東灘煤礦供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償問題的分析與研究

王德強(qiáng)

（兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城 273500）

1 引言

東灘煤礦35kV變電所是礦井的供電樞紐，以兩回35kV級LGJ-240架空線路供電，分別引自上級羅廠變電所兩段母線。礦內(nèi)設(shè)有一座裝機(jī)容量42000kW的東灘電廠，東灘電廠1#、2#聯(lián)絡(luò)線通過YJV22-26/35kV-3×300電纜經(jīng)東灘煤礦35kV變電所35kV母線并網(wǎng)發(fā)電。35kV變電所另有1路35kV級饋電線路供鐵東變電所。

35kV變電所35kV母線為單母線分段供電方式，采用12臺室內(nèi)35kV級8DA10型SF6充氣柜。6kV母線采用單母線分兩段供電方式，采用62臺NXAirS型6kV真空開關(guān)柜。上述設(shè)備均可遠(yuǎn)程遙控。

35kV變電所現(xiàn)有SFFZ9-35/6.3kV雙分裂繞組變壓器共三臺，2臺20000kVA、1臺16000kVA。正常時(shí)二臺投入運(yùn)行。

35kV變電所有6kV級主井諧波裝置2套、SVC裝置2套，上述設(shè)備的投運(yùn)改善了礦井供電質(zhì)量、提高了礦井供電能力。

正常情況下，礦井供電系統(tǒng)和鐵東變電所的主要用電量來自東灘電廠。當(dāng)電廠發(fā)電功率不能滿足礦井和鐵東變電所用電負(fù)荷時(shí)，礦井供電系統(tǒng)自濟(jì)寧電網(wǎng)下載有功功率；當(dāng)電廠發(fā)電功率大于礦井和鐵東變電所的用電負(fù)荷時(shí)，剩余電量送至電網(wǎng)。同時(shí)，電網(wǎng)對礦井用電無功功率還起到平衡調(diào)節(jié)作用。

變電所主要地面負(fù)載有主井提升機(jī)（直流2×2935kW）、副提升機(jī)（直流2×1700kW）、壓風(fēng)機(jī)、風(fēng)井通風(fēng)機(jī)、選煤廠以及辦公區(qū)和生活區(qū)生活用電等。其中主井提升機(jī)運(yùn)行時(shí)的無功分量較高，單臺無功分量為6M、短時(shí)峰值為7M；副井提升機(jī)運(yùn)行時(shí)無功分量0.7M，短時(shí)峰值1M。

現(xiàn)有無功補(bǔ)償裝置實(shí)測運(yùn)行總功率為-9200kvar，其中：H3=-4000kvar、H5+H7=-3000kvar（裝于主井）、H11=-2200kvar。

2 實(shí)際運(yùn)行情況的檢測與分析

2.1 6kVⅠ段母線無功及功率因數(shù)檢測與分析

系統(tǒng)電壓5.89～6.26kV，負(fù)荷電流700～1400A。隨著主井提升機(jī)的運(yùn)行，系統(tǒng)電流、電壓有較大的周期性波動(dòng)。電壓的波動(dòng)幅值300V左右，電流的波動(dòng)幅值520A左右，波動(dòng)周期1.5min左右。

圖1 Ⅰ段母線電壓與電流曲線圖

圖2 Ⅰ段母線無功功率及功率因數(shù)曲線圖局部放大

2.2 6kVⅡ段母線無功及功率因數(shù)檢測與分析

系統(tǒng)電壓5.96～6.28kV，系統(tǒng)負(fù)荷電流640～1120A。與Ⅰ段母線情況一樣，Ⅱ段母線也存在周期性波動(dòng)。電壓的波動(dòng)幅值350V左右，電流的波動(dòng)幅值550A左右，波動(dòng)周期1.5min左右，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有一定的不利影響。

圖3 Ⅱ段母線電壓及工作電流曲線圖

圖4 Ⅱ段母線無功功率及功率因數(shù)

無功功率的波動(dòng)范圍-1.8～6.5Mvar，功率因數(shù)波動(dòng)范圍0.85～1。由于系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)償裝置的容量相對不足，加之TCR的跟隨特性較差，Ⅱ段母線存在間歇性欠補(bǔ)和過補(bǔ)，過補(bǔ)容量在1.8M左右，對系統(tǒng)的安全運(yùn)行有不利影響。

2.3 35kV側(cè)有功、無功和功率因數(shù)檢測與分析

（1）電廠1#聯(lián)絡(luò)線。有功功率：15.6～16.3MW，無功功率：4～6Mvar，功率因數(shù)：0.93～0.97，各項(xiàng)參數(shù)比較穩(wěn)定。

（2）電廠2#聯(lián)絡(luò)線。有功功率：16.9～17MW，無功功率：4.6～7.6Mvar，功率因數(shù)：0.9～0.96，各項(xiàng)參數(shù)比較穩(wěn)定。

（3）鐵東線。有功功率：9.3～9.5MW，無功功率：3.9～4Mvar，功率因數(shù)：0.92～0.93，各項(xiàng)參數(shù)比較穩(wěn)定。

（4）井下檢修時(shí)段東灘Ⅱ線。向系統(tǒng)反送有功功率12～14MW，無功功率5Mvar，功率因數(shù)：0.92～0.94，各項(xiàng)參數(shù)比較穩(wěn)定。

（5）井下生產(chǎn)時(shí)段東灘Ⅱ線。隨主井提升機(jī)的工作，反送電網(wǎng)有功功率在1～8MW之間波動(dòng)，隨著有功功率的波動(dòng)，功率因數(shù)在0.1～0.8之間波動(dòng)。無功功率波動(dòng)范圍為4～7Mvar，波動(dòng)量相對較小。

3 系統(tǒng)存在的主要問題

根據(jù)檢測結(jié)果，結(jié)合東灘煤礦供電系統(tǒng)現(xiàn)有狀況，分析得出系統(tǒng)存在的主要問題如下：

（1）由于主井提升機(jī)運(yùn)行時(shí)的無功功率較大（約有6M，短時(shí)峰值為7M），當(dāng)主井提升機(jī)運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)有補(bǔ)償裝置總?cè)萘坎蛔?，造成主變壓器?fù)荷功率因數(shù)在0.82～1之間頻繁周期性波動(dòng)。由于波動(dòng)周期較短，變電所監(jiān)控屏上顯示系統(tǒng)功率因數(shù)接近1，其數(shù)值不真實(shí)，實(shí)際存在間歇性欠補(bǔ)和過補(bǔ)。

（2）6kV系統(tǒng)電壓頻繁周期性波動(dòng)，波動(dòng)幅值350V左右，波動(dòng)周期1.5s左右。不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，可能影響系統(tǒng)內(nèi)用電設(shè)備的效率。

（3）現(xiàn)有的SVC系統(tǒng)服務(wù)年限長，設(shè)備老化。尤其是6kVⅡ段母線上的SVC跟隨性能較差，隨著主井提升機(jī)的間歇運(yùn)行，Ⅱ段母線出現(xiàn)約2M的間歇性過補(bǔ)償，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行不利。

（4）由于礦井有功功率波動(dòng)較大，有功功率又主要來自電廠，流經(jīng)東灘Ⅱ線的有功分量很小，有時(shí)甚至為零，造成該線路上的功率因數(shù)在0.1～0.8之間波動(dòng)，距電力部門要求的平均功率因數(shù)達(dá)到0.9以上的考核標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)。

（5）現(xiàn)有的無功補(bǔ)償系統(tǒng)的調(diào)整檢測點(diǎn)在主變壓器的6kV側(cè)，而35kV側(cè)又有轉(zhuǎn)供鐵東變電所的1路線路和東灘電廠的2路并網(wǎng)線路，現(xiàn)有補(bǔ)償系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)對計(jì)量考核點(diǎn)處的功率因數(shù)調(diào)節(jié)。

4 解決辦法

由于東灘35kV變電所進(jìn)、出線路較多，加之主井提升機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的無功功率高，對系統(tǒng)的無功平衡沖擊大，綜合考慮各方面的因素，東灘煤礦采用2套6kV/6M的SVG無功補(bǔ)償設(shè)備，以穩(wěn)定6kV母線電壓和提高功率因數(shù)為控制目標(biāo)運(yùn)行。當(dāng)檢測到主變壓器35kV側(cè)的功率因數(shù)較低時(shí)，需將6KVⅡ段SVG轉(zhuǎn)為以35kV側(cè)功率因數(shù)為控制目標(biāo)運(yùn)行，以提高35kV并網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)，同時(shí)單臺SVG無功補(bǔ)償設(shè)備在以35kV側(cè)的功率因數(shù)為調(diào)節(jié)目標(biāo)運(yùn)行時(shí)，也將兼顧6kV側(cè)的電網(wǎng)電壓。通過上述控制策略的實(shí)施和應(yīng)用，基本解決了東灘煤礦供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償存在的問題。