无功补偿方案

1．供电系统基本情况分析

6KV高压从地面变电站经高压铜芯电缆3×50m2—400m送至井下中央变电所，再经高压电缆3×50m2—4940m送至采区变电所，从采区变电所送出多路负荷，其中一路送往掘进工作面的一台移变，额定容量为500KVA，所用电缆为3×50m2—500m。

移变二次侧电压等级均为660V，平均功率因数均为0.5～0.7。移变到负载采用0.66/1.14KV移动阻燃电缆 3×70m2—1000m。

从上述井下供电系统基本参数可以看出从地面变电站到工作面移变距离比较远，6KV高压电缆长度达到了5840m。工作面移变二次侧低压线路功率因数较低，且负载距离较远。负载所需无功功率由地面变电站提供，大量无功电流通过远距离高低压电缆传输，线路压降较大，线路及变压器损耗比较严重。

在移变二次侧安装使用无功补偿装置，可以将负荷所需大部分无功功率就近补偿，使得供电线路中电流下降，系统功率因数提高，从而降低了无功电流损耗，提高了线路端电压，达到稳定电网电压及节能降耗的目的。 2．无功补偿产品安装与选型

我公司研制生产的WBB系列矿用隔爆型无功功率自动补偿装置有以下四种型号：WBB-640/1140、WBB-360/660、WBB-320/1140、WBB-180/660。补偿装置可与煤矿井下供电系统中容量为1250KVA以下的移动变电站或干式变压器并联使用。在井下主要应用场所为：

1）用在井下综采工作面移动变电站二次侧进行集中补偿。 2）用于井下变电所干式变压器二次侧单独补偿。 3）用在掘进、开拓等系统供电变压器二次侧单独补偿。 产品井下安装位置示意图如下：

系统电源移动变压器 WBB补偿装置 负荷 M 1

由于移变到负荷距离较远，补偿方式最好采用就地补偿，即将补偿装置安装于用电设备附近，设备运行时所需的无功负荷由补偿装置就地供给，能量交换距离最短，可最大限度降低线路电流。

补偿容量按照变压器额定容量的1/3进行估算，移变二次侧所需无功功率容量为： 500×1/3=167KVar。所以可选择一台WBB-180/660矿用隔爆型无功功率自动补偿装置，其补偿容量为0～180KVar。 3．节电经济效益分析 （1） 补偿前后电流计算

◆ 移变一、二侧补偿前线路电流计算，公式IP3Ucos：

I2=500×0.7/（1.732×0.66×0.6）=510A I1=510/9=56.7A

◆ 移变一、二侧补偿后线路电流计算

I2＇=500×0.7/（1.732×0.66×0.95）=322.3A I1=322.3/9=35.8A

（2） 补偿后减少的供电线路功率损耗计算 公式：P3(I12I1'2)R ◆ 660V电缆减少的功率损耗

ΔP1=3×（5102-322.32）×（0.27Ω/1000m)×1000

=12.65KW；

◆ 6KV高压电缆较少的功率损耗

ΔP2=3×（56.7-35.8） ×（0.384Ω/1000m)×（0.4+4.94+0.5）

=13KW

（注：0.384Ω/1KM、0.27Ω/1KM分别为3×50 m2和3×70 m2铜芯电缆的每千米电阻值）

◆ 供电线路总功率损耗为： ΔP线 =12.65+13=25.65KW

2

2

2

＇

（3） 补偿后减少的变压器功率损耗计算

P公式：P变S211cos2cos212PKQK 其中：PK——有功短路损耗，具体数值查阅煤矿电工手册

QK——无功短路损耗

——无功经济当量，取0.1

2当变压器额定容量为500KVA时： QKUK%SN1035(kvar)

UK——变压器短路电压百分数

ΔP变=（350×0.8/500）×(1/0.6- 1/0.95)×（4.8+3.5）=4.35KW；

（4） 节省电能经济效益概算

全系统补偿后减少的功率损耗为：

ΔP变=ΔP线+ΔP变=25.65+4.35=30 KW

全年节约用电量为：30×20/天×350/年=210000kwh

全年减少损耗节省电费约：210000×0.7=14.7万元 4．安全效益定性分析

井下供电系统没有装设无功补偿装置时，因系统电流大导致线路、接线盒、变压器、各级开关、电动机绝缘下降老化，进而引发漏电、短路；变压器、电动机、开关烧毁或过流顶闸；终端电压低、电动机启动困难等各类电气事故的几率大大增加。

加装无功补偿装置后，系统电流下降30%左右，所有电气设备承受实际电流减小，减少了因电流大造成各类电气事故的几率，事故率下降必然增加正常生产时间，促进年产量的提升。以年产200万吨的矿井来说，如果全年电气事故累计影响生产的时间减少2个小时，年产量就可以增加200×2/(350×20)≈0.057万吨原煤，年产值可增加0.057*300=17.1万元(煤价按300元/吨计算）。

另外，补偿后减少了设备维修费用，延长了设备更新周期，从而减少了设备

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投资费用。

5、补偿装置主要性能特点

1）实时跟踪检测井下供电系统的电气参数，根据所设定目标值自动控制投切补偿支路，对系统进行无功功率补偿。

2）每一组补偿回路串联6%电抗器，能够有效限制涌流、抑制5次及以上谐波。八组补偿回路采用循环投切、先投先切的控制策略，使各组电容器和开关的运行均衡化，避免个别电容器支路因频繁投切而过早损坏，最大限度地利用和保护了每一组补偿线路及器件，从而增加了产品的可靠性和使用寿命。 3）控制器采用高性能DSP控制芯片，选用最先进的 DSP 抗谐波技术及抗谐波模块电路，以无功功率为投切判据，可以避免发生电容器投切振荡现象且无补偿呆区。中文液晶显示屏可滚动轮显补偿后各种电器参数，显示内容包括：电压、电流、频率、功率因数、有功/无功功率及电压/电流谐波总畸变率等。 4）产品具有完善的电气保护功能。主电路上设有防止雷电冲击、吸收操作过电压保护；有过压、欠压及谐波保护功能。每一组补偿回路专设有过载、短路及缺相等保护功能。

5）补偿电路采用隔离开关与主电路隔离，断开隔离开关，补偿回路停止工作，不影响主电路向负载供电。

6）产品重要器件采用特制方式。所选自愈式并联电容器使用进口耐高温薄膜，耐受90℃摄氏度的高温环境；电抗器通过与厂家协商合作，在材质、结构、气隙等方面进行了特殊设计，有效降低了器件温升。

7）补偿装置设有补偿电流显示、八路补偿状态显示（运行、故障指示）以及三相电容电压放电指示。

8）产品隔爆性能良好，结构设计新颖合理、取得多项专利，机芯小车式结构方便了产品的安装、调试和维护，且具有互换性。

9）产品已经在全国很多煤矿进行了推广使用，有着良好的销售业绩，同时做过长期的现场跟踪，大量的运行数据表明产品具有非常可靠的性能。

6、在煤矿井下使用无功补偿的意义

煤矿井下电网供电系统由于线路长、用电负荷大、存在大量感性负荷，这些感性负荷在配电系统中大量消耗无功功率，导致系统功率因数的降低，井下各用

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电设备长期在功率因数较低的情况下运行,电网的线路损耗所造成能源浪费极大。在井下供电系统加装无功功率补偿装置，对煤矿企业保证生产、稳定产量、节能降耗具有重要意义，概括来讲可分为以下几点：

1）提高功率因数，降低无功损耗，减少电能浪费

采用补偿后，系统功率因数提高，使变压器及供电线路中电流下降，降低了无功电流损耗，达到节能降耗的目的。

2）稳定电网电压

井下感性负荷大量产生无功功率，必然导致供电系统电网电压波动。无功功率大，电网电压波动幅度大，无功量变化频率快，电网电压波动频率随之加快。安装使用无功补偿后，将大部分无功功率就近补偿，势必导致供电网无功功率显著减少，减小了电网电压及井下变压器二次电压波动范围，在全补偿的情况下，端电压提高5%左右，为大功率电机顺利起动创造了有利条件。

3）提高了供电系统的利用率

井下用电设备与地面电源之间存在大量往复交流的无功功率，这些无功功率必然占用供电系统许多容量，造成供电线路带负荷能力下降，井下变压器容量利用率下降，各级控制开关带载能力下降，加装无功补偿后，使井下变压器视在功率接近于有功功率，有效提高了视在功率利用率，供电线路及各级控制开关因减少了无功电流，大大提高了承载能力。

4）减少电气事故率，延长设备使用寿命

变压器、供电线路、各级控制保护开关及供电系统所有主回路连接点的温升与流过该系统的视在电流成正比，视在电流大，必然导致温度升高快，温度超越绝缘强度后，势必引起老化、接地、放电、弧光短路等各类事故，甚至引起漏电伤人，导致设备寿命缩短，维修工作量加大，增加维修资金支出，缩短设备更新周期，增加设备投资费用。经无功补偿后，系统视在电流下降30%左右，所有电气设备承受实际电流减小，减少了因电流大造成各类电气事故的机率，事故率下降必然提高设备的开机率，减少事故处理时间必然增加正常生产时间。

总之，在煤矿井下安装无功补偿设备能够起到节能降耗、节约投资、减少事故、增产增效的作用。

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