1、1无功补偿技术在煤矿照明用电系统中的应用摘要：介绍煤矿生活区照明用电系统的自然功率因数情况，分析提高功率因数的作用、补偿电容器的合理选择、电容补偿方式的合理选择及各种补偿方式的技术特征。 关键词：照明系统；无功补偿；功率因数；影响 中图分类号： J914 文献标识码： A 1 综述 煤矿生活区随着人们生活水平的逐步改善，对电力的需求也在与日俱增。据统计，仅朔里矿业 2012 年的 8 月份与 2013 年 8 月份的生活区用电，一个月就由 150 万度增加到 180 万度，可见增幅之大。生活区用电特别是夏季，增幅是最大的。在此季节，供电变压器容量不便的情况下，电压降比较高，有时只能达到额定电压
2、的 60%左右。由于居民用电设施基本上都是电感性的，因而系统功率因数比较低，平均也大都在 0.6以下。功率因数低，线路损耗加大，系统供电质量差，变电设备利用率低。局部地点推广应用移动式变电站，由于其自身有无功补偿和安全保护作用，加上变压器容量的增大，其低压供电系统供电质量明显得到提高，电压提高了，功率因数提高了，系数的损耗也减少了，实现了照明系统装设电容器以后提高供电设备利用率，达到了照明节电降耗的目的。2 提高功率因数的作用 2就功率因数概念而言，将其定义为有功功率 P 与视在功率 S 的比值，即： cos=PS 其物理意义，也就是线路的视在功率 S 供给有功功率 P 的消耗所占的百分数。在
3、电力系统的运行中，人们总希望功率因数越大越好，这是因为视在功率能将一大部分用来供给有功功率，从而减少了无功功率的消耗。特别是在电力照明系统中，装设电容器明显能够简便而有效地补偿功率因数，从而提高功率因数，最终的意义主要在于提高系统有功功率。 1）减少电压损失的作用。一般影响电力线路电压损失的因素主要有以下四个方面：线路的有功功率 P、无功功率 Q、电阻 R 和电抗 X。若采用容抗为 Xe 的电容器来补偿话，其系统电压损失可写为 U=PR+Q(X-XC)U 显然，采用补偿电容器后提高了功率因数，而将电压损失U 也减小了，改善了电压质量。 2）减小线路损失的作用。当线路通过电流量为 I 时，这时的
4、有功损耗便写为： P=3I2R10-3=3P2R10-3U2(COS2) 由此可见，线路的有功损失 P 则与 COS2 成反比，其中 COS 越高，P 就会越小。 3）改善用电装置的利用率作用。由前式 cos=PS 可知，线路在一定的电压和电流下，若提高 cos，则输出的有功功率 P 也就越大。所3以，改善功率因数是充分发挥用电装置的潜力和提高其系统利用率的有效方法。 4）提高电力系统的传输能力的作用 由于视在功率 S 与有功功率有着如下的关系： P=SCOS 从而可知，在传送有功功率 P 一定的条件下，功率因数 COS 越高，所需要的视在功率 S 就越小，说明传输能力就越强。 3 补偿电容器
5、的合理选择 电容器进行无功补偿，就是利用电容器在交流电路中的容性无功电流，而产生容性无功电流的多少只能由电容器的电容量所决定，因此必须合理的选择补偿电容器的电容量。因为无功补偿的目的就是要提高电力线路的功率因数，实现节约电能和降低消耗的目的，所以目标功率因数(即补偿后功率因数的期望值)显然越高就越好。但是，由于气体放电型电光源在工作时其本身引起的电流畸变，以及在电路上并接电容器后引起的电流畸变因素，它将影响和制约着功率因数的进一步提高。一般情况下，可将选择的目标功率因数定在 0.8-0.9 之间为宜。由于照明系统补偿前的功率因数，是根据所选的电光源而确定的，通常在它们的技术参数中都有专项列出。
6、就补偿电容器的耐压选择而言，为可靠起见，应选为电源电压的 2.5-3 倍为宜。 电容器的电容量可以通过下式计算来求得： C = P(tg1- tg2)/(2fU2) 式中：C补偿电容器的电容量，单位 F； 4P电光源的有功功率，单位 W； 1补偿之前电压与电流的相位差，单位为度； 2补偿之后电压与电流的相位差，单位为度； f照明供电电源的工作频率，单位 Hz； U照明供电电源工作电压，单位 V。 单个用电器补偿案例：一盏单相工频市电 220V 供电电压下的 40W 日光灯（电感式镇流器标准荧光灯） ，它的自然功率因数为 0.5，若将功率因数提高到 0.9，看看补偿电容器的电容量究竟需要多少。
7、解：已知 f=50Hz，U=220V，tg1=arccos0.5，根据上式有： C = P(tg1- tg2)/(2fU2) = 40tg(arccos0.5)-tg(arccos0.9)/(23.14502202) = 3.310-6(F) = 3.3F 故此灯的补偿电容量即为 3.3F。 4 电容补偿方式的合理选择 在电力系统中，补偿电容器的安装型式主要有：高压集中式、低压集中式、低压局部集中式和单灯式等数种。现介绍几种常用的补偿方式：1）高压集中式补偿方式。作为高压集中式补偿，一般都是在变电所内进行，它是把补偿电容器组并接在为照明系统（或动力系统）供电的电力变压器高压侧电路上。该配置方式
8、一般用于大型集中式照明供电系统。 52）低压集中式补偿方式。作为低压集中式补偿，也是在变电所或配电室内进行，它是把补偿电容器组并接在为照明系统（或动力系统）供电的电力变压器低压侧电路上。该配置方式也适用于大规模的集中式照明系统。 3）低压局部集中式补偿方式。低压局部集中式补偿，系低压供电线路上照明系统的局部补偿，也就是对照明系统的各个照明单元实行分片、分路地分别进行补偿，这种补偿方案适用于相对独立而且灯的布局又比较集中的场合，比如大型办公室(厅)、灯光球场、作业车间等。补偿电容器可以安装于相应照明单元的配电箱里或其他地方单独存放。 4）单灯式补偿方式。对单灯式补偿而言，也就为就地式单灯无功补偿
9、方式，它是把补偿电容器直接并接在每盏灯的供电电路上。在每盏灯即使是不同的类型、不同的规格，也能够独立而准确地完成预期的无功补偿目标。这种方案适合于任何照明场所。 5 各种补偿方式的技术特征 从以上几种电容器的安装配置方案中可以看出，集中式补偿的优点是安装工作简便，施工工程量较小，运行可靠性较高，而其中的高压集中式所需的电容量比低压式要小得多(因为电容量与工作电源电压的平方成反比)，补偿利用率较高；高压集中式的缺点则是不能减少低压线路上的电压损耗和电能损耗，而只能对电网起无功补偿作用；低压集中式和低压局部集中式补偿，均无法减少所有灯分支线路上的电压损耗和电能损耗。相比之下，单灯式补偿则是一种最为
10、优越的方案，它不仅减少了各灯支路上的无功功率，而且也降低了照明供电系统低压线路上的电压6损耗和电能损耗。另外，由于低压线路工作电流的大幅下降，因此也可以选用较小截面的导线供电，同时有关配电电器的电流参数也可适当地进行减小了，所以单灯式补偿显得优越性高。 6 结语 通常，气体放电型电光源的发光效率和使用寿命远高于热辐射型电光源，符合“绿色照明”的方针，其节电效果显著。但是，这类照明灯的功率因数较低，在使用中必然导致供电设备有效利用率的下降和电能损耗的增加，所以要利用电容器进行无功补偿，尤其是单灯就地式补偿技术更适宜。补偿后，气体放电型电光源的优点也可以得以充分的发挥，又能使照明供电系统达到高效低损的目的。如果系统都使用此类气体放电型电光源，并且都进行单灯补偿，那么系统的功率因数自然就会提高，这对于系统节电降耗都具有重要的现实意义。 参考文献： 1曹光祖.应系统地重视分散和终端无功补偿J.低压电器,1999(5):27-30. 2张勇军.lOkV 长线路杆上无功优化补偿J中国电力,2000,33(9):50-52.
