礦井電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償改造中SVG的選型應(yīng)用

宗曙光

摘要：本文主要對(duì)棗礦集團(tuán)柴里煤礦現(xiàn)用電容器式無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行進(jìn)行分析，并根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行分析計(jì)算，提出升級(jí)選型主要性能參數(shù)，并對(duì)改造應(yīng)用效果進(jìn)行了分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償;SVG 選型;應(yīng)用

Abstract： This article mainly analyzes the operation of the current capacitor type reactive power compensation device in Chaili Coal Mine of Zao Mining Group， analyzes and calculates according to the operating conditions， proposes the main performance parameters of the upgrade and selection， and analyzes and summarizes the application effects of the transformation.

0? 引言

隨著煤礦機(jī)電設(shè)備綜合機(jī)械化、自動(dòng)化程度的不斷提升，大功率電動(dòng)機(jī)和大型綜采設(shè)備、變頻設(shè)備的不斷投入，大量非線性負(fù)載的沖擊性和不平衡性，致使電網(wǎng)無(wú)功功率損耗逐漸增加，設(shè)備受電端電壓下降，啟動(dòng)及工作電流增大，帶來(lái)大量不必要的電能損耗，導(dǎo)致煤礦電網(wǎng)供電質(zhì)量與穩(wěn)定性下降，電能利用率大大降低，給安全生產(chǎn)帶來(lái)較大影響。

為補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功損耗，有效提高電網(wǎng)功率因數(shù)，柴里煤礦在建井初期采用無(wú)功補(bǔ)償方式為并聯(lián)電容器集中補(bǔ)償?shù)姆绞剑m然這種補(bǔ)償設(shè)備價(jià)格便宜，但由于電容補(bǔ)償量固定，雖然期間更換過(guò)電容器，但仍不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)功的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存在諧波時(shí)，可能發(fā)生并聯(lián)諧振，放大諧波電流。

為有效解決并聯(lián)電容器補(bǔ)償方式的的缺陷，將機(jī)電設(shè)備由自動(dòng)化向智能化推進(jìn)，經(jīng)調(diào)查研究決定對(duì)現(xiàn)有補(bǔ)償方式進(jìn)行升級(jí)改造，使用性能更為完善的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理裝置（SVG）。

1? 并聯(lián)電容器補(bǔ)償運(yùn)行狀態(tài)分析

并聯(lián)電容器裝置2008年安裝，補(bǔ)償效率較低，隨著補(bǔ)償需求的增加，各類儀表已出現(xiàn)超量程現(xiàn)象、綜合保護(hù)器也不能根據(jù)設(shè)置的功率因數(shù)對(duì)電容器進(jìn)行自動(dòng)投切。補(bǔ)償容量的不足帶來(lái)的弊端更是愈加凸顯，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①電網(wǎng)從遠(yuǎn)端傳送無(wú)功，費(fèi)用較高;②負(fù)荷的無(wú)功沖擊影響本地電網(wǎng)和上級(jí)電網(wǎng)的供電質(zhì)量;③負(fù)荷的不平衡與諧波影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定性。

穩(wěn)定的電力系統(tǒng)需要足夠的帶載能力和電能質(zhì)量，必須能夠根據(jù)用電負(fù)荷的變化對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的無(wú)功、不平衡和諧波補(bǔ)償。

電力行業(yè)內(nèi)無(wú)功補(bǔ)償方式歷經(jīng)了由并聯(lián)電容器至SVC補(bǔ)償，到目前的SVG補(bǔ)償方式。經(jīng)調(diào)查調(diào)研，目前采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞揭蜓a(bǔ)償能力低下，已逐漸被淘汰退出市場(chǎng)。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，SVG補(bǔ)償方式投入市場(chǎng)后，已經(jīng)過(guò)多年檢驗(yàn)，補(bǔ)償效果明顯提高。根據(jù)電網(wǎng)后級(jí)負(fù)載運(yùn)行方式特點(diǎn)及系統(tǒng)需求，SVG通過(guò)內(nèi)部計(jì)算，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出系統(tǒng)所需要的容性或感性的無(wú)功功率。此時(shí)，SVG可以理解為容量大小可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化調(diào)節(jié)的電容或電抗器。

2? 對(duì)新投入無(wú)功補(bǔ)償（SVG）的要求

①要求設(shè)備響應(yīng)速度快，能有效抑制電壓波動(dòng)及閃變。②適應(yīng)能力強(qiáng)，在各種場(chǎng)合與各種負(fù)荷配合下不發(fā)生諧波放大。③占地面積小，現(xiàn)柴里礦6kV電容器室場(chǎng)地已固定，不再另建場(chǎng)地。④電壓偏低與偏高時(shí)均具備較強(qiáng)的自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償能力，尤其是必須能根據(jù)柴里礦自備電廠與上級(jí)電網(wǎng)之間的關(guān)系（輸送或吸收無(wú)功），自動(dòng)進(jìn)行功率因數(shù)調(diào)節(jié)，以滿足電業(yè)公司規(guī)定。⑤能同時(shí)治理諧波與不平衡等多種電能質(zhì)量問(wèn)題。

3? 補(bǔ)償方式的選擇

通過(guò)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償生產(chǎn)廠家調(diào)研，對(duì)目前使用的SVC、SVG各項(xiàng)性能進(jìn)行對(duì)比如表1。

在安裝費(fèi)用相差不大的前提下，采用性能更優(yōu)SVG補(bǔ)償方式性價(jià)比較高。

4? 補(bǔ)償容量確定

根據(jù)柴里礦的負(fù)荷情況，補(bǔ)償容量計(jì)算如下：

4.1 現(xiàn)場(chǎng)所需容性無(wú)功

所需容性無(wú)功是考慮礦自備電廠所有發(fā)電機(jī)均不工作的情況，所有負(fù)荷工作所需要的最大容性無(wú)功功率。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)最大負(fù)荷按18000kVA計(jì)算，負(fù)荷的平均功率因數(shù)按0.8計(jì)算，則將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?（由于柴里礦有自備電廠，會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)的有功功率很低，所以要想達(dá)到很高的月平均功率因數(shù)，此處必須將所有無(wú)功功率均補(bǔ)償?shù)魜?lái)計(jì)算）所需要的無(wú)功功率為：

其中，Φ2和Φ1為補(bǔ)償前后的電角度。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)所需感性無(wú)功

現(xiàn)場(chǎng)所需感性無(wú)功是考慮所有自備電廠發(fā)電機(jī)均工作，且負(fù)荷均不工作的工況下，補(bǔ)償所有發(fā)電機(jī)發(fā)出的容性無(wú)功功率所需要的感性無(wú)功功率。

3臺(tái)發(fā)電機(jī)工作的總功率按20000kW（2臺(tái)5000kW，1臺(tái)10000kW）計(jì)算，自然功率因數(shù)按0.85考慮，則發(fā)電機(jī)發(fā)出的總的容性無(wú)功功率為12395kVar，即補(bǔ)償發(fā)電機(jī)工作時(shí)所需要的感性無(wú)功功率為12395kVar。

根據(jù)以上計(jì)算，取二者中的大值即12395kVar，同時(shí)考慮留有一定補(bǔ)償容量，計(jì)劃在每段6kV母線上安裝一套容量為6.2Mvar的SVG，單套設(shè)備可實(shí)現(xiàn)-6.2Mvar（感性）～6.2Mvar（容性）之間無(wú)功功率的實(shí)時(shí)連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。

根據(jù)以上計(jì)算，計(jì)劃在35kV變電所6kV兩段母線各安裝一套無(wú)功補(bǔ)償裝置（6kV 5.3Mvar SVG）。以6kV電網(wǎng)的功率因數(shù)或6kV母線平均電壓作為控制器運(yùn)行工作目標(biāo)，工作目標(biāo)可以根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行隨時(shí)調(diào)整設(shè)置，并根據(jù)設(shè)置的目標(biāo)電壓或目標(biāo)功率因數(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤電網(wǎng)參數(shù)的變化，并根據(jù)參數(shù)變化情況，裝置動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需要補(bǔ)償?shù)墓β?。因兩套SVG設(shè)備對(duì)兩段母線都采用雙點(diǎn)采樣，因此可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)按設(shè)置的高功率因數(shù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)智能補(bǔ)償。

5? 改造后的效果

①運(yùn)行方式方面：每段各安裝1套SVG，2套SVG能夠兼顧到各自運(yùn)行情況下的正常補(bǔ)償，不會(huì)因?yàn)檫\(yùn)行方式的改變而影響系統(tǒng)的正常補(bǔ)償。

②數(shù)據(jù)采樣方面：每套SVG均獲取信號(hào)：6kV本側(cè)、他側(cè)進(jìn)線（1#進(jìn)線、2#進(jìn)線）電流采樣信號(hào)，并可以根據(jù)變壓器運(yùn)行情況自動(dòng)識(shí)別并內(nèi)部切換采樣以便適應(yīng)變壓器運(yùn)行變化;6kV本側(cè)進(jìn)線電壓采樣信號(hào);6kV母聯(lián)狀態(tài)信號(hào);他機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào);6kV本側(cè)饋電柜開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào);本機(jī)RS485通訊信號(hào)至監(jiān)控室工控機(jī)。

③目標(biāo)調(diào)整方面：可對(duì)計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)目標(biāo)調(diào)整，設(shè)定目標(biāo)功率因數(shù)、目標(biāo)電壓，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。通過(guò)綜合目標(biāo)電壓、目標(biāo)功率因數(shù)自動(dòng)均衡實(shí)現(xiàn)6kV線路損耗最小，同時(shí)保證6kV電壓運(yùn)行在安全區(qū)域;可以滿足現(xiàn)場(chǎng)各進(jìn)線、各母聯(lián)切換下的各種運(yùn)行方式要求，實(shí)現(xiàn)在線平滑過(guò)渡，并進(jìn)行自動(dòng)處理，不需要人工特殊干預(yù)。

④經(jīng)濟(jì)效益方面：功率因數(shù)是上級(jí)電力考核部門對(duì)我礦考核的主要參數(shù)，目前每月平均罰款約10萬(wàn)，最高月達(dá)19萬(wàn)，兩段母線安裝SVG后，6kV電網(wǎng)的功率因由現(xiàn)在的平均0.85，最低時(shí)0.76，安裝后可提升到平均0.95以上，在電廠正常發(fā)電情況下，可大大降低或避免上級(jí)部門對(duì)我礦的用電損耗罰款。

⑤安全性能方面：該裝置設(shè)備響應(yīng)速度快，在用電負(fù)荷發(fā)生較大變化時(shí)，能有效抑制由此帶來(lái)的電網(wǎng)電壓波動(dòng)及閃變，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，保障后級(jí)用電設(shè)備正常運(yùn)行，減少由此帶來(lái)的對(duì)設(shè)備、線路的傷害，降低設(shè)備事故率及維修費(fèi)用。

⑥適應(yīng)能力方面：SVG設(shè)備適應(yīng)能力強(qiáng)，目前礦井下采煤使用大功率電機(jī)，地面各廠房設(shè)備也增加較多，該設(shè)備能適應(yīng)我礦負(fù)荷增大后對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性需求，起到穩(wěn)定電壓作用。

⑦設(shè)備結(jié)構(gòu)方面：裝置占地面積小，現(xiàn)6kV電容器室場(chǎng)地已固定，空間較小，沒(méi)有條件再另外建設(shè)專用設(shè)備室，只有利用現(xiàn)有電容器室，撤除舊電容器后安裝新設(shè)備，不需要再建筑新廠房。

⑧與電廠配合方面：我礦供電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，既有上級(jí)杜柴線、歡柴線、富源線，又有內(nèi)部發(fā)電廠，礦內(nèi)發(fā)電廠即可能向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送無(wú)功，也可能從網(wǎng)絡(luò)吸收無(wú)功，在多種復(fù)雜條件下，必須及時(shí)自動(dòng)的對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足電業(yè)公司考核要求。

⑨諧波治理方面：設(shè)備在多種場(chǎng)合與各種負(fù)荷配合下不發(fā)生諧波放大，可有效避免因諧波放大而發(fā)生諧振，凈化電網(wǎng)環(huán)境，濾除電網(wǎng)“垃圾”，能同時(shí)治理諧波與不平衡等多種電能質(zhì)量問(wèn)題，提高電能質(zhì)量，滿足用電設(shè)備需求。

6? 結(jié)論

由于SVG能夠根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)大小從電網(wǎng)中連續(xù)吸收或輸送無(wú)功功率，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。有效提高電網(wǎng)有功與無(wú)功之間的平衡能力，根據(jù)設(shè)置的電壓目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定，使用戶追求的電能質(zhì)量和可靠性得到保障，經(jīng)過(guò)多年現(xiàn)場(chǎng)使用改進(jìn)提升，SVG型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置目前已成為煤礦無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹髁?，目前以電力電子元器件為核心的大功率電氣設(shè)備在煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中陸續(xù)推廣應(yīng)用，煤礦機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化、智能化水平也將得到更大提升。

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