煤礦電網高壓靜止無功補償技術研究

孫 凱 李洪國

（1.濟寧礦業集團海納科技公司，山東濟寧272100；2.新汶礦業集團孫村煤礦，山東新泰271219）

1 課題的提出

煤礦企業是用電大戶，解決好電網的無功功率因數補償和諧波濾波問題，對于提高電能質量、降低網絡損耗、節能、充分利用電氣設備等問題具有重要意義。

孫村煤礦為生產直接服務的降壓站有礦內降壓站和北立井降壓站，礦內降壓站兩回路35KV電源孫良支線和孫村1#線，其中孫良支線來自東都變電站，孫村1#線來自35KV中心區配電站；北立井降壓站兩路35KV電源線路，由北風井降壓站轉供，其中北立井1#線路東孫線來自東都變電站，北立井2#線路來自泰安頂峰熱電廠。該站安裝一臺SF9-12500/35和一臺SF7-16000/35變壓器，最大負荷9800KW，最小負荷7500KW，平均負荷穩定在8000KW。供電系統改造完成，撤除北風井降壓站后，無功補償電容器容量嚴重不足，地面高壓供電系統改造完成后，北立井降壓站負荷由原來的9000KW,增加到11000KW,而撤除北風井降壓站后，固定補償電容器容量減少，不能滿足供電系統的要求；為凈化供電系統、提高功率因數、提高供電質量，對北立井降壓站無功補償系統進行改造，在提高功率因數的同時，濾除諧波，達到為凈化供電系統、提高功率因數、減少網絡損耗、提高供電質量的目的。

2 方案選擇

提出兩套設計方案，分別為FC濾波器方案和靜止型動態無功補償（SVG）方案，經過詳細的計算和比較之后，選擇使用SVG+FC方案。

3 方案設計

3.1 補償容量確定

本期工程依據現場的實際情況及用戶的要求，裝設容量為2.5Mvar的SVG及3.6Mvar的FC各一套。考慮到現場的諧波問題，設置FC為5、7兩組，利用較低次諧波濾波器可抑制高次諧波的特性，可在進行系統無功補償的同時濾除網內含量較大的5次、7次及11次諧波。SVG設備可進行動態的無功補償，兼有濾除諧波的作用。

3.2 濾波器設計

濾波器設計原則

（1）濾波器發出的無功應滿足補償功率因數、抑制電壓波動及閃變的要求；

（2）選取的濾波電容器的額定電壓應保證濾波器的安全可靠運行；應考慮以下因素：

a）母線電壓水平；

d）電網電壓波動引起電壓升高。

（3）濾波器的分組應滿足濾除諧波電流的要求；

（4）濾波器設計時已經進行充分的計算機仿真計算及數據庫選優，經多個方案比較，選擇最佳方案；

（5）對選定的濾波器應進行濾波器各種運行方式下的計算機仿真，避免與系統發生諧振；

（6）對濾波器的安全運行應進行仔細校驗。

3.3 濾波器設計

根據以上濾波器設計原則及對現場測試的諧波電流進行分析，將濾波器設為5、7次共2組濾波通道。5次濾波通道基波補償容量為1830kvar，7次濾波通道基波補償容量為1793kvar，母線諧波電流可滿足用戶要求。

表1 濾波器參數配置表

3.4 濾波器安全性能校核

校核公式如下：

Ic1—流過電容器的基波電流

Icn—電容器的額定電流（A）

UcN—電容器的額定電壓

Uc1—濾波電容器承受的基波電壓

Ucn—流過電容器的諧波電流在電容器兩端產生的諧波電壓

n—諧波次數

Ucn=Icn/nwC（C為每相電容器的電容值）

Icn—流過電容器的所有諧波電流的均方根值。校核結果，所有濾波支路能安全運行。

3.5 SVG組成

圖1

本工程SVG容量為2.5Mvar。SVG由一系列的功率單元組成，其系統結構如圖所示：SVG裝置并網于6kV母線側，裝置入口電壓為6kV。鑒于目前IGBT的工藝水平和應用需求，榮信SVG選用處于國際領先水平的EUPEC公司的IGBT。

3.6 SVG及FC柜體設計

設備投運后達到的技術指標和性能考核:

（1）電網實時功率因數高于0.95（滯后，無過補）。

（2）SVG設備輸出調節范圍為-2.5Mvar～+2.5Mvar。

（3）FC設備的5次諧波補償容量約為1.8Mvar，7次諧波補償容量約為1.8Mvar。

（4）SVG設備的系統響應時間≤5ms。

（5）裝置具備完善的控制、保護和報警措施。在裝置故障時應提供報警信號，嚴重故障時可將裝置退出運行。FC裝置除裝有常規的電流速斷和過流保護外，還具有不平衡電流保護、過電壓保護及低電壓保護等一系列保護措施，確保裝置安全。SVG裝置除裝有常規的電流速斷和過流保護外，還具有不平衡電流保護、過電壓保護及低電壓保護等一系列保護措施，確保裝置安全。

（6）擴容方便。

（7）滿足國家標準《電能質量、公用電網諧波》GB/T14549-93。總諧波電壓畸變率≤4.0%（奇次畸變≤3.2%；偶次畸變≤1.6%）。

（8）滿足國家標準《電能質量、電壓波動和閃變》GB/T12326－2000。電壓波動范圍：-3%-7%

4 實施效果

改造前北立井降壓站補償容量為2400Kvar，功率因數為0.80，運行不經濟，不能滿足礦井功率因數不低于0.9的要求，線路年損耗35.66萬Kwh。改造后年節約電費23.179萬元；減少了諧波對供電系統的影響，提高了供電質量，年節省電能140萬Kwh，節約電費91萬元。

采用SVG+FC對礦井無功功率因數進行補償，并進行諧波治理，增強了供電系統運行的穩定性和安全性，提高了用電能力，改善了電能質量，為礦井安全供電和可靠供電提供了保障。

5 結語

SVG高壓靜止無功補償技術是近幾年來發展起來的一種基于大功率逆變器的無功補償裝置，是電力行業世界前沿科技柔性交流輸電系統的重要組成部分，隨著技術越來越成熟，該技術具有廣闊的推廣前景。