礦井電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償式及諧波治理的研究

湯占賀

摘 要：隨著大功率晶閘管整流裝置的普遍使用，非線性負(fù)載的增加，在我國(guó)的大型礦井供電系統(tǒng)中諧波含量已嚴(yán)重超限，諧波危害已成了安全供電的威脅，力率偏低造成大量能耗浪費(fèi)。該文就東灘煤礦諧波污染治理及提高供電力率，節(jié)能實(shí)踐進(jìn)行了論述，對(duì)礦井供電節(jié)能及設(shè)備安全運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償；諧波治理

姚橋煤礦現(xiàn)有主井、東二風(fēng)井、西風(fēng)井35/6KV變配電系統(tǒng)，均為35kV、6kV各兩段供電系統(tǒng)。隨著我礦機(jī)電設(shè)備改造的進(jìn)行，現(xiàn)代電力電子設(shè)備等非線性負(fù)荷大量接入電網(wǎng)，使電網(wǎng)供電質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，其中新、老井四臺(tái)直流絞車及電子開關(guān)器件的大量應(yīng)用和負(fù)載的頻繁波動(dòng)是最主要的干擾源，造成功率因數(shù)低，增加電網(wǎng)損耗，加大生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)率；產(chǎn)生的無(wú)功沖擊引起電網(wǎng)電壓降、電壓波動(dòng)及閃變，嚴(yán)重導(dǎo)致傳動(dòng)裝置及保護(hù)裝置無(wú)法正常工作甚至停產(chǎn)；產(chǎn)生高次諧波電流，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓畸變，是電網(wǎng)的“隱形殺手”；導(dǎo)致電網(wǎng)三相不平衡，產(chǎn)生負(fù)序電流使電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)。最為典型的例子就是我礦主井35KV變電所的原1、2#主變使用了十來(lái)年就存在嚴(yán)重隱患而縮短了使用壽命，最主要的原因就是諧波的危害。

目前，治理諧波的主要手段就是采用高壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波控制裝置（以下稱之為SVG）。采用SVG可以快速精確地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和礦井諧波治理，在穩(wěn)定母線電壓、提高功率因數(shù)的同時(shí)，可以徹底解決無(wú)功倒送和高次諧波的問(wèn)題。

1 SVG系統(tǒng)主要內(nèi)容、目標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 主要內(nèi)容

SVG系統(tǒng)包括全數(shù)字控制系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)無(wú)功控制晶閘管觸發(fā)角大小，進(jìn)而控制補(bǔ)償無(wú)功量的大??；高壓晶閘管變流裝置，可接受來(lái)自控制系統(tǒng)的信號(hào)，改變晶閘管觸發(fā)角的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償電流；補(bǔ)償電抗器，可通過(guò)晶閘管的電流流經(jīng)補(bǔ)償電抗器時(shí)，產(chǎn)生系統(tǒng)所需的感性無(wú)功，用于平衡系統(tǒng)無(wú)功，保持穩(wěn)定的母線電壓和功率因數(shù)；高次諧波濾波裝置，可用于消除流經(jīng)系統(tǒng)的高次諧波，向系統(tǒng)提供容性無(wú)功，提高功率因數(shù)。

1.2 目標(biāo)

消除無(wú)功沖擊，濾除高次諧波，提高電網(wǎng)質(zhì)量。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

安裝SVG系統(tǒng)，利用原有的電容器提供固定的容性無(wú)功QC，補(bǔ)償電抗器通過(guò)的電流決定了補(bǔ)償電抗器輸出感性無(wú)功QTCR的大小，感性無(wú)功和容性無(wú)功相抵消，只要能做到系統(tǒng)無(wú)功QN=QV-QC+QTCR=常數(shù)（或0），則能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)=常數(shù)，電壓幾乎不波動(dòng)。關(guān)鍵是準(zhǔn)確控制晶閘管的觸發(fā)角，得到所需的流過(guò)補(bǔ)償電抗器的電流，晶閘管變流裝置和控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)功能，采集母線的無(wú)功電流值和電壓值，合成無(wú)功值，和所設(shè)定的恒無(wú)功值（可能是0）進(jìn)行比較，計(jì)算得觸發(fā)角大小，通過(guò)晶閘管觸發(fā)裝置，使晶閘管流過(guò)所需電流。對(duì)于不對(duì)稱負(fù)荷，利用steinmets理論實(shí)現(xiàn)分相調(diào)節(jié)，消除負(fù)序電流，平衡三相電網(wǎng)。

2 SVG系統(tǒng)效能分析

2.1 線損減少產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益分析

6kV側(cè)無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量取0.090（6kV）。則補(bǔ)償設(shè)備SVG投運(yùn)后相當(dāng)于減少的無(wú)功總量：2×6000kVar=12000kVar；實(shí)際的無(wú)功需求為波動(dòng)狀態(tài)，且不可能時(shí)刻處于滿負(fù)荷狀態(tài)，無(wú)功補(bǔ)償平均系數(shù)按50%計(jì)算。折合成補(bǔ)償相對(duì)于節(jié)省的有功能量：12000kVar×50%×0.090kW/kVar =540kW

6kV補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償SVG，可起到動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)男Ч櫹到y(tǒng)無(wú)功變化使功率因數(shù)穩(wěn)定在0.99以上。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備始終投運(yùn)在電力系統(tǒng)中，每年投運(yùn)時(shí)間為：24h/d×30d/m×12m/y×1y = 8640h；檢修時(shí)間，每年按照60天計(jì)算，為1440h。則實(shí)際運(yùn)行時(shí)間：T = 8640h-1440h=7200 h

動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)投運(yùn)后，每年可減少損耗為：7200h×540kW = 3，888，000kW·h；按照動(dòng)力電的平均費(fèi)率0.40元/kW·h計(jì)算，每年在損耗這一方面可減少的經(jīng)濟(jì)損失為：3，888，000kW·h×0.40元/kW·h =1，555，200元=155.52萬(wàn)元。即通過(guò)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，預(yù)計(jì)每年線損節(jié)約收益不低于155萬(wàn)元。

2.2 SVG運(yùn)行損耗分析

SVG成套裝置的運(yùn)行損耗主要為連接電抗器和SVG換流閥損耗。在該項(xiàng)目中，設(shè)備為2套6MVar SVG，單套設(shè)備各部分額定損耗分別計(jì)算如下：①連接電抗器損耗：由電抗器廠家提供數(shù)據(jù)可知，該型號(hào)單臺(tái)連接電抗器負(fù)載損耗4.9kW，3臺(tái)共14.7kW；②換流閥損耗：SVG換流閥每個(gè)模塊按2.3kW，每套SVG共計(jì)24個(gè)模塊，損耗共約55.2kW，每個(gè)風(fēng)機(jī)損耗按1.1kW計(jì)算，4個(gè)風(fēng)機(jī)損耗共約4.4kW，滿載時(shí)損耗共約59.6kW，空載時(shí)候損耗可忽略，且損耗與輸出容量成正比。

若成套裝置運(yùn)行在滿無(wú)功狀態(tài)下，單套成套裝置總損耗約為：14.7+59.6=74.3kW；事實(shí)上，SVG不可能一直處于滿載運(yùn)行狀態(tài)。平均輸出容量按照50%計(jì)，單機(jī)平均損耗小于裝置額定容量的0.8%。每年投運(yùn)時(shí)間按7200h計(jì)算，則SVG每年損耗為：2×74.3kW×50%×7200h =524960kW·h；電價(jià)按照0.40元/kW·h計(jì)算，則每年花費(fèi)為：524960kW·h×0.40元/kW·h =213984元≈21.4萬(wàn)元；那么，每年可見的直接經(jīng)濟(jì)收益為：155.52 -21.4=134.12萬(wàn)元。

3 結(jié)語(yǔ)

SVG系統(tǒng)完成后可達(dá)到國(guó)際同期先進(jìn)水平，應(yīng)用前景很廣?？墒闺娋W(wǎng)純凈，提高功率因數(shù)，減小生產(chǎn)成本，為企業(yè)節(jié)能降耗做出貢獻(xiàn)；從社會(huì)效益看，能減小設(shè)備損耗，減少因電力設(shè)備絕緣老化而造成的電力事故，減小觸電危險(xiǎn)，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。