電力系統(tǒng)中的大型感性負(fù)載會(huì)降低功率，出現(xiàn)大量的無用功分量，并且還會(huì)影響到整個(gè)輸電網(wǎng)絡(luò)的損耗和可靠性，特別是在煤礦電力系統(tǒng)中，影響到煤礦大型設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為了解決這一問題，可以在母線上并聯(lián)電容組或者電容器，以達(dá)到消除無用功的目的，這也是電壓無功補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)方法。但是應(yīng)當(dāng)看到，這種傳統(tǒng)方法在應(yīng)用中存在著很大的不足，例如電容器在使用中會(huì)產(chǎn)生過電壓，影響到其他電力元件的使用壽命。同時(shí)，這種無功補(bǔ)償方法所設(shè)置的補(bǔ)償參數(shù)是固定的，而電力系統(tǒng)實(shí)際上需要的無功補(bǔ)償參數(shù)卻是動(dòng)態(tài)變化的。電壓無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用，則較好地解決了這一問題。

1無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)原理

從電容器的無功輸出來看，主要是通過調(diào)節(jié)電容器的端電壓來調(diào)整電容器的無功輸出功率，在無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)中，也就是將電壓調(diào)節(jié)裝置接入供電系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器無功輸出功率的調(diào)節(jié)。相較于傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償方法，自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)的關(guān)鍵便是通過應(yīng)用自動(dòng)化、智能化的電壓調(diào)節(jié)裝置，來實(shí)現(xiàn)針對(duì)供電系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)的無功補(bǔ)償需求變化提高無功補(bǔ)償效率的作用。該裝置的設(shè)計(jì)原理主要是通過電壓實(shí)時(shí)分級(jí)調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)電容器的端電壓。電容器是固定接入的，在調(diào)整的過程中并不用調(diào)整延時(shí)，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生放電。而在電壓實(shí)時(shí)分級(jí)調(diào)節(jié)中，由于電容器不需要調(diào)整延時(shí)，因而對(duì)電容器端電壓的調(diào)節(jié)變化量也較小，這就為精細(xì)化的控制無功補(bǔ)償功率提供了可能［1］。另一方面，這種無功補(bǔ)償功率的調(diào)節(jié)方法也不會(huì)在調(diào)節(jié)過程中產(chǎn)生電壓，因而不會(huì)對(duì)其它電器元件的使用壽命產(chǎn)生影響。近年來，隨著GTＲ、GTO、SCＲ等全新電氣元件的應(yīng)用，也較好地解決了無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)中的沖擊涌流等問題，投切速度大大提高，使得無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)更加趨于安全、可靠。

2無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)組成及調(diào)整原則

無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)的核心部分是控制系統(tǒng)，主要的控制元件為單片機(jī)，控制系統(tǒng)對(duì)PT和PC輸入供電系統(tǒng)的電壓和電流進(jìn)行控制，計(jì)算相應(yīng)的功率因數(shù)，按照預(yù)先的編程設(shè)置，最終調(diào)整整體的參數(shù)。在調(diào)節(jié)過程中，一般需要同時(shí)調(diào)節(jié)功率因數(shù)和系統(tǒng)電壓，這是因?yàn)楣β室驍?shù)和系統(tǒng)電壓是緊密相關(guān)的，如果只對(duì)其中的一個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并不能起到較好的調(diào)整效果［2］。這樣一來，功率因數(shù)和系統(tǒng)電壓所組成的調(diào)節(jié)區(qū)域也就分別是這兩項(xiàng)參數(shù)為X軸和Y軸組成的區(qū)域，一般可以將這一調(diào)節(jié)區(qū)域分為9個(gè)子區(qū)域。第九區(qū)為整個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)域的中心區(qū)域，這一區(qū)域?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的正常工作區(qū)域，調(diào)節(jié)區(qū)域示意如圖1所示。控制器中單片機(jī)的編程設(shè)置也以系統(tǒng)狀態(tài)分類區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。例如當(dāng)供電系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)處于一區(qū)時(shí)，系統(tǒng)電壓和功率因數(shù)都低于下限，在這種工作狀態(tài)下，就應(yīng)當(dāng)優(yōu)先增加無功輸出，并且采用提高系統(tǒng)電壓作為輔助調(diào)整機(jī)制。按照相應(yīng)的調(diào)整方式，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，由控制器自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能。

3煤礦電力系統(tǒng)中電壓無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用

3．1煤礦電力系統(tǒng)特點(diǎn)分析

在煤礦電力系統(tǒng)中應(yīng)用電壓無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，首先應(yīng)當(dāng)分析煤礦電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)其中存在的不足和問題，從而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。首先，基于煤礦電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，需要重點(diǎn)考慮電能質(zhì)量問題、電氣設(shè)備損害問題、啟動(dòng)無功沖擊問題等等。煤礦電力系統(tǒng)中大量使用非線性電子器件，由這些電子元器件所組成的自動(dòng)化裝置會(huì)產(chǎn)生諧波，這會(huì)降低供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，也就會(huì)影響到電能質(zhì)量。同時(shí)，在供電系統(tǒng)中，啟動(dòng)無功沖擊也會(huì)使得電壓產(chǎn)生波動(dòng)，會(huì)大大增加供電系統(tǒng)中的無用功，不但會(huì)造成電能損耗，還會(huì)影響到煤礦大型設(shè)備的安全生產(chǎn)。煤礦供電系統(tǒng)中的諧波危害較多，不但會(huì)損害變壓器、電機(jī)、變頻裝置等，甚至還會(huì)對(duì)煤礦的通信信號(hào)造成一定的干擾，損害繼電保護(hù)器。因而煤礦電力系統(tǒng)應(yīng)用電壓無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，應(yīng)當(dāng)充分考慮煤礦電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和一些隱患問題。

3．2無功補(bǔ)償方案選擇

綜合分析煤礦供電系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求，選擇晶閘管控制電容器的靜止式動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方案較為合適。晶閘管電容器無功補(bǔ)償裝置從控制方式上來看，可以依據(jù)控制物理量的不同分別實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)和無功功率等參數(shù)的控制。選擇適宜的電容器組合方式，對(duì)電容容量進(jìn)行計(jì)算，如果在電容容量投入中，投入值小于電容器最小值，那么在這種狀態(tài)下不能夠進(jìn)行電容器投切。相應(yīng)的，也就應(yīng)當(dāng)保持原補(bǔ)償狀態(tài)。無功功率控制方式，其檢測控制的為同一對(duì)象，這種控制方式雖然在理論上來說是可行的，但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于檢測難度較大，并不能夠較好的應(yīng)用［3］。而功率因數(shù)控制方式也存在一定的局限性，例如在重載狀態(tài)下，如果在這時(shí)進(jìn)行投切，并不能夠充分補(bǔ)償;相應(yīng)的，當(dāng)處于輕載狀態(tài)時(shí)進(jìn)行投切，又極易產(chǎn)生震蕩。在投切方式方面，傳統(tǒng)的投切方式主要為機(jī)械式接觸器，接觸器的閉合需要三相同時(shí)接觸，這種投切方式會(huì)降低補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性。而在無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)方案中，主要使用單片機(jī)通過晶閘管來控制投切電容器。補(bǔ)償方式主要有混補(bǔ)、三相分補(bǔ)、三相共補(bǔ)等補(bǔ)償方式，根據(jù)補(bǔ)償需要選擇相應(yīng)的補(bǔ)償方式。

3．3使用與維護(hù)

在使用中，首先應(yīng)當(dāng)通過測試分析，確定電能質(zhì)量的相關(guān)指標(biāo)，確定煤礦電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目有電壓波動(dòng)、功率因數(shù)、諧波電壓、電壓三相平衡度等。根據(jù)電能質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定相應(yīng)的無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)方案，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，確定準(zhǔn)確的控制區(qū)域維度。同時(shí)，無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)遵循三項(xiàng)基本原則，分別是安全性原則、可靠性原則和經(jīng)濟(jì)性原則。一方面，通過無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用，確保煤礦電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，保證煤礦大型設(shè)備的運(yùn)行安全性。另一方面，選擇適宜的調(diào)節(jié)參數(shù)，最大程度地提高電能質(zhì)量，降低電能損耗。依照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，在煤礦電力系統(tǒng)中加裝無功補(bǔ)償裝置后，應(yīng)當(dāng)保證注入系統(tǒng)公共接點(diǎn)的三相電壓平衡度不大于1．3%，并且電壓波動(dòng)不能大于2%。在維護(hù)方面，應(yīng)當(dāng)建立起主要設(shè)施設(shè)備的巡查制度，特別是對(duì)于控制器，應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的檢測系統(tǒng)，在煤礦電力系統(tǒng)運(yùn)行中，對(duì)無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，如果某一參數(shù)出現(xiàn)異常，應(yīng)當(dāng)由維護(hù)人員及時(shí)進(jìn)行排查和維修。

4結(jié)語

目前無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)已經(jīng)在煤礦電力系統(tǒng)中得到了較好的應(yīng)用，相較于傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償方式，無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)極大地提高了無功補(bǔ)償?shù)陌踩浴⒖煽啃院蜏?zhǔn)確性。針對(duì)煤礦電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和無功補(bǔ)償需求，選擇晶閘管投切電容器式的無功補(bǔ)償技術(shù)是一種較好的方式，能夠適應(yīng)煤礦電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求。在無功補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)針對(duì)具體應(yīng)用情況，在滿足國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定完善的應(yīng)用方案。

作者：田沖     單位：潞安礦業(yè)集團(tuán)公司供電處