磁控式動態(tài)無功補償裝置技術(shù)應(yīng)用

劉柏林，郭秀利，劉會寶

（新汶礦業(yè)集團 鄂莊煤礦，山東 萊蕪271100）

鄂莊煤礦35kV變電所供電電源來自南冶110kV變電所，變電所設(shè)有SF9－10000／35兩臺主變壓器，一臺工作，一臺備用，礦井運行負(fù)荷7000kW，主要負(fù)荷是礦井主通風(fēng)機、提升機、水泵、采掘設(shè)備、運輸設(shè)備。室內(nèi)I、II段6 kV母線安裝靜電電容，用于無功補償，1＃電容器組補償容量為960kvar，2＃電容器組補償容量為2700kvar，《全國供用電規(guī)則》規(guī)定在電網(wǎng)高峰負(fù)荷時，用戶的功率因數(shù)不能低于0.9，當(dāng)用電負(fù)荷隨時變動時，功率因數(shù)也應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。由于采用固定電容器進(jìn)行集中補償，隨著礦井延深工程的實施及非煤發(fā)展，用電負(fù)荷增加，無功補償裝置已不能滿足礦井發(fā)展的需要。

1 無功補償通常采用幾種方式

1.1 靜止無功補償器

靜止無功補償可以平滑調(diào)節(jié)，相應(yīng)速度快，是一種比較理想的無功電源。但缺點是：技術(shù)復(fù)雜，操作和運行維護要求高，造價昂貴，無法大面積推廣應(yīng)用。

1.2 同步調(diào)相機

同步調(diào)相機為最早使用的無功補償裝置，具有較大的過負(fù)荷能力。缺點是：設(shè)備投資高，維修復(fù)雜，動態(tài)調(diào)節(jié)效應(yīng)慢，不適應(yīng)太大或太小的補償，只能用于三相平衡的補償。

1.3 并聯(lián)電容器

是目前應(yīng)用最廣的一種，可永久或通過斷路器連接在系統(tǒng)某些節(jié)點上。投資少，運行經(jīng)濟，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，容量可任意選擇，適應(yīng)性強。缺點是：不能連續(xù)調(diào)節(jié)，負(fù)荷的調(diào)節(jié)特性差，對系統(tǒng)中的高次諧波有放大現(xiàn)象，在諧波電流過大時可能引起爆炸。投切過程會產(chǎn)生嚴(yán)重的操作過電壓和合閘涌流，從而影響礦井供電可靠性。

2 現(xiàn)場測試分析

1）取樣點：35kV變電所6kV 1＃進(jìn)線柜電流互感器，電壓取樣電壓小母線，每5秒取樣一次，主要測試三相有功變化曲線、三相無功變化曲線、功率因數(shù)變化曲線、三相電壓電流頻譜圖、三相電壓總畸變率、5次諧波電流、電壓曲線圖、7次諧波電流、電壓曲線圖。

2）從測試數(shù)據(jù)來分析，礦井無功變化較大，原有電容器組為固定式投切，造成過補、欠補現(xiàn)象；且沒有配置串聯(lián)電抗器，造成諧波放大，導(dǎo)致諧波超標(biāo)；系統(tǒng)中5、7次諧波雖然沒有超出國家標(biāo)準(zhǔn)，而計算值比測量值大，另外系統(tǒng)的總諧波畸變率為2.96%，5次諧波的電壓含量為2.8%，雖然沒有超標(biāo)，但是其含量較大，由于諧波電壓含量過大，諧波的大量存在會造成整個系統(tǒng)的用電損耗增加，使設(shè)備大量發(fā)熱，縮短設(shè)備的使用壽命，影響設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

3 技術(shù)改造方案研究及補償容量確定

1）為了提高礦井功率因數(shù)，降低對系統(tǒng)沖擊，抑制電壓波動，濾除諧波電流，更新常規(guī)采用無功補償方式，在室內(nèi)6kV母線上創(chuàng)新采用磁控式動態(tài)無功補償裝置。

2）原固定補償裝置正常投運時，無功變化仍然劇烈，無功功率變化較大，功率因數(shù)不穩(wěn)定，考慮到礦井后期增加1800kW，拆除現(xiàn)有固定電容器補償裝置，利用現(xiàn)有高壓開關(guān)柜，將電容器實際補償容量由2800kvar，增加到安裝容量為4500kvar。配置電抗率為6%的串聯(lián)電抗器，用于抑制系統(tǒng)諧波。

3）根據(jù)系統(tǒng)實測無功功率變化情況，配磁控電抗器容量3200kvar，實現(xiàn)無功功率從1300～4500kvar的連續(xù)可調(diào)，保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，使礦井功率因數(shù)穩(wěn)定在0.95以上。

4 MSVC型磁控式動態(tài)無功補償裝置的基本原理

MSVC型磁控式動態(tài)無功補償裝置的基本原理是根據(jù)自動控制器對系統(tǒng)的無功功率取樣，自動調(diào)節(jié)磁控電抗器的晶閘管控制角，改變鐵心的磁導(dǎo)率，使輸出電抗值連續(xù)可調(diào)，從而實現(xiàn)無功平滑補償，保證了高功率因數(shù)。其內(nèi)部為全靜態(tài)結(jié)構(gòu)，無運動部件，工作可靠性高。

5 磁控式動態(tài)無功補償裝置的組成

1）磁控式動態(tài)無功補償裝置由固定補償電容器組和一套磁控電抗器組成。

2）動態(tài)無功補償裝置由磁控電抗器、晶閘管管閥柜、自動控制屏組成；電容補償部分由并聯(lián)電容器、空心電抗器、熔斷器、隔離開關(guān)、放電線圈組成。

6 應(yīng)用效果分析

1）MSVC型磁控式動態(tài)無功補償裝置的投入實現(xiàn)了礦井無功功率實時動態(tài)連續(xù)可調(diào)，保證系統(tǒng)供電設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，避免了過補或欠補，提高了礦井功率因數(shù)，使功率因數(shù)在0.95～0.98之間，降低線損，提高電壓質(zhì)量。

2）MSVC型磁控式動態(tài)無功補償裝置的投入，解決了電容器投切引起過電壓、涌流問題，降低合閘涌流，減少對電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊。有效抑制了系統(tǒng)中的5、7次以上諧波，消除不安全隱患，延長補償設(shè)備的使用壽命，保證了礦井安全可靠供電。

3）經(jīng)濟效果

動態(tài)無功補償裝置經(jīng)濟效益：

4500 kvar×60%×0.090kW／kvar×20h／d×350d／a×0.6元／kWh＝102.06萬元。

磁控電抗器的年損耗費

3200×0.8%×20h／d×350d／a×0.6元／kWh＝10.75萬元。

改造后每年直接經(jīng)濟效益為102.06－10.75＝91.31萬元。

4）MSVC型無功補償裝置自動化程度高，運行可靠，操作方便，采用大屏幕液晶顯示器，圖形界面，中文顯示和操作提示，使用簡單方便，能與變電所自動化微機保護相配套。同時，具有通信接口，實現(xiàn)遙信，遙控。

5）新型MSVC磁控式動態(tài)無功補償裝置具有輸出諧波小、功耗低、免維護、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、價格低廉、占地面積小、節(jié)能效果顯著等優(yōu)點，是目前煤礦企業(yè)理想的動態(tài)無功補償裝置。