靜態無功自動補償裝置在平煤股份二礦三水平進風井的應用

陳成偉，寶常青

中國平煤神馬集團建工集團建井一處，河南平頂山 467000

靜態無功自動補償裝置在平煤股份二礦三水平進風井的應用

陳成偉，寶常青

中國平煤神馬集團建工集團建井一處，河南平頂山 467000

本文結合6kV MCR型SVC靜態無功自動補償裝置在平煤股份二礦三水平進風井的成功應用。通過影響功率因數的主要因素、補償方案的選擇、磁控電抗器補償原理、補償裝置性能、補償裝置的優點、應用情況及效益對高壓自動補償裝置有關問題進行探討。

靜態；無功；自動補償；應用

《煤礦安全規程》中要求,礦井用電負荷的功率因數(包括主變壓器在內)在變電所一相母線上應達到0.9以上。而中國平煤神馬集團二礦（以下簡稱二礦）三水平進風井設有6kV變電所雖然安裝了靜態固定式電容補償柜，但是用電負荷的功率因數確未達到要求。通過技術改造把原有的固定式補償柜改造成SVC靜態無功自動補償裝置。改造后功率因數有了明顯的提高，同時節約了大量的電力能源，得到了明顯的效果。

1 影響功率因數的主要因素

一般系統負荷的功率因數約為0.6～0.9。當系統頻率一定時，負荷功率（包括有功和無功功率）隨電壓而變化的關系稱為負荷的靜態電壓特性。由于電力系統的負荷中異步電動機占較大的比重，而且，異步電動機消耗無功功率較多，可以說，系統中大量的無功負荷是異步電動機，因此，電力系統綜合負荷的無功-電壓特性曲線的特點是（如圖1所示）：

圖1

從圖1可以看出，系統綜合負荷的無功電壓特性曲線的特點是：以負荷的無功功率又與其端電壓直接相關。隨端電壓的升高負荷的無功功率增加，端電壓降低負荷無功功率則減小。當電壓略低于額定值時，無功功率隨電壓下降較為明顯；當電壓下降幅度較大時，無功功率減小的程度逐漸變小。

從現場來看影響功率因數不穩定的因素主要有：

1）負荷為交流傳動設備。如主提升絞車、通風機、空氣壓縮機及動力設施采用交流傳動設備。絞車屬重載起動，無功沖擊較大，并伴隨大量整數倍和非整數倍的諧波電流產生，功率因數低，電壓波動大，給電網供電產生如下問題：無功沖擊引起的電壓波動。諧波電流流入系統使用電設備發熱，設備運行可靠性降低。功率因數低，加大生產成本；

2）供電電壓的影響 當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長很快，據分析統計，供電電壓為額定值的110%時，無功功率將增加35%左右。而供電電壓低于額定值時，無功功率反而相喧減少而使功率因數有所提高。

2 補償方案的選擇

1）要想得到理想的補償效果，首先要確定合理的補償方式。目前常見的補償方法有傳統的固定式電容器組人工插拔熔斷器控制補償容量法;單臺設備隨機就地電容補償法和集中電容器自動補償法。其中傳統補償方法簡單，但補償精度低，危險性大，易造成在用電低谷時過補，以及在用電設備發生變更時電容器組與系統不再匹配，并可能抬高電網電壓至危險值，受人為因素影響太多；

2）根據提升機動作速度較快，并且動作周期較短這一原因，我們選用MCR型SVC靜態無功自動償裝置是利用磁控電抗器來解決了此問題。MCR型SVC靜態無功自動償設備動作時間小于20ms，完全可以滿足提升機的補償速度。補償容量為常態容量80%即可將功率因數提升至0.9以上，它將固定補償的電容器組分成若干組，可根據系統無功功率、功率因數以及電網電壓高低自動投切一定數量的電容器組。

3 磁控電抗器補償原理

1）高壓無功快速無級自動補償成套裝置采用固定電容器配合磁控式電抗器的方式，當系統無功過剩時，固定補償電容器發出的容性無功由電抗器吸收；當缺乏無功時，電抗器容量減小，由補償電容提供容性無功。磁控式電抗器控制裝置實時測量計算系統有功功率、無功功率、功率因數和母線電壓，并調整電抗器的輸出容量，使系統在保證母線電壓合格的條件下，無功最小

2）磁控電抗器特點

MCR型磁控電抗器是通過直流偏磁改變鐵芯電抗器鐵芯的磁導率來實現電感可調的，它與固定電容器配合、自動控制器等構成動態無功補償系統，達到無功補償容量無級調節，使無功補償效果達到最佳。

提高電網功率因數，可以使功率因數達到0.9～0.99的要求；并降低網損和無功損耗，節能省電，適用于電力系統龐大網損非常嚴重的用戶。

消除諧波污染，提高電網系統安全系數，提高電網的電壓穩定能力和輸電線傳輸能力。

穩定端點電壓，提高變壓器與輸電線以及其他電器設備的壽命。

4 該補償裝置性能

1）耐受短路電流能力；

2）主回路中的電器設備，連接線及機械結構在耐受短路電流和電容器內部極間短路放電電流的作用而不產生熱的和機械的損傷及明顯變形；

3）過負荷能力；

4）穩態過電流：裝置能在方均根據值不超過1.1*1.30In的電流連續運行；

5）裝置能將投入電容器組時產生的涌流限制在電容器組允許范圍內；

6）穩態過電壓：裝置的連續運行電壓為1.05UN下表現規定的穩態電壓下運行相應的時間。

工頻過電壓 最大持續時間 說明1.10UN 長期 指長期工作電壓的最高值不超過1.1倍1.15UN 30min 系統電壓的調整和波動1.20UN 5min 輕載荷時電壓升高1.30UN 1min 輕載荷時電壓升高

5 SVC靜態無功自動補償裝置的優點

提高電壓質量；電壓質量的好壞直接關系電氣設備的安全運行.提升機直流系統向電網注入諧波電流,使電壓正弦波形發生畸變,并引起晶閘管電路觸發不同步,電動機力矩不穩,電網諧振等事故，提升機等大功率負載頻繁起動,無功沖擊導致電網電壓產生波動,對井上下電器設備產生干擾。減少損耗，提高變壓器利用率；

在未投動補濾波裝置時，電網自然功率因數很低，負載所需的有功功率和無功功率均由電網提供，使變壓器和電網線路的損耗增加，同時帶負荷能力降低。投入動補濾波裝置后，電網和主變壓器僅傳輸有功功率，可提高效率，減少損耗。

調控運行，防止過補；以往在地面變電所設計中，通常在6kV母線并接電容器組，對電網進行固定式補償。由于提升機為短時循環工作制的負載，一個提升機循環分為加速、等速、減速和休止幾個工作狀態，各階段所需功率均不同，而電容器組只能輸出恒定無功功率，造成有時無功不夠，有時過補現象。采用TCR 動態補償，可根據負載無功的變化進行動態補償，使電網始終處于最佳狀態。

6 應用情況及效益分析

年功率因數節省電費根據近3個月電費清單計算，變電所月平均電量66.2559萬kW·h。變電所的變壓器總安裝容量為2 640kVA，有功電度單價為0.67536元/kW·h。為此變電所月電量電費為：月電量電費=有功電度電價×月平均電量=0.67536元/kW·h×66.2559萬kW·h=44.746584萬元，煤礦變電所功率因數按0.59計，按規定無功功率調整費率（即無功罰款率）為5%。故每月功率因數調整費用為：月功率因數調整費用=月電量電費×無功調整費率=571 696.6×5%=2 8584.83元。磁控電抗器型動態無功補償裝置投運后，功率因數達0.94以上，獎勵率為0.75%，故每月獎勵為：月功率因數獎勵費用=月電量電費×功率因數獎勵率=571 696.6×0.75%=42 877.25元。

因此每月可節省該項電費為：月功率因數節省電費=月功率因數調整費用+月功率因數獎勵費用=71 462.08元每年可節省該項電費為：年功率因數節省電費=月功率因數節省電費×12月=857 544.96元

7 結論

經過使用，改造裝置自動化水平高，補償效果滿意，補償后功率因數達到0.90以上。系統的電壓穩定，諧波引起的電纜和電機發熱等問題得到有效解決，從而增加了變壓器和輸、配電線路的有效容量，提高了設備的運行可靠性，減少了設備維護周期和運行成本，減少了功率因數調整電費的支出，具有良好的技術經濟效益，在二礦三水平進風井變電所系統中，達到了預期的效果。

[1]孫國蘭.煤礦電工學.中國勞動社會保障出版社，2008.

[2]王合貞.高壓并聯電容器無功補償實用技術.中國電力出版社，2006.

O657.32

A

1674-6708（2011）52-0094-02