龐中元

（廣西百色礦務(wù)局煤業(yè)公司，廣西 百色 533000）

【摘 要】文章以東懷煤礦地面變電站供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償設(shè)計改造為例，介紹無功補(bǔ)償電容器的容量計算及選型，通過對改造前功率因數(shù)和改造后功率因數(shù)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，力調(diào)率降低了，力調(diào)率年平均值為-0.75，大幅度減少了力調(diào)電費，力調(diào)電費年合計為-112 505.62元，達(dá)到了設(shè)計改造預(yù)期效果；并且，分析了提高功率因數(shù)的意義，闡述了如何提高功率因數(shù)的方法。

【關(guān)鍵詞】供電系統(tǒng)；無功補(bǔ)償；電容器；力調(diào)率

【中圖分類號】TD611.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）03-0076-03

0 引言

東懷煤礦是廣西百色礦務(wù)局煤業(yè)公司主要生產(chǎn)礦井之一，毗鄰廣西右江河畔，位于百色城西郊4 km處，年設(shè)計生產(chǎn)能力為150萬t。該礦井供電系統(tǒng)建設(shè)有一座35 kV/6 kV雙回路地面變電站，主變?nèi)萘繛?×6 300 kVA，一路來自“百林變”319#線，另一路來自“東筍變”365#線，35 kV進(jìn)線采用“外橋”結(jié)線，于2010年2月建成投運。地面變電所供電系統(tǒng)圖1所示。

1 無功補(bǔ)償使用狀況

東懷煤礦地面變電站供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)碾娙萜靼惭b在6 kV側(cè)，6 kV母線分列運行，每列并聯(lián)干式金屬化膜BKMJ6-400-1Q型自愈高壓電容器3組，每組容量為400 kVAr，共1 200 kVAr，兩列總?cè)萘繛? 400 kVAr。電容器投運“手動”方式，每月功率因數(shù)不穩(wěn)定，力調(diào)率不高。以2013年為例，力調(diào)率一般是0.91左右，如果值班員責(zé)任到位，則可達(dá)到0.92；如果值班員責(zé)任缺失，則只有0.89（見表1），特別是2014年10月后，由于設(shè)備已運行多年，所以電容器出現(xiàn)了內(nèi)部放電、外殼變形、老化擊穿自愈失效的故障，直接影響供電質(zhì)量和供電安全。

2 無功補(bǔ)償改造方案

針對無功補(bǔ)償效果不好、功率因數(shù)偏低、電容器老化損壞等情況，提出如下改造方案：改用“自動”投切電容器，功率因數(shù)提高到0.98，經(jīng)計算，無功補(bǔ)償電容總?cè)萘繛? 600 kVAr，即分列每段母線增加電容容量為1 800 kVAr，每組為600 kVAr，共3組。

2.1 計算

2.1.1 補(bǔ)償電容容量計算

根據(jù)公式Q=

Q為所需電容器容量（kVAr）；P為負(fù)荷功率（kW），見表2；cosφ1為改造前的功率因數(shù)，取0.90；cosφ2為改造后的功率因數(shù)，取0.98。

Q=2.1.2 主變壓器容量驗算

根據(jù)公式：

式中，Pz為總有功功率（kW）；∑P為總工作負(fù)荷（kW）；Kc為重合系數(shù)，取0.75；Kx為需用系數(shù)，取0.8；SB為主變壓器容量（kVA）；cosφ'z為人工補(bǔ)償后的功率因數(shù)，一般取0.95。

2.2 選型

原使用的干式金屬化膜BKMJ6-400-1Q型自愈高壓并聯(lián)電容器，在質(zhì)量上不夠穩(wěn)定，出現(xiàn)過電容器單元自愈失效、內(nèi)部嚴(yán)重放電、有異響造成外殼變形等問題，導(dǎo)致繼電器保護(hù)動作，影響正常投運。經(jīng)分析對比，改用油浸式聚丙烯膜BAM11-600-1Q型高壓并聯(lián)電容器，投切改用新式NFC3050微電腦自動控制器，保護(hù)改用數(shù)字式STGDB-321電容單元保護(hù)器，以減少值班員巡查、操作環(huán)節(jié)和保護(hù)誤動作等。

2.3 效果

2014年12月，經(jīng)無功補(bǔ)償改造投運后，電容器運行正常，功率因數(shù)平均提高到0.96以上，有功電度、無功電度、功率因數(shù)、力調(diào)率統(tǒng)計見表3；2015年1月至12月，力調(diào)率平均值為-0.75，力調(diào)電費合計為-112 505.62元，平均每月減少電費近萬元，而改造投資設(shè)備和人工費用合計20萬元，即不用2年就可收回投資費用。

3 功率因數(shù)分析

3.1 提高功率因數(shù)意義

在煤礦生產(chǎn)中，由于使用大量交流感應(yīng)電動機(jī)及變壓器，以致供電系統(tǒng)除了供給有功功率外，還需要供給無功功率，無功功率的增加會使煤礦電網(wǎng)負(fù)荷功率因數(shù)降低。當(dāng)有功負(fù)荷一定時，功率因數(shù)降低必須使負(fù)荷容量即視在功率增大，不但直接增大發(fā)電設(shè)備的負(fù)荷，還加大電力線路的電能損耗和電壓損失，這就要求增加發(fā)電設(shè)備容量和加大電力線路導(dǎo)線截面，從而增大供電系統(tǒng)的投資運行費用。因此，只有提高負(fù)荷功率因數(shù)，有效利用現(xiàn)有發(fā)電設(shè)備，降低供電系統(tǒng)的電能損耗和電壓損失，才能保障供電質(zhì)量和供電安全。

3.2 提高功率因數(shù)方法

一是自然補(bǔ)償法，不需要增加專門設(shè)備，只要改進(jìn)用電設(shè)備的使用情況即可提高功率因數(shù)。{1}科學(xué)合理地選用電動機(jī)，使其經(jīng)常在滿載或接近滿載情況下運行；{2}盡可能地選用鼠籠式電動機(jī)，不用繞線式電動機(jī)；{3}科學(xué)合理地調(diào)節(jié)負(fù)荷，避免變壓器空載或輕載運行。

二是人工補(bǔ)償法，當(dāng)自然補(bǔ)償達(dá)不到要求時，應(yīng)采取人工補(bǔ)償使得用戶功率因數(shù)提高。{1}使用同步電機(jī)，在過激磁條件運行，使同步電機(jī)向電網(wǎng)供給無功功率；{2}選用變頻器控制電動機(jī)啟動運行；{3}設(shè)計安裝靜電電容器在母線上進(jìn)行集中補(bǔ)償，如上述改造方案為例。

4 結(jié)語

上述改造方案表明，由于企業(yè)是用電大戶，所以提高功率因數(shù)非常重要，電力部門應(yīng)收取力調(diào)率電費，提高功率因數(shù)，可以充分利用變壓器和其他設(shè)備的容量，改善電動機(jī)的啟動運行條件，提高設(shè)備使用效率，這對設(shè)備非常有好處，能大大地減少電資源浪費。因此，在實際工作中應(yīng)盡量采用自然補(bǔ)償和人工補(bǔ)償相結(jié)合的方法，使功率因數(shù)提高到0.95以上，這項舉措對企業(yè)、電力部門和社會都具有較大經(jīng)濟(jì)意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉用中，段浩鈞.煤礦電工學(xué)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1994.

[2]趙松年.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]劉光源.電工手冊[M].上海：科學(xué)技術(shù)出版社，1988.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]