矿山企业无功功率补偿范文
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关键词：无功率补偿装置功率因数矿山企业
摘要：无功率补偿装置在矿山企业应用非常广泛，笔者首先分析了影响供配电系统的功率因数以及电网的无功补偿方式，阐述了无功功率补偿容量的确定以及矿山企业中无功功率补偿设备的选用。
0引言
随着采掘机械化的发展，矿山开采的产量大幅度提高，使得工作面电气设备总容量、单机功率明显加大，供电距离加长，用电设备自身无功功率损耗的存在造成井下电网功率因数较低。因此，在矿山开采供电系统中提高功率因数，补偿无功功率以降低电能消耗是十分重要的，采用无功功率自动补偿装置的目的，就是减少井下供配电系统的线路损耗和变压器的有功损耗。提高供配电系统的功率因数，降低采矿的电力成本。
1影响功率因数的主要因素
1.1电感性设备和电力变压器按负载性质分，所有用电设备可以抽象为电阻性、电感性和电容性3种，正是由于电感性和电容性用电设备的存在，才使得功率因数发生变化。实际矿山企业中，电容性设备并不多见，大量的电感性设备，例如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％。而异步电动机空载运行时所消耗的无功功率又占到电动机总无功消耗的60％～70％。因此，要改善异步电动机的功率因数就要尽量防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。一般而言，电力变压器消耗的无功功率约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的35％左右。所以，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器同样不应空载运行或长期处于低负载率运行状态。
1.2供电电压的影响当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长很快，据分析统计，供电电压为额定值的110％时，无功功率将增加35％左右。而供电电压低于额定值时，无功功率反而相喧减少而使功率因数有所提高。当然，电压降低会影响电气设备的正常工作，所以，应采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。
1.3电网频率波动的影响电网频率的波动也会影响异步电动机和电力变压器的正常工作状态，从而改变无功功率的大小，影响电力系统的功率因数。一般说来，当系统频率下降时，发电机发出的无功功率将会减少，变压器和异步电动机所需的无功功率将会增加，整个系统的无功功率将会略有增加。但频率稳定和调整措施主要在发电厂内部进行，与一般矿山企业关系不大。
2电网的无功补偿
2.1集中补偿集中补偿分为高压集中补偿和低压集中补偿两种方式。高压集中补偿是将电容器组装没在工厂变配电所的6～10kV母线上，这种补偿方式只能补偿6～10kV母线以前线路的无功功率，而母线后厂内线路的无功功率得不到补偿，所以补偿效果较差，优点是投资少、便于集中运行维护，这种补偿方式在大中型企业应用较为普遍。
2.2随机补偿随机补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散的与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制装置与电动机同时投切。随机补偿适用于补偿个别容量大且连续运行的异步电动机，其优点是用电设备运行时无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，不会造成无功倒送，而且不需要频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、使用维护方便、事故率低等优点。
2.3随器补偿随器补偿是指将低压电容器通过开关接在变压器二次侧，以补偿变压器空载运行时无功功率的补偿方式。变压器空载或轻载运行时，由于励磁引起的无功损耗所占比重很大，此种方式的优点是能有效地补偿变压器的无功损耗，且接线简单，维护管理方便，在小型矿山企业应用较多。
3无功功率补偿容量的确定
3.1集中补偿容量的计算用户功率因数低的原因主要是电感性负荷过大所致，因此需要并联电容器或同步补偿机进行补偿。设某矿山企业负荷情况为有功功率Py、无功功率Pw1、视在功率Ps1、功率因数为cosφ1，现要求在有功功率Py不变的条件下，将功率因数由cosφ1提高到cosφ2，功率因数提高后，负荷情况变为：有功功率Py、无功功率Pw2、视在功率PR2最大负荷时，系统需要的无功补偿容量Pb按式(1)计算：
Pb=Pwl-Pw2=Py(tanφ1-tanφ2)(1)
式中：Py为有功功率(kW)；Pb为无功补偿容量(kvar)。
3.2单负荷就地补偿容量的选择据国外相关资料介绍，如果考虑异步电动机的负荷率、极对数等因素的影响，补偿容量可估算如下：设异步电动机额定容量为Pe则补偿容量取Pb=(1/4～1/2)P，为宜。按此选取补偿容量，一般不会出现过补偿，而且功率因数可以补偿到0.90以上，特别是对于空载电流较大和负载率较低的电动机效果更佳，因而在节能技术上应用较为广泛。对于空载电流较小和负载率较高的电动机，可根据电动机极数不同，选取不同的补偿容量，一般而言，极数越多，需要的补偿容量越大，亦可按式(2)计算：
Pb≤UeIO×10-3(2)
式中：Pb为无功补偿容量(kvar)；Ue为电动机额定电压(V)；IO为电动机空载电流(A)。
4矿山企业中无功功率补偿设备的选用
由前面无功功率和电压的关系可以看出系统中选择无功功率补偿设备最终调整的是系统电压，合理地配置系统的无功功率可以将系统的电压偏移控制在要求的范围内。
4.1发电机发动机是唯一的有功功率电源，是最基本的无功功率电源。发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率。
QGN=SGNsimφN=PGNtanφN
式中SGN、PGN、φGN分别为发电机的额定视在功率，额定有功功率和额定功率因数。发电机不但可向系统提供一定的无功功率，在进相运行时有可能吸收系统一定的过剩无功功率。但发电机进相运行时，定子端部漏磁增加，定子端部温升会限制发电机的功率输出，不同类型、结构、容量和冷却方式的发电机要根据现场试验来确定进相运行的容许范围。此外在并列运行的发电厂中调整个别发电机的无功出力，这还可能同无功功率的经济分配相矛盾。所以大型系统中发电机一般只作辅助调压措施。
4.2同步调相机它相当于空载运行的同步电动机。在过励磁状态下向系统供给感性功率，欠励磁状态吸收系统感性功率，但在欠励磁状态时的容量只有过励磁容量的50％～65％，它的有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的1.5％～5％，容量越小百分值越大。小容量投资费用较大，另外其为旋转设备不易维护。
4.3并联电容器并联电容器供给的无功功率Qc与所在节点电压U的平方成正比，即
QC=U2/Xc
式中，XC=1/ωC为并联电容器的容抗。因节点电压下降时，它供给系统的无功功率将减少。因此当系统发生故障或其它原因电压下降时，电容器无功输出的减少将导致电压继续下降。换言之，电容器的无功功率调节性能比较差。但他的投资费用小，运行时功率损耗亦小，约为额定容量的0.02％以下。另外它无旋转部分维护方便又可集中或分散装设，还可连结成若干组，配以功率因数测量控制装置，实现分组投入或切除，可进行无功功率的不连续调节。
4.4静止无功补偿器和静止无功发生器这些补偿设备是近年发展起来的性能优异的无功功率静止补偿设备，前者与电抗串联作成不同的组数，对消除系统中一定频率的谐波分量有很好的作用。后者配以先进的控制元件后，可控制发生器运行在容性负荷、感性负荷或零负荷状态，另外它与补偿器相比响应速度更快，运行范围更宽，更重要的是在电压较低时仍可向系统注入较大无功电流。但二者的投资费用较高。
对于矿山企业配电系统中计算好无功补偿容量后，从满足无功补偿要求和设备投入费用角度考虑，一般选用电容器组来作为系统的无功功率补偿设备。这样不同容量的补偿设备有很多厂家可供货，选型也方便。