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【摘 要】本文阐述了煤矿井下工作面电气设备容量大功率损耗大，主要感性负载设备等原因，所以提高有功功率必须利用电容器并接方法。
【关键词】无功补偿；数学分析；功率因数
随着现代化矿井快速发展，井下机械化程度不断提升，大功率电机大量使用，普遍应用电子元件产品，各种感性负荷及用电设备与地面电网供电电源之间必然循环着大量无功功率，同时产生各类谐波，造成井下供电质量恶化和电费严重浪费，直接影响井下电网及用电设备正常运行。
一、无功补偿的节电原理
1.作图法（几何法）。利用电容电流超前电感电流180°的原理（即二者方向相反），与电器（电动机或变压器）并补相应量的电容器，使无功电流大大降低，随之工作电流也相应降低很多，而有功功率依然保持不变，而功率损耗却大大下降，最多可达60%～70%。
由上图可见，有功功率输出不变，而工作电流却降低很多，则节电。
2.解析式发（代数法）。由P=√3 I Ucosφ得I=P/√3U
cosφ→即I∝1/cosφ（式1），又因P损=I2 R→△P损∝I2，将（式1）代入上式中得：△P损∝1/cos2φ。即功率损耗与功率因数的平方成反比。由此可见，在低壓配电线路里，提高功率因数来降低损耗节电效果十分显著。
二、WBB系列矿用隔爆型动态无功补偿装置综合经济效益分析
1.供电系统。6KV高压从地面送到采取变电所。采区变电所分别送出三路负荷，二路将6KV高压送往综采工作面移动变电站，距离2000m，另一路送往综采工作面运输巷机头配电点，距离800m，电缆均为ZQ3×50mm2。工作面移动变电站安装有两台1250KVA变压器，1号变压器负荷有采煤机、转载机、破碎机共970KW；2号变压器负荷有运输机、液泵、水泵共
935KW；皮带机头配电点干变容量为800KVA，负荷2×315皮带运输机。3台变压器二次侧电压准为1140V，要求功率因数由0.65经补偿后达到0.96。
2.补偿前后电流计算（按额定功率60%计算）。变压器一、二次侧补偿前电流计算：公式：I=P/√3Ucosφ，1#、I2=582/
1.732×1140×0.65=453A，I1=453/5=91A；2#、I2=561/1.732×
1140×0.65=437A，I1=437/5=87A；3#、I2=378/1.732×1140×
0.65=295A，I1=295/5=59A。变压器一、二次侧补偿后电流计算：1#、I2=582/1.732×1140×0.96=307A，I1=307/5=61A；2#、I2=561/
1.732×1140×0.96=296A，I1=296/5=59A；3#、I2=378/1.732×
1140×0.96=199A，I1=199/5=39A。
3.补偿后减少的供电线路功率损耗计算：公式：△P=3
（I2-I2）∑R，从移动变电站到采区变电所：1#、△P=3（912-612）×
0.858=11.74KW；2#、△P=3（872-592）×0.858=10.52KW；3#、△P=3（592-392）×0.858=5.05KW。从采区变电所到地面变电站：△P=3×﹛﹙91+87+59﹚2-﹙61+59+39﹚2﹜×0.895=83KW，△P线总
=11.74+10.52+5.05+83=110.3KW。
4.补偿后，减少的变压器功率损耗计算：公式△P变=
（P/S）2（1/cos2φ1-1/cos2φ2）（PK+λQK），（其中：PK=有功功率损耗，QK=无功功率损耗，UK=变压器短路电压百分数，具体值查阅煤矿电工手册），若变压器额定容量为1250KVA时：则QK=UK%SN×102=81.25（KVar），若变压器额定容量为
800KVA时：则QK=UK%SN×102=48（KVar），1#、△P1=（680/1250）2（1/0.652-1/0.962）（7.2+8.13）=5.82KW；2#、△P2=（660/1250）2（1/0.652-1/0.962）（7.2+8.13）=5.48KW；3#、△P3=（440/800）2（1/0.652-1/0.962）（6+4.8）=4.19KW，P变总=5.82+5.48+
4.19=15.5 KW，注：P—取额定功率的70%；λ—无功经济当量。
5.节省电能经济效益计算：全系统补偿后节约为：△P总=△P线总+△P变总=110.3+15.5=125.8 KW，全年节约用电量为：
125.8 KW×20/天×350/年=88060 KWh，全年共节省资金约：
88060 KWh×0.5元/KWh=440300元。
三、应用无功补偿装置的意义
（1）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，降低了无功损耗，达到节能降耗的目的。（2）提高功率因数。用容性无功电流就近实时抵消负荷产生的无功电流，达到提高井下供电系统功率因数的目的。（3）治理谐波，净化井下电网。各补偿支路具备限制涌流，治理谐波的功能，达到装置内电器元件安全运行和净化井下电网的目的。（4）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，井下变压器容量下降，各级控制开关戴载能力下降加装无功补偿后，使井下变压器实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。
参 考 文 献
[1]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[S].北京：煤炭工业出版社，2001
[2]刘思沛.煤矿供电[M].北京：煤炭工业出版社，1988
[3]要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地[M].北京：中国电力出版社，2000
[4]张艳霞，陈超英，赵杰辉等.《配电网单相接地故障选线底一种新方法》
[5]倪以信.动态电力系统分析和理论[M].北京：清华大学出版社，2002
[6]王锡凡.现在电力系统分析[M].西安：西安交通大学出版社，2003
[7]贺建闽.多串多次滤波器投切的暂态过程仿真[J].铁道学报.1991（增刊）：92～98
[8]李群湛，贺建闽.牵引供电系统综合补偿技术及应用[J].电气化铁道.
1998（3）：25～27
[9]唐卓尧.任震并联型混合滤波器及其滤波特性分析[N].中国电机工程学报.2000，20（5）：25～29
[10]李群湛，贺建闽.无功补偿装置.中国专利：ZL01214571.8，2002
-04-24
[11]蒋斌，颜钢锋，赵光宙.单相电路瞬时谐波及无功电流实时检测新方法[J].电力系统自动化.2000，21（21）
[12]王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，1998：285～290
【关键词】无功补偿；数学分析；功率因数
随着现代化矿井快速发展，井下机械化程度不断提升，大功率电机大量使用，普遍应用电子元件产品，各种感性负荷及用电设备与地面电网供电电源之间必然循环着大量无功功率，同时产生各类谐波，造成井下供电质量恶化和电费严重浪费，直接影响井下电网及用电设备正常运行。
一、无功补偿的节电原理
1.作图法（几何法）。利用电容电流超前电感电流180°的原理（即二者方向相反），与电器（电动机或变压器）并补相应量的电容器，使无功电流大大降低，随之工作电流也相应降低很多，而有功功率依然保持不变，而功率损耗却大大下降，最多可达60%～70%。
由上图可见，有功功率输出不变，而工作电流却降低很多，则节电。
2.解析式发（代数法）。由P=√3 I Ucosφ得I=P/√3U
cosφ→即I∝1/cosφ（式1），又因P损=I2 R→△P损∝I2，将（式1）代入上式中得：△P损∝1/cos2φ。即功率损耗与功率因数的平方成反比。由此可见，在低壓配电线路里，提高功率因数来降低损耗节电效果十分显著。
二、WBB系列矿用隔爆型动态无功补偿装置综合经济效益分析
1.供电系统。6KV高压从地面送到采取变电所。采区变电所分别送出三路负荷，二路将6KV高压送往综采工作面移动变电站，距离2000m，另一路送往综采工作面运输巷机头配电点，距离800m，电缆均为ZQ3×50mm2。工作面移动变电站安装有两台1250KVA变压器，1号变压器负荷有采煤机、转载机、破碎机共970KW；2号变压器负荷有运输机、液泵、水泵共
935KW；皮带机头配电点干变容量为800KVA，负荷2×315皮带运输机。3台变压器二次侧电压准为1140V，要求功率因数由0.65经补偿后达到0.96。
2.补偿前后电流计算（按额定功率60%计算）。变压器一、二次侧补偿前电流计算：公式：I=P/√3Ucosφ，1#、I2=582/
1.732×1140×0.65=453A，I1=453/5=91A；2#、I2=561/1.732×
1140×0.65=437A，I1=437/5=87A；3#、I2=378/1.732×1140×
0.65=295A，I1=295/5=59A。变压器一、二次侧补偿后电流计算：1#、I2=582/1.732×1140×0.96=307A，I1=307/5=61A；2#、I2=561/
1.732×1140×0.96=296A，I1=296/5=59A；3#、I2=378/1.732×
1140×0.96=199A，I1=199/5=39A。
3.补偿后减少的供电线路功率损耗计算：公式：△P=3
（I2-I2）∑R，从移动变电站到采区变电所：1#、△P=3（912-612）×
0.858=11.74KW；2#、△P=3（872-592）×0.858=10.52KW；3#、△P=3（592-392）×0.858=5.05KW。从采区变电所到地面变电站：△P=3×﹛﹙91+87+59﹚2-﹙61+59+39﹚2﹜×0.895=83KW，△P线总
=11.74+10.52+5.05+83=110.3KW。
4.补偿后，减少的变压器功率损耗计算：公式△P变=
（P/S）2（1/cos2φ1-1/cos2φ2）（PK+λQK），（其中：PK=有功功率损耗，QK=无功功率损耗，UK=变压器短路电压百分数，具体值查阅煤矿电工手册），若变压器额定容量为1250KVA时：则QK=UK%SN×102=81.25（KVar），若变压器额定容量为
800KVA时：则QK=UK%SN×102=48（KVar），1#、△P1=（680/1250）2（1/0.652-1/0.962）（7.2+8.13）=5.82KW；2#、△P2=（660/1250）2（1/0.652-1/0.962）（7.2+8.13）=5.48KW；3#、△P3=（440/800）2（1/0.652-1/0.962）（6+4.8）=4.19KW，P变总=5.82+5.48+
4.19=15.5 KW，注：P—取额定功率的70%；λ—无功经济当量。
5.节省电能经济效益计算：全系统补偿后节约为：△P总=△P线总+△P变总=110.3+15.5=125.8 KW，全年节约用电量为：
125.8 KW×20/天×350/年=88060 KWh，全年共节省资金约：
88060 KWh×0.5元/KWh=440300元。
三、应用无功补偿装置的意义
（1）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，降低了无功损耗，达到节能降耗的目的。（2）提高功率因数。用容性无功电流就近实时抵消负荷产生的无功电流，达到提高井下供电系统功率因数的目的。（3）治理谐波，净化井下电网。各补偿支路具备限制涌流，治理谐波的功能，达到装置内电器元件安全运行和净化井下电网的目的。（4）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，井下变压器容量下降，各级控制开关戴载能力下降加装无功补偿后，使井下变压器实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。
参 考 文 献
[1]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[S].北京：煤炭工业出版社，2001
[2]刘思沛.煤矿供电[M].北京：煤炭工业出版社，1988
[3]要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地[M].北京：中国电力出版社，2000
[4]张艳霞，陈超英，赵杰辉等.《配电网单相接地故障选线底一种新方法》
[5]倪以信.动态电力系统分析和理论[M].北京：清华大学出版社，2002
[6]王锡凡.现在电力系统分析[M].西安：西安交通大学出版社，2003
[7]贺建闽.多串多次滤波器投切的暂态过程仿真[J].铁道学报.1991（增刊）：92～98
[8]李群湛，贺建闽.牵引供电系统综合补偿技术及应用[J].电气化铁道.
1998（3）：25～27
[9]唐卓尧.任震并联型混合滤波器及其滤波特性分析[N].中国电机工程学报.2000，20（5）：25～29
[10]李群湛，贺建闽.无功补偿装置.中国专利：ZL01214571.8，2002
-04-24
[11]蒋斌，颜钢锋，赵光宙.单相电路瞬时谐波及无功电流实时检测新方法[J].电力系统自动化.2000，21（21）
[12]王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，1998：285～290