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關鍵詞：無功率補償裝置功率因數礦山企業

摘要：無功率補償裝置在礦山企業應用非常廣泛，筆者首先分析了影響供配電系統的功率因數以及電網的無功補償方式，闡述了無功功率補償容量的確定以及礦山企業中無功功率補償設備的選用。

0引言

隨著采掘機械化的發展，礦山開采的產量大幅度提高，使得工作面電氣設備總容量、單機功率明顯加大，供電距離加長，用電設備自身無功功率損耗的存在造成井下電網功率因數較低。因此，在礦山開采供電系統中提高功率因數，補償無功功率以降低電能消耗是十分重要的，采用無功功率自動補償裝置的目的，就是減少井下供配電系統的線路損耗和變壓器的有功損耗。提高供配電系統的功率因數，降低采礦的電力成本。

1影響功率因數的主要因素

1.1電感性設備和電力變壓器按負載性質分，所有用電設備可以抽象為電阻性、電感性和電容性3種，正是由于電感性和電容性用電設備的存在，才使得功率因數發生變化。實際礦山企業中，電容性設備并不多見，大量的電感性設備，例如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。據統計，在工礦企業所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60％～70％。而異步電動機空載運行時所消耗的無功功率又占到電動機總無功消耗的60％～70％。因此，要改善異步電動機的功率因數就要盡量防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。一般而言，電力變壓器消耗的無功功率約為其額定容量的10％～15％，它的空載無功功率約為滿載時的35％左右。所以，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器同樣不應空載運行或長期處于低負載率運行狀態。

1.2供電電壓的影響當供電電壓高于額定值的10％時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長很快，據分析統計，供電電壓為額定值的110％時，無功功率將增加35％左右。而供電電壓低于額定值時，無功功率反而相喧減少而使功率因數有所提高。當然，電壓降低會影響電氣設備的正常工作，所以，應采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

1.3電網頻率波動的影響電網頻率的波動也會影響異步電動機和電力變壓器的正常工作狀態，從而改變無功功率的大小，影響電力系統的功率因數。一般說來，當系統頻率下降時，發電機發出的無功功率將會減少，變壓器和異步電動機所需的無功功率將會增加，整個系統的無功功率將會略有增加。但頻率穩定和調整措施主要在發電廠內部進行，與一般礦山企業關系不大。

2電網的無功補償

2.1集中補償集中補償分為高壓集中補償和低壓集中補償兩種方式。高壓集中補償是將電容器組裝沒在工廠變配電所的6～10kV母線上，這種補償方式只能補償6～10kV母線以前線路的無功功率，而母線后廠內線路的無功功率得不到補償，所以補償效果較差，優點是投資少、便于集中運行維護，這種補償方式在大中型企業應用較為普遍。

2.2隨機補償隨機補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散的與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器。通過控制裝置與電動機同時投切。隨機補償適用于補償個別容量大且連續運行的異步電動機，其優點是用電設備運行時無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，不會造成無功倒送，而且不需要頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、使用維護方便、事故率低等優點。

2.3隨器補償隨器補償是指將低壓電容器通過開關接在變壓器二次側，以補償變壓器空載運行時無功功率的補償方式。變壓器空載或輕載運行時，由于勵磁引起的無功損耗所占比重很大，此種方式的優點是能有效地補償變壓器的無功損耗，且接線簡單，維護管理方便，在小型礦山企業應用較多。

3無功功率補償容量的確定

3.1集中補償容量的計算用戶功率因數低的原因主要是電感性負荷過大所致，因此需要并聯電容器或同步補償機進行補償。設某礦山企業負荷情況為有功功率Py、無功功率Pw1、視在功率Ps1、功率因數為cosφ1，現要求在有功功率Py不變的條件下，將功率因數由cosφ1提高到cosφ2，功率因數提高后，負荷情況變為：有功功率Py、無功功率Pw2、視在功率PR2最大負荷時，系統需要的無功補償容量Pb按式(1)計算：

Pb=Pwl-Pw2=Py(tanφ1-tanφ2)(1)

式中：Py為有功功率(kW)；Pb為無功補償容量(kvar)。

3.2單負荷就地補償容量的選擇據國外相關資料介紹，如果考慮異步電動機的負荷率、極對數等因素的影響，補償容量可估算如下：設異步電動機額定容量為Pe則補償容量取Pb=(1/4～1/2)P，為宜。按此選取補償容量，一般不會出現過補償，而且功率因數可以補償到0.90以上，特別是對于空載電流較大和負載率較低的電動機效果更佳，因而在節能技術上應用較為廣泛。對于空載電流較小和負載率較高的電動機，可根據電動機極數不同，選取不同的補償容量，一般而言，極數越多，需要的補償容量越大，亦可按式(2)計算：

Pb≤UeIO×10-3(2)

式中：Pb為無功補償容量(kvar)；Ue為電動機額定電壓(V)；IO為電動機空載電流(A)。

4礦山企業中無功功率補償設備的選用

由前面無功功率和電壓的關系可以看出系統中選擇無功功率補償設備最終調整的是系統電壓，合理地配置系統的無功功率可以將系統的電壓偏移控制在要求的范圍內。

4.1發電機發動機是唯一的有功功率電源，是最基本的無功功率電源。發電機在額定狀態下運行時，可發出無功功率。

QGN=SGNsimφN=PGNtanφN

式中SGN、PGN、φGN分別為發電機的額定視在功率，額定有功功率和額定功率因數。發電機不但可向系統提供一定的無功功率，在進相運行時有可能吸收系統一定的過剩無功功率。但發電機進相運行時，定子端部漏磁增加，定子端部溫升會限制發電機的功率輸出，不同類型、結構、容量和冷卻方式的發電機要根據現場試驗來確定進相運行的容許范圍。此外在并列運行的發電廠中調整個別發電機的無功出力，這還可能同無功功率的經濟分配相矛盾。所以大型系統中發電機一般只作輔助調壓措施。

4.2同步調相機它相當于空載運行的同步電動機。在過勵磁狀態下向系統供給感性功率，欠勵磁狀態吸收系統感性功率，但在欠勵磁狀態時的容量只有過勵磁容量的50％～65％，它的有功功率損耗較大，在滿負荷時約為額定容量的1.5％～5％，容量越小百分值越大。小容量投資費用較大，另外其為旋轉設備不易維護。

4.3并聯電容器并聯電容器供給的無功功率Qc與所在節點電壓U的平方成正比，即

QC=U2/Xc

式中，XC=1/ωC為并聯電容器的容抗。因節點電壓下降時，它供給系統的無功功率將減少。因此當系統發生故障或其它原因電壓下降時，電容器無功輸出的減少將導致電壓繼續下降。換言之，電容器的無功功率調節性能比較差。但他的投資費用小，運行時功率損耗亦小，約為額定容量的0.02％以下。另外它無旋轉部分維護方便又可集中或分散裝設，還可連結成若干組，配以功率因數測量控制裝置，實現分組投入或切除，可進行無功功率的不連續調節。

4.4靜止無功補償器和靜止無功發生器這些補償設備是近年發展起來的性能優異的無功功率靜止補償設備，前者與電抗串聯作成不同的組數，對消除系統中一定頻率的諧波分量有很好的作用。后者配以先進的控制元件后，可控制發生器運行在容性負荷、感性負荷或零負荷狀態，另外它與補償器相比響應速度更快，運行范圍更寬，更重要的是在電壓較低時仍可向系統注入較大無功電流。但二者的投資費用較高。

對于礦山企業配電系統中計算好無功補償容量后，從滿足無功補償要求和設備投入費用角度考慮，一般選用電容器組來作為系統的無功功率補償設備。這樣不同容量的補償設備有很多廠家可供貨，選型也方便。