礦井電網(wǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償現(xiàn)狀及優(yōu)化

邊海波

【摘要】簡(jiǎn)述礦井電網(wǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償現(xiàn)狀,解析存在問題與不足,提出無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償優(yōu)化方案,實(shí)

現(xiàn)無(wú)功功率的連續(xù)可調(diào),保證系統(tǒng)電壓穩(wěn)定及功率因數(shù)提高。

【關(guān)鍵詞】礦井電網(wǎng) 無(wú)功功率 補(bǔ)償優(yōu)化 方案

【中圖分類號(hào)】TD6【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

1 無(wú)功功率補(bǔ)償現(xiàn)狀

華泰礦業(yè)公司35KV降壓站無(wú)功功率補(bǔ)償現(xiàn)用高壓集中補(bǔ)償方式,在礦里降壓站及各電所分別設(shè)置安裝若干組電容器,電容器接在配電母線上,補(bǔ)償供電范圍內(nèi)的無(wú)功功率;在礦井電網(wǎng)中,存在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備電力負(fù)荷,運(yùn)行過程中這些設(shè)備需要消耗一定的無(wú)功功率。無(wú)功功率使線路總電流增加,增大了輸配電線路的有功損耗,并導(dǎo)致電壓下降、電力設(shè)備有效容量降低。且各次電壓諧波含量較大,接近于標(biāo)準(zhǔn)值。

2 諧波的危害

電網(wǎng)中存在大量的諧波,會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染,降低電能的利用率。下面是對(duì)諧波的危害做幾點(diǎn)簡(jiǎn)單說明

2.1對(duì)內(nèi),諧波的大量存在會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的用電損耗增加,使設(shè)備大量發(fā)熱,減少設(shè)備的使用壽命,并有可能會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2產(chǎn)生附加損耗,增加設(shè)備的溫升;

2.3惡化絕緣條件,縮短設(shè)備壽命;

2.4可能引起電機(jī)的機(jī)械振動(dòng);

2.5由諧波電流和電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩可能使電機(jī)發(fā)生振動(dòng),當(dāng)電機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)自然頻率在受到上述轉(zhuǎn)矩的激發(fā)而可能引起共振時(shí),則會(huì)損壞電解設(shè)備危及人身安全。

2.6無(wú)功補(bǔ)償電容器組可能引起諧波電流的放大,甚至造成諧振;無(wú)功補(bǔ)償電容器與電力系統(tǒng)中的電感構(gòu)成了局部電感、電容回路,它們的一些組合有時(shí)會(huì)對(duì)某次諧波電流引起放大作用,加劇了諧波危害。

2.7對(duì)繼電保護(hù)、自動(dòng)控制裝置和計(jì)算機(jī)產(chǎn)生干擾和造成誤動(dòng)作;

這些保護(hù)和控制設(shè)備通常是按照其工作于所加電壓或電流為工業(yè)頻率和正弦波形而設(shè)計(jì)的,諧波的存在使它們的正常工作條件受到干擾,嚴(yán)重時(shí)造成誤動(dòng)作。

3 優(yōu)化目標(biāo)

在輸配電電網(wǎng)中安裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置,對(duì)電網(wǎng)所需的無(wú)功功率進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償,可有效降低線路損耗、改善電壓質(zhì)量、充分的發(fā)揮供電設(shè)備的潛力,根據(jù)集團(tuán)公司其他礦井無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合礦里降壓站安裝空間較小實(shí)際情況,選用固定補(bǔ)償加磁控電抗器動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置;保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定及功率因數(shù)穩(wěn)定在0.95以上。

4 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置工作原理

高壓動(dòng)態(tài)補(bǔ)償濾波裝置由補(bǔ)償(濾波)支路與磁控電抗器(MCR)支路組成,能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

礦里降壓站基波補(bǔ)償容量為3000KVar,配置電抗率為6%的串聯(lián)電抗器,用于抑制系統(tǒng)諧波,配容量2000Kvar的磁控電抗器,實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率從1000KVar-3000KVar的連續(xù)可調(diào),保證了系統(tǒng)電壓穩(wěn)定及功率因數(shù)穩(wěn)定在0.95以上的目標(biāo)。

主要特點(diǎn):

1、磁控電抗器不需要外接直流勵(lì)磁電源,完全由電抗器的內(nèi)部繞組來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制

2、通過控制可控硅的控制角進(jìn)行自動(dòng)控制,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào),并且從最小容量到最大容量的過渡時(shí)間很短,因此可以真正實(shí)現(xiàn)柔性補(bǔ)償。

3、控制元件為低壓晶閘管,其端電壓僅為系統(tǒng)電壓的1%～2%,無(wú)需傳并聯(lián),運(yùn)行時(shí)不需要承受高電壓、大電流,安全可靠,發(fā)熱量很小,自然冷卻即可,無(wú)需輔助冷卻設(shè)備。

4、可控硅動(dòng)作,整流控制產(chǎn)生的諧波不流入外交流系統(tǒng)。

5、即使可控硅或二極管損壞,磁控電抗器也僅相當(dāng)于一臺(tái)空載變壓器,不影響系統(tǒng)其他裝置的運(yùn)行。

6. 經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯:后期免維護(hù);

通過MCR控制器對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行采用,通過自動(dòng)控制晶閘管的導(dǎo)通角,改變鐵心的磁飽和度,實(shí)現(xiàn)輸出容量的連續(xù)可調(diào),其內(nèi)部為全靜態(tài)結(jié)構(gòu),無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,工作可靠性高。

5 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益

5.1 損耗減少產(chǎn)生的效益

通過對(duì)電力系統(tǒng)的測(cè)試和分析后,設(shè)計(jì)補(bǔ)償裝機(jī)容量為4500Kvar,有效補(bǔ)償容量為3000Kvar,原有補(bǔ)償容量為2160Kvar,有效實(shí)際補(bǔ)償容量為1400Kvar。則新增加的補(bǔ)償容量為1600Kvar。

采用無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量來計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益,即每安裝1kvar的補(bǔ)償電容,相當(dāng)于降低了多少kW的有功損耗,無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量取0.090。

則補(bǔ)償電容器投運(yùn)后相當(dāng)于減少的有功損耗為:

1600Kvar×0.090KW/Kvar =144KW

電力系統(tǒng)中電容器每年投運(yùn)時(shí)間為:24h/d×365a= 8760h/a

投運(yùn)上所設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)后,每年可減少損耗電量:8760×144 = 1261400kwh/a

按照動(dòng)力電的平均電價(jià)0.50元/kwh計(jì)算,每年可減少的經(jīng)濟(jì)損失為:1261400kwh×0.50元/kwh=630720元

5.2 投入電抗器增加的損耗

配置磁控電抗器容量為2000Kvar,其損耗為0.5%～0.8%,按照0.7%計(jì)算,每年投運(yùn)時(shí)間按照8760h計(jì)算,動(dòng)力電電費(fèi)0.50元/KWh計(jì)算則磁控電抗器每年損耗為:磁控電抗器自身的損耗相當(dāng)于同數(shù)量有功功率的0.7%,則2000Kvar的磁控電抗器的有功損耗為:2000×0.7%=14KW

按照每年投運(yùn)8760h計(jì)算,每年損耗的電能為:

8760h×14KW = 122640kwh

損耗部分電費(fèi)為:122640kwh×0.50元/KWh =61320元

5.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

每年經(jīng)濟(jì)效益為:

損耗減少產(chǎn)生的效益—投入電抗器增加的損耗=630720元—61320元=569400元

5.4 潛在經(jīng)濟(jì)效益

動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償濾波系統(tǒng)投運(yùn)之后,每年除了能收益到上面計(jì)算的經(jīng)濟(jì)效益外,對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的潛在效益也很大。增加動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償治理諧波系統(tǒng)之后,在使功率因數(shù)得到提高的同時(shí)能夠有效地治理系統(tǒng)中存在的諧波。提高系統(tǒng)功率因數(shù)能夠提高設(shè)備利用率、增加輸電線路的輸電能力和降低線路損耗;治理諧波能使電力設(shè)備免受諧波的危害、增加設(shè)備使用壽命,減少電力設(shè)備及輸配電系統(tǒng)的附加損耗;其潛在效益也不可忽視