矿井电网无功补偿改造中SVG的选型应用.pdf

Value Engineering 0 引言 随着煤矿机电设备综合机械化、 自动化程度的不断提 升， 大功率电动机和大型综采设备、 变频设备的不断投入， 大量非线性负载的冲击性和不平衡性， 致使电网无功功率 损耗逐渐增加， 设备受电端电压下降， 启动及工作电流增 大， 带来大量不必要的电能损耗， 导致煤矿电网供电质量 与稳定性下降， 电能利用率大大降低， 给安全生产带来较 大影响。 为补偿电网无功损耗， 有效提高电网功率因数， 柴里 煤矿在建井初期采用无功补偿方式为并联电容器集中补 偿的方式， 虽然这种补偿设备价格便宜， 但由于电容补偿 量固定， 虽然期间更换过电容器， 但仍不能实现系统无功 的动态补偿， 当系统内存在谐波时， 可能发生并联谐振， 放 大谐波电流。 为有效解决并联电容器补偿方式的的缺陷， 将机电设 备由自动化向智能化推进， 经调查研究决定对现有补偿方 式进行升级改造， 使用性能更为完善的动态无功补偿与谐 波治理装置 （SVG） 。 1 并联电容器补偿运行状态分析 并联电容器装置 2008 年安装， 补偿效率较低， 随着补 偿需求的增加， 各类仪表已出现超量程现象、 综合保护器 也不能根据设置的功率因数对电容器进行自动投切。 补偿 容量的不足带来的弊端更是愈加凸显， 主要体现在以下几 个方面 淤电网从远端传送无功， 费用较高； 于负荷的无功冲 击影响本地电网和上级电网的供电质量； 盂负荷的不平衡 与谐波影响电网的电能质量和稳定性。 稳定的电力系统需要足够的带载能力和电能质量， 必 须能够根据用电负荷的变化对电网进行实时的无功、 不平 衡和谐波补偿。 电力行业内无功补偿方式历经了由并联电容器至 SVC 补偿， 到目前的 SVG 补偿方式。经调查调研， 目前采 用并联电容器进行无功补偿的方式因补偿能力低下， 已逐 渐被淘汰退出市场。 随着电力电子技术的发展， 杂灾郧 补偿方式投入市场 后， 已经过多年检验， 补偿效果明显提高。 根据电网后级负 载运行方式特点及系统需求， SVG 通过内部计算，可以自 动调节输出系统所需要的容性或感性的无功功率。此时， SVG 可以理解为容量大小可以实时动态变化调节的电容 或电抗器。 2 对新投入无功补偿渊SVG冤的要求 淤要求设备响应速度快，能有效抑制电压波动及闪 变。于适应能力强， 在各种场合与各种负荷配合下不发生 谐波放大。盂占地面积小， 现柴里矿 6kV 电容器室场地已 固定， 不再另建场地。榆电压偏低与偏高时均具备较强的 自动无功补偿能力， 尤其是必须能根据柴里矿自备电厂与 上级电网之间的关系 （输送或吸收无功） ， 自动进行功率因 数调节， 以满足电业公司规定。虞能同时治理谐波与不平 衡等多种电能质量问题。 3 补偿方式的选择 通过对无功补偿生产厂家调研，对目前使用的 杂灾悦、 杂灾郧 各项性能进行对比如表 1。 在安装费用相差不大的前提下，采用性能更优 杂灾郧 补偿方式性价比较高。 4 补偿容量确定 根据柴里矿的负荷情况， 补偿容量计算如下 4.1 现场所需容性无功 所需容性无功是考虑矿自备电厂所有发电机均不工 作的情况， 所有负荷工作所需要的最大容性无功功率。 根据统计， 现场最大负荷按 18000kVA 计算， 负荷的 平均功率因数按 0.8 计算， 则将功率因数补偿到 1 （由于柴 里矿有自备电厂， 会导致现场的有功功率很低， 所以要想 达到很高的月平均功率因数， 此处必须将所有无功功率均 补偿掉来计算） 所需要的无功功率为 Q补18000伊0.8伊 （tg椎2-tg椎1） 10800kVar 矿井电网无功补偿改造中 SVG 的选型应用 Selection and Application of SVG in Reactive Power Compensation Re of Mine Power Network 宗曙光 ZONG Shu-guang曰苏亚伟 SU Ya-wei曰刘晓燕 LIU Xiao-yan （山东能源枣庄矿业集团公司柴里煤矿， 滕州 277519） （Chaili Coal Mine， Shandong Energy Zaozhuang Mining Group Co.， Ltd.， Tengzhou 277519， China） 摘要院本文主要对枣矿集团柴里煤矿现用电容器式无功补偿装置运行进行分析， 并根据运行情况进行分析计算， 提出升级选型主 要性能参数， 并对改造应用效果进行了分析总结。 Abstract This article mainly analyzes the operation of the current capacitor type reactive power compensation device in Chaili Coal Mine of Zao Mining Group, analyzes and calculates according to the operating conditions, proposes the main perance parameters of the upgrade and selection, and analyzes and summarizes the application effects of the transation. 关键词院无功补偿； SVG 选型； 应用 Key words reactive power compensation； SVG selection； application 中图分类号院TD61文献标识码院A文章编号院1006-4311 （2020） 26-0217-02 要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要 作者简介院宗曙光 （1972-） ， 男， 本科， 工程师， 现任枣矿集团柴里 煤矿机电运输科主管工程师，主要从事煤矿机电运输 管理工作； 苏亚伟 （1979-） ， 男， 本科， 工程师， 现任柴 里煤矿机电运输科电气工程师，主要从事井下电气管 理工作。 217 价值工程 设备名称SVCSVG 补偿原理 占地面积 补偿效果 响应速度 设备自身谐波发生量 闪变治理 三相不平衡 损耗 后期维护费用 设备稳定性 其他特点 晶闸管阀组控制相控电抗器 大 线性调节， 可达 0耀1 （容性） 10ms 左右 FC 部分可滤波， 但 TCR 工作时会产生谐波 最大 2 1 治理效果好 2.5耀4之间 运行费用低 SVC 运行使用 20 多年， 运行稳定可靠性是得到充分验证。 适合于 6耀66kV 电网， 补偿容量小的场合不适合应用。 自动无功及谐波发生器 小 线性调节， 比 SVC 范围宽， 可从-1 （感性） 耀1 （容性） 5ms 在不需要滤波时， 基本无谐波输出 可达 5 1， 容量增加还可增加抑制效果 治理效果好 平均损耗约为 1 运行费用低 SVG 运行使用有近 员园 年时间， SVG 的可靠性也在实践中得到证实。 目前的技术， 可以直接接入 35kV 及以下的系统， 适用于风电、 光伏 发电、 冶金、 电网、 煤矿等所有行业。尤其在风电、 光伏应用广泛。 表 1 其中， 椎2和 椎1为补偿前后的电角度。 4.2 现场所需感性无功 现场所需感性无功是考虑所有自备电厂发电机均工 作， 且负荷均不工作的工况下， 补偿所有发电机发出的容 性无功功率所需要的感性无功功率。 3 台发电机工作的总功率按 20000kW （2 台 5000kW， 1 台 10000kW） 计算， 自然功率因数按 0.85 考虑， 则发电机 发出的总的容性无功功率为 12395kVar， 即补偿发电机工 作时所需要的感性无功功率为 12395kVar。 根据以上计算， 取二者中的大值即 12395kVar， 同时 考虑留有一定补偿容量，计划在每段 6kV 母线上安装一 套容量为 6.2Mvar 的 SVG，单套设备可实现-6.2Mvar（感 性） 6.2Mvar （容性） 之间无功功率的实时连续平滑调节。 根据以上计算，计划在 35kV 变电所 6kV 两段母线各 安装一套无功补偿装置 （6kV 5.3Mvar SVG） 。 以 6kV 电网的 功率因数或 6kV 母线平均电压作为控制器运行工作目标， 工作目标可以根据电网运行随时调整设置，并根据设置的 目标电压或目标功率因数， 实时动态跟踪电网参数的变化， 并根据参数变化情况，装置动态调节系统所需要补偿的功 率。因两套 SVG 设备对两段母线都采用双点采样， 因此可 实现电网按设置的高功率因数运行， 实现智能补偿。 5 改造后的效果 淤运行方式方面每段各安装 1 套 SVG， 2 套 SVG 能 够兼顾到各自运行情况下的正常补偿， 不会因为运行方式 的改变而影响系统的正常补偿。 于数据采样方面每套 SVG 均获取信号 6kV 本侧、 他侧进线 （1 进线、 2 进线） 电流采样信号， 并可以根据变 压器运行情况自动识别并内部切换采样以便适应变压器 运行变化； 6kV 本侧进线电压采样信号； 6kV 母联状态信 号； 他机运行状态信号； 6kV 本侧馈电柜开关状态信号； 本 机 RS485 通讯信号至监控室工控机。 盂目标调整方面可对计量点功率因数目标调整， 设 定目标功率因数、 目标电压， 实现自动运行。 通过综合目标 电压、 目标功率因数自动均衡实现 6kV 线路损耗最小， 同 时保证 6kV 电压运行在安全区域； 可以满足现场各进线、 各母联切换下的各种运行方式要求，实现在线平滑过渡， 并进行自动处理， 不需要人工特殊干预。 榆经济效益方面 功率因数是上级电力考核部门对我 矿考核的主要参数， 目前每月平均罚款约 10 万， 最高月达 19 万， 两段母线安装 SVG 后， 6kV 电网的功率因由现在的 平均 0.85， 最低时 0.76， 安装后可提升到平均 0.95 以上， 在电厂正常发电情况下， 可大大降低或避免上级部门对我 矿的用电损耗罚款。 虞安全性能方面 该装置设备响应速度快， 在用电负 荷发生较大变化时， 能有效抑制由此带来的电网电压波动 及闪变， 提高电网运行稳定性， 保障后级用电设备正常运 行， 减少由此带来的对设备、 线路的伤害， 降低设备事故率 及维修费用。 愚适应能力方面 SVG 设备适应能力强，目前矿井下 采煤使用大功率电机， 地面各厂房设备也增加较多， 该设 备能适应我矿负荷增大后对电网的稳定性需求， 起到稳定 电压作用。 舆设备结构方面 装置占地面积小， 现 6kV 电容器室 场地已固定， 空间较小， 没有条件再另外建设专用设备室， 只有利用现有电容器室，撤除旧电容器后安装新设备， 不 需要再建筑新厂房。 余与电厂配合方面 我矿供电网络复杂， 既有上级杜 柴线、 欢柴线、 富源线， 又有内部发电厂， 矿内发电厂即可 能向网络发送无功， 也可能从网络吸收无功， 在多种复杂 条件下， 必须及时自动的对电网进行调节， 以满足电业公 司考核要求。 俞谐波治理方面 设备在多种场合与各种负荷配合下 不发生谐波放大，可有效避免因谐波放大而发生谐振， 净 化电网环境， 滤除电网 “垃圾” ， 能同时治理谐波与不平衡 等多种电能质量问题， 提高电能质量， 满足用电设备需求。 6 结论 由于 SVG 能够根据负荷性质大小从电网中连续吸收 或输送无功功率， 并可实现实时调节。有效提高电网有功 与无功之间的平衡能力， 根据设置的电压目标进行系统稳 定， 使用户追求的电能质量和可靠性得到保障， 经过多年 现场使用改进提升， SVG 型动态无功补偿装置目前已成为 煤矿无功补偿的主流， 目前以电力电子元器件为核心的大 功率电气设备在煤矿生产系统中陆续推广应用， 煤矿机电 设备的自动化、 智能化水平也将得到更大提升。 参考文献院 [1]葛维春.电网电压稳定性与动态无功补偿[M].科学出版社， 2018. [2]王兆安， 杨君， 刘进军， 王跃.谐波抑制和无功功率补偿[M]. 机械工业出版社， 2006. [3]张利生.电网无功控制与无功补偿[M].中国电力出版社， 2012. 218