)在礦山供電中的應(yīng)用作者：劉志云單位：晉城煤業(yè)集團鳳凰山礦郵編：048007摘要: 煤礦工業(yè)是我國目前最主要的能源行業(yè)。由于井下機械化設(shè)備不斷增加，已成為工業(yè)系統(tǒng)耗能大戶，電力消耗在煤礦生產(chǎn)成本中占有很大比例。煤礦供用電基本概況 煤礦企業(yè)現(xiàn)狀 井下無功補償?shù)囊饬x無 功補償?shù)脑?鳳凰山礦91316綜采工作面無功補償裝置應(yīng)用實例關(guān)鍵詞: 電容器補償技術(shù) 在礦山供電中 應(yīng)用中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃的建議中提出：十一五期末單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比“十五”期末降低20%左右，這是十一五規(guī)劃目標(biāo)中最重要的約束性指標(biāo)之一。充分體現(xiàn)了落實科學(xué)發(fā)展觀，加快經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、構(gòu)建和諧社會的要求。國家發(fā)展改革委和國家環(huán)?？偩致?lián)合印發(fā)了關(guān)于印發(fā)煤炭工業(yè)節(jié)能減排工作意見的通知(發(fā)改能源20071456號)，第十二條負荷變化大的機電設(shè)備，宜采用變頻等調(diào)速技術(shù)，并應(yīng)用電源污染治理技術(shù)，消除高次諧波，抑制瞬流浪涌，調(diào)節(jié)無功功率，提高功率因數(shù)。條件具備時，宜采用動態(tài)無功補償和就地?zé)o功補償，礦井平均功率因數(shù)不得低于0.9。一、煤礦供用電基本概況以某集團公司年煤炭產(chǎn)量6000萬噸為例，從電網(wǎng)接入總裝機容量480MVA，集團全年生產(chǎn)用電量約為24億度，加地面居民用電部分，總量超過25億度，電費支出超過10個億，2006年用電量達到30億度，電費支出12個億；從節(jié)電情況看，雖然加強了用電管理，推廣了部分節(jié)電產(chǎn)品，但遠遠沒有達到國家對重點煤礦企業(yè)節(jié)能降耗的要求，尤其是井下采、掘、開、運、通系統(tǒng)，功率因素長期運行在0.4-0.7之間，隨著煤炭產(chǎn)量增加，巷道延伸，負荷增加，井下無功損耗相當(dāng)嚴重，這種狀況在全國煤炭系統(tǒng)帶有普遍性，而且大部分礦井沒有采取任何節(jié)電措施。由于目前煤礦井下大量使用變頻設(shè)備、整流設(shè)備，以及廣泛應(yīng)用電力電子設(shè)備，這些電器設(shè)備產(chǎn)生諧波電流、諧波電壓，正在嚴重污染井下電網(wǎng)，導(dǎo)致諧波問題日益嚴重的主要原因是：對無功、諧波、三相不平衡等問題不能實施有效，靈活的控制，進而不能改善電壓質(zhì)量，降低諧波含量，使電網(wǎng)運行環(huán)境日趨惡劣。二、煤礦企業(yè)現(xiàn)狀由于目前煤礦井下大量使用變頻設(shè)備、整流設(shè)備，以及廣泛應(yīng)用電力電子設(shè)備，這些電器設(shè)備產(chǎn)生諧波電流、諧波電壓，正在嚴重污染井下電網(wǎng)，導(dǎo)致諧波問題日益嚴重的主要原因是：對無功、諧波、三相不平衡等問題不能實施有效，靈活的控制，進而不能改善電壓質(zhì)量，降低諧波含量，使電網(wǎng)運行環(huán)境日趨惡劣。煤炭企業(yè)電力浪費具體表現(xiàn)在那些方面呢 ？ 由于目前煤礦井下大量使用變頻設(shè)備、整流設(shè)備，以及廣泛應(yīng)用電力電子設(shè)備，這些電器設(shè)備產(chǎn)生諧波電流、諧波電壓，正在嚴重污染井下電網(wǎng)，導(dǎo)致諧波問題日益嚴重的主要原因是：對無功、諧波、三相不平衡等問題不能實施有效，靈活的控制，進而不能改善電壓質(zhì)量，降低諧波含量，使電網(wǎng)運行環(huán)境日趨惡劣。1、用電設(shè)備頻繁出現(xiàn)輕載運行和空載運行。2、大量非線性負載產(chǎn)生諧波注入電網(wǎng)，給安全供電帶來潛在的威脅。3、井下變電所，移動變電站及采、掘、開系統(tǒng)用電設(shè)備，普遍長期處在低功率因素狀態(tài)下運行。4、電氣設(shè)備低效率運行所帶來的電網(wǎng)損耗顯著增加，電壓品質(zhì)降低，設(shè)備老化加速。用電設(shè)備（電動機）與電源之間無功電流往復(fù)循環(huán)，增加了電氣設(shè)備事故率，影響安全供電和正常生產(chǎn)。5、供電系統(tǒng)普遍存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，忽視經(jīng)濟合理性，出現(xiàn)嚴重的“技術(shù)浪費”。從上述情況分析明顯看出，煤炭行業(yè)既是生產(chǎn)能源的重要企業(yè)，又是耗費電能最為嚴重的企業(yè)，特別是對井下電網(wǎng)節(jié)能降耗，治理諧波，努力營造綠色電網(wǎng)，任重道遠。為此2007年7月國家發(fā)改委，國家環(huán)?？偩窒掳l(fā)了煤礦工業(yè)節(jié)能減排意見的通知中明確指出：“煤礦井下宜采用動態(tài)無功補償和就地補償，礦井平均功率因素不得低于0.9，這是針對全國煤礦井下節(jié)約電能，實現(xiàn)安全、經(jīng)濟用電十分有效的具體措施”。 三、電容器補償技術(shù)的意義隨著現(xiàn)代化礦井快速發(fā)展，井下機械化程度不斷提升，大功率電機大量使用，普遍應(yīng)用電子原件產(chǎn)品，各種感性負荷及用電設(shè)備與地面電網(wǎng)供電電源之間必然循環(huán)著大量無功功率，同時產(chǎn)生各類諧波，造成井下供電質(zhì)量惡化和電能嚴重浪費，直接影響井下電網(wǎng)及用電設(shè)備正常運行，采用井下無功補償后具有如下意義： 1、降低無功損耗，減少電能浪費采用補償后，系統(tǒng)功率因數(shù)提高，使變壓器及供電線路中電流下降，降低了無功損耗，達到節(jié)能降耗的目的。2、提高功率因數(shù)用容性無功電流就近實時抵消負荷產(chǎn)生的感性無功電流，達到提高井下供電系統(tǒng)功率因數(shù)的目的。 3、提高供電系統(tǒng)的利用率井下用電設(shè)備與地面電源之間存在大量往復(fù)交流的無功功率，這些無功功率必然占用供電系統(tǒng)多數(shù)容量，造成供電線路帶負荷能力下降，井下變壓器容量利用率下降，各級控制開關(guān)帶載能力下降，加裝無功補償后，使井下變壓器視在功率接近于有功功率，有效提高了視在功率利用率，供電線路及各級控制開關(guān)因減少了無功電流，大大提高了承載能力。 4、穩(wěn)定井下電網(wǎng)電壓井下感性負荷大量產(chǎn)生無功功率，必然導(dǎo)致供電系統(tǒng)電網(wǎng)電壓波動。無功功率大，電網(wǎng)電壓波動幅度大，無功量變化頻率快，電網(wǎng)電壓波動頻率隨之加快。安裝使用無功補償后，將大部分無功功率就近補償，能夠顯著減少供電網(wǎng)無功功率，減小電網(wǎng)電壓及井下變壓器二次電壓波動范圍。 5、減少電氣事故率，延長設(shè)備使用壽命 井下感性負荷大量產(chǎn)生無功功率，必然導(dǎo)致供電系統(tǒng)電網(wǎng)電壓波動。無功功率大，電網(wǎng)電壓波動幅度大，無功量變化頻率快，電網(wǎng)電壓波動頻率隨之加快。安裝使用無功補償后，將大部分無功功率就近補償，能夠顯著減少供電網(wǎng)無功功率，減小電網(wǎng)電壓及井下變壓器二次電壓波動范圍。 四、電容器補償技術(shù)的原理在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無功功率。 有功功率是保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量（機械能、光能、熱能）的電功率。 無功功率比較抽象，它用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場，就要消耗無功功率。 無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機械運動，電動機的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果大量無功功率通過供電網(wǎng)絡(luò)從電源側(cè)輸送到負荷側(cè)，就會產(chǎn)生巨大的電能損耗，同時降低電壓，無功補償?shù)幕驹硎牵喊丫哂腥菪怨β守摵傻难b置與感性功率負荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。 五、鳳凰山礦91316綜采工作面電容器補償技術(shù)應(yīng)用實例晉城礦務(wù)局鳳凰山礦使用北京都市鼎點科技有限公司自主研發(fā)的WBB-640/1140礦用隔爆型動態(tài)無功補償裝置一臺。安裝地點及工作面編號，91316綜采工作面皮帶巷移動變電站二次側(cè)，所帶負荷工作面采煤機為600KW,安裝使用時間是2009年1月3日下午6點半。無功補償裝置在井下運行兩個月期間，經(jīng)礦方有關(guān)專業(yè)人士認定：該設(shè)備防爆性能可靠，節(jié)電效果明顯，對井下供電系統(tǒng)提高設(shè)備容量利用率、減少生產(chǎn)過程中電氣事故，特別是提高端電壓、延長供電距離、保證終端電機可靠起動和正常運行，具有很大幫助。 根據(jù)該設(shè)備入井后運行的實際情況，現(xiàn)將經(jīng)濟效益分析如下：1、 供電系統(tǒng)概況6KV高壓由地面變電站621、652高壓柜雙線入井，經(jīng)MYJY31202000M高壓電纜送到井下九一配電點，經(jīng)九一配電點03號400ABGP66高壓開關(guān)饋出送往變電所300A05號高開使用MYJY3951000M高壓電纜，由采區(qū)變電所經(jīng)MYPJY3501000M電纜送往91316綜采工作面皮帶巷移動變電站。綜采面移動變電站共裝有3臺移變，其中KBSGZY1000KVA6/1.14KV帶采煤機600KW,第二臺1000KVA6/1.14KV轉(zhuǎn)載機200KW,泵站200KW工作面刮板運輸機400KW及其它負荷100KW，第三臺630KVA6/0.66KV帶機2X160KW,絞車100KW總?cè)萘繛?880KVA。總負荷為1920KW。安裝補償前經(jīng)測試功率因數(shù)均在0.65左右。在帶采煤機移變二次側(cè)并聯(lián)安裝自動無功補償裝置后，該系統(tǒng)功率因數(shù)平均達到0.95左右。有關(guān)91316工作面詳細供電系統(tǒng)圖后供參考。2、經(jīng)濟效益分析補償前、后電流計算（按額定功率80%計算）l 變壓器一、二次側(cè)補償前電流計算，公式： 、 、 、 補償前系統(tǒng)總電流l 變壓器一、二次側(cè)補償后電流計算 l 、 、 沒加補充裝置電流與補前相同。補償后6KV系統(tǒng)總電流補償后減少的供電線路功率損耗計算：公式： l 從移動變電站到采區(qū)變電所ll 從采區(qū)變電所到九一配電點ll 從九一配電點到地面變電站九一配電點除有91316負荷外另有500KW其它負荷干變二次電流為728A折算到一次電流為84Al 供電線路總損耗補償后減少的變壓器功率損耗計算-公式： 另外兩臺未加補償，所以不進行功率損耗計算。節(jié)省電能經(jīng)濟效益計算l 全系統(tǒng)補償后節(jié)約為：l 全年節(jié)約用電量為：l 全年共節(jié)省資金約：上述計算為全年節(jié)省電費156420元，其次由于加補償后還有如下好處l 系統(tǒng)電流減小，使低壓系統(tǒng)電氣事故率與同