北宿煤礦6kV高壓動態無功補償裝置系統改造

張祥明+張昭峰

摘 要：北宿煤礦35kV變電所主接線采用雙母線結構分列運行，6kV母線為單母線分段，兩段母線上分別安裝有兩臺2400Kvar的電容器，靠人工投入或切除來實現無功功率的補償。因原有電容器使用時間長、設備老化，不能實現動態無功補償。隨著變頻設備及大功率設備的使用，無功功率增大，功率因數較低，達不到國家規定標準（水利電力部、國家物價局文件關于頒發《功率因數調整電費辦法》水電財字第215號文件規定0.9），經研究討論采用FC+SVG方式進行補償，即在6kV兩段母線上各裝設一套2000Kvar固定補償電容器，在6kV母線上裝設一套容量不低于4Mvar SVG動態無功補償裝置，以實現平滑連續的無功功率調節，改善了變電站的供電質量，提高系統的功率因素，自動跟蹤無功補償局部控制技術上有較大的創新。

關鍵詞：變電所；動態；無功補償；功率因素

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.256

1 概述

北宿煤礦35kV變電所于1997年5月開始建設，1998年3月竣工，2000年4月15日正式投入使用，一回路電源線路（羅北線）來自羅廠區域220kV變電所，另一回路（南北線）來自南屯礦35KV變電所。35kV變電所主接線采用雙母線結構分列運行，6kV母線為單母線分段，兩段母線上分別安裝有兩臺2400Kvar的電容器，靠人工投入或切除來實現無功功率的補償。因原有電容器使用時間長、設備老化，不能實現動態無功補償。

正常運行方式：35kV兩段母線分列運行。6kV母線為單母線分段，羅北線帶一段母線帶2#主變運行。南北線帶二段母線帶1#主變備用。

2 存在的問題

北宿煤礦35kV變電所的主變容量為一臺12500kVA、一臺8000kVA，運行時最大負荷可達7500kVA，最小負荷 1500kVA，采用靜態補償，人工切換。靜態補償在電網并聯電容器時，采取延時投切方式將電容器并聯至電網中，對電網的無功功率進行補償。這種補償方式一般通過傳統的專用接觸器動作，靜態補償的接觸器具有抑制電容器涌流的作用，同時靜態補償還能防止接觸器過于頻繁動作而損壞電容器，防止電容器不停地投切導致供電系統振蕩。并且如果由于人工操作不及時或補償量投入不當，會出現欠補或過補的問題。由于系統補償不穩定，導致電壓質量也不穩定，影響設備的正常使用。

對中壓無功補償系統的設備進行更換，對控制方式進行改善，將老化設備更換成較為先進的設備，將無功控制方式改造為自動無功補償方式，以確保變電站的安全運行，并改善變電站的供電質量，提高系統的功率因素，顯得尤為重要。

3 無功自動補償系統技術改造

3.1 實現的技術要求

（1）裝置采用先進的全控型IGBT，開關頻率不低于500Hz。

（2）功率單元采用模塊化的結構設計，使功率模塊結構緊湊。

（3）每個功率模塊預留模塊測試端口，使得調試、維修方便。

（4）直流電容選用薄膜電力電容，并集成于每個功率模塊內部。

（5）具有完善的保護功能和友好的人機界面。

（6）同時具有RS485和以太網接口，可遠程監控設備運行，并記錄運行數據。

（7）冷卻方式采用強迫風冷。

（8）SVG本體采用單面維護和巡視，具備緊急停機按鈕功能。

3.2 主要技術參數

（1）功率因數補償。6kV母線進線點的功率因數值不低于0.95。

（2）輸出容量。成套裝置可實現總無功從-4Mvar（容性）～+8Mvar（感性）范圍內平滑連續的快速調節。

（3）響應時間。成套裝置可動態跟蹤電網電壓變化及負載變化，并根據變化情況動態調節無功輸出，實現高功率因數運行。動態響應時間不大于5ms。

（4）過載能力。SVG應具有1.1倍過載應能連續運行，1.2倍過載運行時間不低于10秒，并提供過載能力的型式試驗報告證明。

（5）諧波特性。SVG動態補償裝置額定功率下THDi≤3%；

（6）運行效率。裝置運行過程中，SVG動態補償裝置總有功損耗不大于裝置輸出容量的1%。

3.3 確定項目配置方案

根據項目要求，以達到項目實施目的，實現變電站的自動無功補償方式，項目設備配置如下：

電容器：型號BFM6.6√3-100-1W，總計3000 kvar，每段1500 kvar。

進線開關：KG8-12型控制開關柜兩臺，每段一臺。

電容器投切真空開關：型號ZN12-12/630-12.5，總計6臺，每段3臺。

串聯電抗器：型號CKDG-1/6-6，總計18臺，每段各9臺。

補償控制器：型號GWk-1，一臺。

電容微機保護：型號DSB2040，8套，每段各4套。

放電線圈：型號JDZ-6，24只，每段12只。

避雷器：型號HY5WR—10/27，6只，每段3只。

電力電纜：型號YJV6000-3×50，共100米。

4 關鍵技術與創新點

4.1 快速響應能力

采用了先進的算法，動態補償電網無功功率的暫態響應時間為1ms。

4.2 高度的可靠性

具有輸出過電流、直流側過電壓、直流側欠電壓、交流側過電流、交流側過電壓、IGBT死區保護以及IGBT綜合保護等多種保護功能，確保在系統或設備出現運行異常時，可靠地使設備退出運行或保護系統及設備。

4.3 大容量的補償能力

做到不受限制地進行并柜擴容，使得對大容量諧波的補償成為可能，并且大大降低了成本。

4.4 簡單的操作方法和結構

操作簡單，只需與負荷并聯入系統，無需進行其他的操作。內部結構簡潔，變流器為模塊化結構，易于安裝和維護，接入系統后，無需人工干預即可正常運行。

5 應用效果

（1）供電電能質量大幅度提高，電壓穩定，電流諧波減少。

（2）功率因數提高到0.95，系統供電能耗降低。

作者簡介：張祥明（1979-），男，本科，工程師、注冊安全工程師，副區長。