引言
东怀煤矿是广西百色矿务局煤业公司主要生产矿井之一，毗邻广西右江河畔，位于百色城西郊4 km处，年设计生产能力为150万t。该矿井供电系统建设有一座35 kV/6 kV双回路地面变电站，主变容量为2×6 300 kVA，一路来自“百林变”319#线，另一路来自“东笋变”365#线，35 kV进线采用“外桥”结线，于2010年2月建成投运。地面变电所供电系统图1所示。
1 无功补偿使用状况
东怀煤矿地面变电站供电系统无功补偿的电容器安装在6 kV侧，6 kV母线分列运行，每列并联干式金属化膜BKMJ6-400-1Q型自愈高压电容器3组，每组容量为400 kVAr，共1 200 kVAr，两列总容量为2 400 kVAr。电容器投运“手动”方式，每月功率因数不稳定，力调率不高。以2013年为例，力调率一般是0.91左右，如果值班员责任到位，则可达到0.92；如果值班员责任缺失，则只有0.89（见表1），特别是2014年10月后，由于设备已运行多年，所以电容器出现了内部放电、外壳变形、老化击穿自愈失效的故障，直接影响供电质量和供电安全。
2 无功补偿改造方案
针对无功补偿效果不好、功率因数偏低、电容器老化损坏等情况，提出如下改造方案：改用“自动”投切电容器，功率因数提高到0.98，经计算，无功补偿电容总容量为3 600 kVAr，即分列每段母线增加电容容量为1 800 kVAr，每组为600 kVAr，共3组。
2.1 计算
2.1.1 补偿电容容量计算
根据公式Q=
Q为所需电容器容量（kVAr）；P为负荷功率（kW），见表2；cosφ1为改造前的功率因数，取0.90；cosφ2为改造后的功率因数，取0.98。
Q=2.1.2 主变压器容量验算
根据公式：
式中，Pz为总有功功率（kW）；∑P为总工作负荷（kW）；Kc为重合系数，取0.75；Kx为需用系数，取0.8；SB为主变压器容量（kVA）；cosφ'z为人工补偿后的功率因数，一般取0.95。
2.2 选型
原使用的干式金属化膜BKMJ6-400-1Q型自愈高压并联电容器，在质量上不够稳定，出现过电容器单元自愈失效、内部严重放电、有异响造成外壳变形等问题，导致继电器保护动作，影响正常投运。经分析对比，改用油浸式聚丙烯膜型高压并联电容器，投切改用新式微电脑自动控制器，保护改用数字式电容单元保护器，以减少值班员巡查、操作环节和保护误动作等。
2.3 效果
2014年12月，经无功补偿改造投运后，电容器运行正常，功率因数平均提高到0.96以上，有功电度、无功电度、功率因数、力调率统计见表3；2015年1月至12月，力调率平均值为-0.75，力调电费合计为-112 505.62元，平均每月减少电费近万元，而改造投资设备和人工费用合计20万元，即不用2年就可收回投资费用。
3 功率因数分析
3.1 提高功率因数意义
在煤矿生产中，由于使用大量交流感应电动机及变压器，以致供电系统除了供给有功功率外，还需要供给无功功率，无功功率的增加会使煤矿电网负荷功率因数降低。当有功负荷一定时，功率因数降低必须使负荷容量即视在功率增大，不但直接增大发电设备的负荷，还加大电力线路的电能损耗和电压损失，这就要求增加发电设备容量和加大电力线路导线截面，从而增大供电系统的投资运行费用。因此，只有提高负荷功率因数，有效利用现有发电设备，降低供电系统的电能损耗和电压损失，才能保障供电质量和供电安全。
3.2 提高功率因数方法
一是自然补偿法，不需要增加专门设备，只要改进用电设备的使用情况即可提高功率因数。{1}科学合理地选用电动机，使其经常在满载或接近满载情况下运行；{2}尽可能地选用鼠笼式电动机，不用绕线式电动机；{3}科学合理地调节负荷，避免变压器空载或轻载运行。
二是人工补偿法，当自然补偿达不到要求时，应采取人工补偿使得用户功率因数提高。{1}使用同步电机，在过激磁条件运行，使同步电机向电网供给无功功率；{2}选用变频器控制电动机启动运行；{3}设计安装静电电容器在母线上进行集中补偿，如上述改造方案为例。
4 结语
上述改造方案表明，由于企业是用电大户，所以提高功率因数非常重要，电力部门应收取力调率电费，提高功率因数，可以充分利用变压器和其他设备的容量，改善电动机的启动运行条件，提高设备使用效率，这对设备非常有好处，能大大地减少电资源浪费。因此，在实际工作中应尽量采用自然补偿和人工补偿相结合的方法，使功率因数提高到0.95以上，这项举措对企业、电力部门和社会都具有较大经济意义。