摘要：在礦山供電系統(tǒng)中,絕大部分負荷都具有電感特性,它們都需要從供電系統(tǒng)吸收無功功率,當有功功率需要保持恒定,無功功率需要量增大將對供電系統(tǒng)產(chǎn)生以下影響:降低發(fā)電設備和供電設備的利用率;增加輸電線路和發(fā)電機的功率損失;使線路電壓降增大,降低電能質(zhì)量。

　　關鍵詞：礦山供電,有功功率,無功功率,功率因數(shù)

　　由于礦山企業(yè)采用大量的感應電動機和變壓器等用電設備(如帶鎮(zhèn)流器的日光燈、交流接觸器等),供電系統(tǒng)除供給有功功率外還需供給大量無功功率,使發(fā)電和輸配電設備的能力不能充分利用,為此,必須提高用戶的功率因數(shù),減少對電源系統(tǒng)的無功需求量。

　　功率因數(shù)就是在交流電量中有功功率與視在功率之比值,用λ表示,即:λ=p/s=cosφ。它是一項重要的力能經(jīng)濟指數(shù),如上面所述的用電設備,它們的功率因數(shù)都比較低,滿負荷時約為0.7~0.85;輕載時在0.5以下,功率因數(shù)不高原因是由于電感性負載的存在,而電感性負載的功率因數(shù)之所以小于1,是由于負載本身需要一定的無功功率。按照供用電規(guī)則,高壓供電的工業(yè)企業(yè)的平均功率因數(shù)不小于0.95,其它單位不低于0.9。

　　一、無功功率需要量增大將對供電系統(tǒng)產(chǎn)生以下影響:

　　(一)降低發(fā)電設備和供電設備的利用率

　　發(fā)電機、變壓器額定容量,是根據(jù)額定電壓UN和額定電流IN設計的。額定電壓和額定電流的乘積,即為額定視在功率Sr=UNIN,它代表設備的額定容量,在數(shù)值上等于允許發(fā)出的最大功率。因為發(fā)電機在額定工作狀態(tài)下發(fā)出的有功功率為:PN=UNINcosφ

　　當負載的功率因數(shù)cosφ=1時,PN=NS,其容量得到充分利用;當負載的功率因數(shù)cosφ<1,而發(fā)電機的電壓和電流又不容許超過額定值,顯然,這時發(fā)電機所能發(fā)出的有功功率較小。而無功功率則較大,無功功率越大,電路與電源之間能量交換的規(guī)模越大,發(fā)電機發(fā)出的能量不能得到充分的利用,同時發(fā)電機配套的原動機及變壓器等設備也不能充分利用。

　　(二)增加輸電線路和發(fā)電機的功率損失

　　當發(fā)電機的電壓U和輸出的有功功率P一定時,電源I與功率因數(shù)成反比,而線路和發(fā)電機繞組上的功率損耗△P與cosφ的平方成反比,即I=P/Ucosφ

　　△P=I2r=(P/Ucosφ)2r=P2/U2×1/cos2φ×r

　　式中,r是發(fā)電機繞組和線路的電阻。

　　在P、U一定的情況下,cosφ越低,電流I就越大,電流流過輸電導線,在輸電線路上引起的功率損耗越大,就意味輸電線路傳輸電能的效率越低。

　　(三)使線路電壓降增大,降低電能質(zhì)量

　　由I=P/Ucosφ可知,在P、U一定時,功率因數(shù)越低,輸電線上輸送的電流就越大,在線路上產(chǎn)生的電壓降△V=I│z│也就越大,電能質(zhì)量降低,特別在電網(wǎng)末端將會長期處于低壓運行狀態(tài),影響負荷的正常工作,滿足不了用戶需求。為提高電壓,必須在系統(tǒng)中裝設調(diào)壓設備,如帶負荷調(diào)壓器等。

　　二、通過以上分析提高功率因數(shù)的方法,歸納有以下兩個途徑:

　　(一)提高用電設備本身的功率因數(shù)(自然功率因數(shù))

　　合理選擇和使用電氣設備,避免“大馬拉小車”現(xiàn)象,合理選擇電動機的容量,使電動機的容量與被拖動的機械負載配套。當電動機實際負荷比其額定容量低很多時,功率因數(shù)就會急劇下降。另外,也要有合理的調(diào)度,安排生產(chǎn)工藝流程,限制電氣設備空載運行。

　　(二)用其它設備進行補償

　　礦山企業(yè)為了使功率因數(shù)達到規(guī)定值以上,一般都用并聯(lián)電容器的方法進行人工補償,電力電容器具有投資省、有功功率損失小、運行維護方便、故障范圍小等優(yōu)點。通常是將電容器(設備在用戶載變電所中)并聯(lián)到電感性負載的電路中,利用感性負載的無功功率與電容的無功功率相互抵消補償?shù)脑�理來提高功率因�?shù);在電感性負載上并聯(lián)了電容器后,減少了電源與負載之間的能量互換,這時電感性負載所需的無功功率大部分或全部都是就地供給(由電容器供給),就是說能量的交換現(xiàn)在主要或完全發(fā)生在電感性負載與電容器之間,因而使發(fā)電機容量能得到充分地利用。

　　綜上所述,提高用戶的功率因數(shù)具有重大的經(jīng)濟意義,所以國家獎勵企業(yè)用戶提高功率因數(shù)。在按兩部電價收費的基礎上,還規(guī)定了根據(jù)企業(yè)用戶的功率因數(shù)高低另加獎或懲的附加電費。提高負載的功率因數(shù),既能減少線路的電能損失和電壓降,又能使原設備得到充分利用,從而提高供電質(zhì)量,增加企業(yè)轉(zhuǎn)供電回收,對礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

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