無功自動補償技術(shù)在楊村煤礦35kV 變電所中的應(yīng)用

崔培賢 王 晶

（兗礦集團有限公司楊村煤礦 山東 濟寧 272118）

0 概述

楊村煤礦35kV 變電所有兩臺主變壓器，運行方式為一臺運行一臺備用，主變一次側(cè)35kV，二次側(cè)6kV。 6kV 中壓系統(tǒng)分為兩段母線，采用并列運行的方式。 原系統(tǒng)的無功補償采用高壓集中補償?shù)姆绞?，補償方式為靜態(tài)補償，由變電所值班員根據(jù)礦井負(fù)荷變化情況及功率因數(shù)人工進行投切。

1 原無功補償存在的問題

35kV 變電所運行時最大負(fù)荷可達4500kVA， 最小負(fù)荷1000kVA，負(fù)荷晝夜變化大，當(dāng)節(jié)假日或井下停產(chǎn)檢修時負(fù)荷更小，電容器的投入需要隨時變化。 原系統(tǒng)電容器的投切完全由人工操作， 負(fù)荷變化大導(dǎo)致對電容器的操作較為頻繁。兩段補償裝置原來全部為靜態(tài)補償方式，需要變電所值班員根據(jù)礦井負(fù)荷量人工進行投切，對操作人員人身安全極為不利。

2 無功自動補償系統(tǒng)技術(shù)改造

2.1 確定電容器補償容量

按照變壓器容量8000kVA 對兩段母線的電容器補償容量進行設(shè)計，并結(jié)合其補償容量對功率因素的影響，將兩段母線的容量設(shè)計為每段1500 kVar。

2.2 選擇電容器的補償方式

系統(tǒng)采用集中補償分組自動投切方式，部分電容器容量固定， 其他容量分三組進行自動投切。 將每段母線的1500 kVar 電容器可分為四部分如下：

a)固定補償部分：600kVar

b)第一自動投切部分：300kVar

c)第二自動投切部分：300kVar

d)第三自動投切部分：300kVar

2.3 功率因素的調(diào)節(jié)研究分析

根據(jù)變電所實測數(shù)據(jù)，最大負(fù)荷為4500kVA 時，而功率因素大約為0.87，這時的補償容量為900kVar，由此可得：

S=4500kVA QC=900kVar

cos?=0.89

P=S cos?=4500×0.89=4005kW

Q=2050kVar

Ql=Q+QC=2050+900=2950kVar

當(dāng)三組電容器全部投切時，負(fù)荷仍為最大，有功負(fù)荷則保持P=4005kW 不變，而電容器無功QC=1500kVar。整套無功Q=Ql-QC=2950-1500=1450kVar，計算可得cos?=0.95。

由此可見，即使負(fù)荷達到最大負(fù)荷時，三組電容器完全投入，功率因素仍然可以得到明顯的提高。

在未達到最大負(fù)荷時， 可通過自動投切電容器容量，使功率因素達到要求的范圍之內(nèi) （可設(shè)定為0.92～0.97 之間），并且通過自動調(diào)節(jié)電容器容量來調(diào)節(jié)母線電壓的大小，從而起到改善供電質(zhì)量及調(diào)節(jié)功率因素的目的。

2.4 項目所達到的目的

裝置調(diào)節(jié)控制的原則：保證供電電壓在允許變動范圍內(nèi)的前提下，充分調(diào)節(jié)控制裝置的無功補償功能；有效的減少電容器的投切次數(shù)，實現(xiàn)電網(wǎng)無功功率就地平衡，降低電網(wǎng)損耗，提高電壓合格率。

3 關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點

3.1 占地面積小、安裝施工簡單

把電容器分成多組，減小了整套裝置的占地面積。

3.2 模塊式電容器投切專用真空開關(guān)

電容器投切專用開關(guān)采用模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計，體積小可任意組合，能在1.2×1.2 平米的柜底安裝5 臺，開關(guān)的滅弧室采用真空斷路器滅弧室， 能長期承受投電容器時涌流的沖擊，操作機構(gòu)設(shè)計可靠動作壽命為2 萬次。

3.3 每組電容實現(xiàn)微機保護

對各分組電容器都裝有過電壓、過電流和三相不平衡電壓的微機保護，能及時發(fā)現(xiàn)電容器的內(nèi)部故障，有效防止電容器內(nèi)部故障的擴大，杜絕電容器由內(nèi)部故障狀態(tài)發(fā)展到事故狀態(tài)，保證電容器組的安全運行。

3.4 “四遙”功能，任意連接通信

具有RS-232，RS-485 通信接口， 可接入變電所綜合自動化系統(tǒng)或調(diào)度自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)“四遙”功能。

4 應(yīng)用效果

無功自動補償系統(tǒng)改造后，達到了以下主要應(yīng)用效果：

4.1 提高功率因數(shù)能有效的提高線路輸送能力

線路負(fù)荷一定時，功率因數(shù)的降低，線路中的無功電流就會增大；功率因數(shù)升高，線路中的無功電流就會減小。 功率因素的提高，有效的提高了線路的輸送能力。

4.2 提高功率因數(shù)能有效的降低變壓器損耗

變壓器正常運行時的損耗取決于變壓器變送無功功率的大小。 系統(tǒng)功率因數(shù)低，變壓器變送的無功功率大損耗就大，系統(tǒng)功率因數(shù)高，變壓器變送的無功功率小損耗就小。

4.3 提高功率因數(shù)能有效的提高變壓器變送能力

變壓器初次級線圈的額定電流是一定的，無功電流通過的多了，有功電流通過的就少，功率因素的提高可大大增加有功電流的值，可有效地提高變壓器的變送能力。

4.4 提高了電能的利用效率，節(jié)電效果顯著

無功補償容量Q 值即無功功率的減少值，由此引起線路損耗的減少量可用無功經(jīng)濟當(dāng)量KQ 來計算：

△W=QKQT

式中：△W——年節(jié)電量(kW·h)；

T——電容器組年利用小時數(shù)， 一班制企業(yè)一般取2600小時，二班制企業(yè)取4800 小時，三班制企業(yè)取6600 小時；

Q——無功補償容量的減少值＝現(xiàn)電容補償容量－原有電容補償容量＝1500－900＝600kVar；

KQ——無功經(jīng)濟當(dāng)量(kW/kVar)，一般選KQ=0.04～0.08，根據(jù)楊村礦現(xiàn)有情況，估算為0.05。

則每年可節(jié)約用電△W=QKQh=600×0.05×6600=198000kW·h；

若按每度電0.52 元計算，則每年節(jié)約電費開支198000×0.5=102960 元。

4.5 安全效益

無功補償實現(xiàn)自動投切，減少因人為操作開關(guān)而引起的誤操作，保證了操作人員的人身安全，同時提高了補償精度，確保了設(shè)備的安全運行。 自動投切方式使用以及電容無功容量的增加，提高了系統(tǒng)的功率因素，大大改善變電所的供電質(zhì)量，延長了設(shè)備使用的壽命，提高了電能的利用率。

4.6 綜合比較

目前，無功補償?shù)姆绞街饕懈邏杭醒a償、低壓集中補償和低壓分散補償幾種方式。 對于負(fù)荷相對分散的工礦企業(yè)而言，高壓集中補償是最簡便易行的方式，也是目前采用的最多的方式。 該補償裝置采用高壓集中補償，提供了四種控制方式，具有完善的測量、顯示與保護閉鎖功能，提高了裝置運行的可靠性。 裝置中所選用的電容器、控制器、斷路器、電抗器、放電線圈、保護單元等具有較好的性能要求，可充分滿足系統(tǒng)補償變化的需求。

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