某煤礦供電系統SVG無功補償技術的應用

南衛國

(山西約翰芬雷華能設計工程有限公司)

現代煤礦供電電網系統中，交直流傳動設備為主要的負載設備(如采煤機、皮帶機等)，該類設備在實際運行中，存在功率因數偏低的現象，影響了煤礦供電系統的功率因數，進而加重了電能損耗。針對某煤礦供電系統存在的上述問題，本研究在分析SVG無功補償技術特點的基礎上，將其應用于該礦供電系統中。

1 礦山概況

某礦山于20世紀80年代中期建成投產，采用露天開采方式，采選規模為80～90萬t/a[1]。該礦供電系統包含了1個高壓變電站，變壓額定值為110 kV，其中包含了2個額定容納較大的電容式，用于電路無功功率補償，其補償對象為6 kV一側母線的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段。由于Ⅰ、Ⅱ段使用頻繁，為滿足電網穩定性的要求，需要安裝FC諧波補償裝置，其額定值為7.7 Mvar[2]。在FC諧波補償裝置以及電容室的共同作用下，6 kV母線段的無功補償情況見表1。通過FC諧波補償裝置，輔助以電容室，可能出現過補或欠補現象。

表1 6 kV母線段無功補償情況

2 SVG監控系統特點

煤礦供電系統中，SVG監控系統可以實現對線電壓、線電流等進行實時監測。SVG監控系統可以顯示出每小時、每天、每個月的功率因數的統計信息，并且能夠記錄供電系統中各類設備各個參數的歷史數據，同時記錄每一位用戶的操作信息，方便隨時查閱；當供電系統運行發生異常情況時，SVG監控系統可以自動發出警報，同時附帶實時繪圖工具，如果需要變更接線操作，可直接繪制出新的接線圖；SVG監控系統通過Modbus通訊協議，可實現聯網運行[3-5]。

3 SVG無功補償技術應用

3.1 SVG控制方式

應用SVG無功補償技術能夠有效控制煤礦供電系統運行，通過靜止無功發生器可有效調節自身無功電流，因而又被稱作電流直接控制，反之是間接控制。其中，電流直接控制應用最為廣泛，無需測量交流電壓基波相位和幅值，即可滿足靜止無功發生器在運行中直接對無功電流進行測量的要求，進而對無功功率進行控制。

3.2 SVG運行測試

3.2.1 測試條件

(1)供電情況。經過上一級的供電公司，35 kV變電站直接提供3條進線，1#線屬于工作進線，2#線為備用線，3#線尚未形成。在直接閉合了35 kV母線后，通過3臺主變，便可將其劃分成為2段，保持6 kV的額定值，可以直接提供電能，并且可以對其一端進行測試。

(2)負荷情況。對母線負荷情況進行測試：1臺3 600 kVA變壓器作為主井提升機，包含了12脈整流，主井電機為2 250 kW，可以實現直接傳動；1臺1 600 kVA變壓器作為副井提升機，包含了6脈整流，1臺1 000 kW電機，可以實現直接傳動，另外還有2臺主扇風機，其中1臺備用。在進行具體測試時，需要確保母線能夠正常的運行，即承重運行。其母線Ⅰ段能夠滿足供電要求。

(3)測試方法。由于諧波變化不穩定，每間隔3 ms 便可進行1次數據采集。為確保所測數據能夠反映實際情況，每1個工作循環都應進行1次數據采集，總采集次數不少于8次。本研究采樣點設置于母線I段進線位置。在投入SVG運行后，針對煤礦供電系統大功率負載情況，便可進行波形以及電能數值測試[6-8]。

3.2.2 測試結果

該煤礦在以往無功補償的前提下諧波電流測試值與標準值對比見表2。在投入SVG靜止型無功發生器之前，該礦供電系統參數見表3。

表2 諧波電流值 kVA

表3 投入SVG之前的供電系統參數%

分析表2、表3及相關測試結果可知：母線I段的11、13次的諧波電流均超出了標準值，導致其功率因素偏低；長時間閃變超出標準值2倍；無功沖擊較大。在SVG固定補償裝置正式使用之后，如果存在母線負荷偏小的現象，便可能出現無功功率過補的問題，使得系統啟動過于頻繁，影響了系統電壓穩定性[9-10]。

在SVG投入運行后，對供電電網進行測試(測試時間為2017年1月32日)，確保高次諧波的電流能夠達到標準值要求。提升6 kV母線一側的功率因數，確保可以達到0.98，無功沖擊最大值會有所降低。在投入SVG后的供電系統參數見表4。

表4 投入SVG后的供電系統參數 %

投入SVG后的三相電流波形以及電壓波形分別如圖1、圖2所示。分析圖1、圖2可知：三相電壓相對穩定，在某一時刻負載會出現變化，電流也會隨之增加，三相電壓會降低至6 kV，在負荷變小時，電壓穩定為6.2 kV。

圖1 SVG投入后的電網線電壓

圖2 SVG輸出的三相電流

圖3上方曲線為三相電流波形，下方曲線則是經過SVG無功補償后三相電流波形。可見，采用SVG可以有效進行系統無功補償。圖4為不同功率單元的電壓波形，無論是最大電壓值，還是最小電壓值均能達到800 V。

圖3 網側電流和SVG回路電流

圖4 SVG功率單元的電壓波形

4 結 語

針對某煤礦現有的無功補償裝置FC投切電容器的不足，采用SVG靜止型無功補償發生器作為新的動態無功補償裝置。實踐表明：SVG可以有效的對該礦供電系統進行動態無功補償，抑制諧波污染，提高供電系統的供電質量。