無(wú)功補(bǔ)償在煤礦供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】在對(duì)煤礦供配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償原則及方式進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述后，結(jié)合煤礦110kV總降壓變電站供配電系統(tǒng)實(shí)例，詳細(xì)分析了SVC無(wú)功補(bǔ)償及諧波過(guò)濾裝置在煤礦三個(gè)采區(qū)供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用。應(yīng)用效果表明：SVC無(wú)功補(bǔ)償及諧波過(guò)濾裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理效果較好，節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益較明顯。

【關(guān)鍵詞】煤礦；供配電系統(tǒng)；無(wú)功補(bǔ)償；SVC

引言

在煤礦供配電系統(tǒng)中，礦井中的大功率交流異步電動(dòng)機(jī)、采煤機(jī)、水泵、配電變壓器等大量阻感性負(fù)載的存在，其在運(yùn)行過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生較大無(wú)功功率，引起無(wú)功電流的大量流動(dòng)，這在很大程度上增加了輸配電線路、變壓器、機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行損耗，進(jìn)而引起供電電壓水平、供電電能質(zhì)量、以及電能轉(zhuǎn)換效率降低，直接影響到煤礦供配電系統(tǒng)供電的安全可靠性和礦井機(jī)電設(shè)備的高效穩(wěn)定運(yùn)行[1]。SVC、SVG、TSC等無(wú)功補(bǔ)償裝置，是將具有容性功率的負(fù)荷裝置與具有感性功率的負(fù)荷同時(shí)并聯(lián)在同一電路中，當(dāng)煤礦供配電系統(tǒng)中容性負(fù)荷釋放能量時(shí)，則啟動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的感性負(fù)荷來(lái)吸收系統(tǒng)中的能量；當(dāng)感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，則啟動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的容性負(fù)荷吸收能量，進(jìn)而確保煤礦供配電系統(tǒng)中的容性和感性分量始終維持平衡，以改善供配電系統(tǒng)中供電質(zhì)量水平，達(dá)到提高功率因數(shù)、調(diào)節(jié)電壓、降低線損等節(jié)能降耗目的。

1、煤礦供配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償原則及方式

1.1無(wú)功補(bǔ)償原則

實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)煤礦供配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電氣負(fù)荷容量、種類等特性，合理選擇無(wú)功補(bǔ)償方式、位置等[2]。《國(guó)家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償配置技術(shù)原則》中明確規(guī)定：供配電系統(tǒng)中配電變壓器的無(wú)功補(bǔ)償裝置容量，應(yīng)按配電變壓器最大負(fù)載率在75%且負(fù)荷自然功率因數(shù)在0.85以上進(jìn)行考慮，且經(jīng)無(wú)功補(bǔ)償后到配電變壓器最大負(fù)荷工況時(shí)其高壓側(cè)功率因數(shù)不應(yīng)小于0.95，或按照配電變壓器容量的20%～40%進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償容量配置。

1.2煤礦供配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償方式

1.2.1變電站集中無(wú)功補(bǔ)償方式

在煤礦變配電站進(jìn)行集中無(wú)功補(bǔ)償，主要是通過(guò)合理的無(wú)功補(bǔ)償以改善煤礦供配電系統(tǒng)輸配電線路的功率因數(shù)，無(wú)功補(bǔ)償裝置通常設(shè)置在變配電站的10kV母線上，并采用有載調(diào)壓接頭來(lái)合理調(diào)節(jié)供配電系統(tǒng)電壓，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1.2.2配電變壓器低壓側(cè)集中無(wú)功補(bǔ)償方式

在煤礦配電變壓器低壓380V側(cè)采取無(wú)功集中補(bǔ)償方式，并結(jié)合微機(jī)控制等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)幾十到幾百kVar范圍的補(bǔ)償。此種補(bǔ)償方式比較適用于工廠、企業(yè)、煤礦等專用變的無(wú)功補(bǔ)償。

1.2.3就地分散無(wú)功補(bǔ)償方式

在礦井用電設(shè)備終端采取低壓無(wú)功補(bǔ)償措施就地分散補(bǔ)償，能夠最大限度地降低煤礦供配電系統(tǒng)輸電線路損耗并維持系統(tǒng)供電電壓穩(wěn)定[3]。在GB50052-2009《供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確指出：對(duì)于容量較大、負(fù)荷較平穩(wěn)且頻繁使用的用電設(shè)備而言，宜采用無(wú)功分散就地補(bǔ)償方式，且結(jié)合微機(jī)智能型調(diào)控措施，具有使用方便、性價(jià)比高、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，節(jié)能降耗效果好。

2、煤礦供配電系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀及無(wú)功補(bǔ)償必須性分析

某煤礦新建一座110kV總共降壓變電站，共安裝2臺(tái)SF10-20000/110，110/10.5kV，20MW三相風(fēng)冷油浸式電力變壓器，2臺(tái)主變相互備用，即一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。主變高壓側(cè)為110kV，低壓側(cè)為10kV。低壓側(cè)10kV母線的最小短路容量按照200MV.A設(shè)計(jì)。煤炭開(kāi)采生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備主要分布在中央采區(qū)、11采區(qū)、以及12采區(qū)三個(gè)采區(qū)，由110kV總降壓變電站的低壓10kV母線側(cè)經(jīng)10kV地埋電纜和架空線路直接供電，即：110kV總降壓變電站設(shè)置在中央采區(qū)處，采用雙回10kV地埋電纜將電源引至中央采區(qū)10kV變配電所；經(jīng)雙回3km型號(hào)為L(zhǎng)GJ-150/35的10kV架空線路將電源引至11采區(qū)；經(jīng)雙回5km型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185/35的10kV架空線路將電源引至12采區(qū)。3個(gè)采區(qū)均有采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、通風(fēng)機(jī)等大功率機(jī)電設(shè)備，由采區(qū)10kV變配電所直接供電。采區(qū)10kV變配電所按照單母線分段接線方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，中間加設(shè)母聯(lián)開(kāi)關(guān)，I段母線、II段母線電源分別引自110kV總降壓變電站10kV低壓側(cè)。中央采區(qū)共412臺(tái)機(jī)電設(shè)備，其中工作設(shè)備為369臺(tái)，備用43臺(tái)，設(shè)備總?cè)萘繛?9873kW，工作容量為15683kW，功率因數(shù)為0.82；11采區(qū)共108臺(tái)機(jī)電設(shè)備，其中工作設(shè)備為82臺(tái)，備用26臺(tái)，設(shè)備總?cè)萘繛?036kW，工作容量為6119kW，功率因數(shù)為0.80；12采區(qū)共132臺(tái)機(jī)電設(shè)備，其中工作設(shè)備為98臺(tái)，備用34臺(tái)，設(shè)備總?cè)萘繛?167kW，工作容量為7334kW，功率因數(shù)為0.79。從運(yùn)行分析可知，3個(gè)采區(qū)10kV變配電所系統(tǒng)線損相當(dāng)高。由此，采取合適的無(wú)功補(bǔ)償方案改善采區(qū)10kV配電系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，提高系統(tǒng)功率因數(shù)和供電可靠性，對(duì)采區(qū)配電系統(tǒng)節(jié)能降耗研究，具有非常重要的工程實(shí)踐應(yīng)用意義。

3、煤礦供配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償方案

3.1補(bǔ)償方案

為了解決煤礦3個(gè)采區(qū)10kV變配電所的無(wú)功波動(dòng)及治理諧波、補(bǔ)償功率因數(shù)等，在煤礦110kV總降壓變電站裝設(shè)一套SVC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，安裝在110kV總降壓變電站的10kV母線上。SVC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置包括1組TCR型靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置、2組H33次諧波濾波器、1組H55次諧波濾波器和1組H77次諧波濾波器。其中，2組H33次諧波濾波器分別安裝在11采區(qū)和12采區(qū)的10kV變配電所中，其余H55次諧波濾波設(shè)備和H77次諧波濾波設(shè)備均安裝在靠近中央采區(qū)的110kV總降壓變電站中。經(jīng)計(jì)算，SVC動(dòng)態(tài)無(wú)功裝置的有效補(bǔ)償容量為9.2Mvar，安裝容量為11.88Mvar。

3.2補(bǔ)償效果分析

按照3.1中介紹的SVC無(wú)功補(bǔ)償和諧波濾波方案，進(jìn)行盤柜設(shè)計(jì)和線路敷設(shè)后，經(jīng)調(diào)試投運(yùn)后，經(jīng)采集數(shù)據(jù)分析表明：煤礦110kV總降壓變電所10kV側(cè)母線電壓畸變率得到有效控制，補(bǔ)償后總諧波畸變率為2.6%，滿足4%技術(shù)指標(biāo)要求。三個(gè)采區(qū)10kV側(cè)功率因數(shù)由補(bǔ)償前的0.856有效升高到0.967，相應(yīng)設(shè)備利用率提高11.48%，此時(shí)高壓無(wú)功補(bǔ)償量為300kVar，所選300kVar補(bǔ)償柜能夠滿足實(shí)際運(yùn)行需求；低壓0.4kV側(cè)功率因數(shù)由補(bǔ)償前為0.82、0.79、0.8分別提高到0.95、0.94、0.94，相應(yīng)設(shè)備利用率提高13.68%、15.96%、14.89%，無(wú)功補(bǔ)償效果較好。

4、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：煤礦供配電系統(tǒng)所選SVC無(wú)功補(bǔ)償及諧波過(guò)濾裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理效果較好，系統(tǒng)功率因數(shù)、設(shè)備節(jié)電率等均有很大提高，節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益較好。