礦井諧波治理過程

摘要:由于現代電力電子技術的飛速發展，電子電力器件的非線性特性給電力變換與控制帶來了方便，但也給電力系統帶來諧波污染。2008年6月9日至6月13日，國投新集能源股份有限公司劉莊礦動補系統發生異常情況，在此幾天內，因系統產生的二次諧波和電容器容值下降，導致整個電能質量產生變化，有37只電容器損壞(有三種情況:容質下降、容質上升、電容器被擊穿)。在公司、礦以及機電部門的高度重視下，對動補系統進行分析、研究，想辦法解決電能質量問題，先后有幾家單位對此測試與分析，具體情況如下。

關鍵詞:電容器 諧波 電能質量

1 用戶的供電情況

國投新集集團劉莊煤礦110kV變電所由上級變電站提供的兩段110kV母線供電，經3臺主變(3#主變容量40MVA、1#、2#主變容量20MVA)降為3段10kV母線為該公司下級負荷供電。3臺主變互為冷備;本次測試時是3#主變投入使用，3段10kV母線間母聯開關閉合。供電方式為單母線供電。本次測試點位置為10kV母線。

2 負荷情況

國投新集集團劉莊煤礦10kV母線上主要負荷為主副井提升機;測試時負荷都正常運行;10kV母線上有SVC一套，測試時正常投運。

3 諧波來源分析

3.1 中國礦大專家對電容器損壞解析 2008年6月14日，電氣安全與智能電器研究所人員來礦對此事進行分析與研究，沒有對電能質量進行測量，只分析電容器損壞原因與初步解決方案:①電網中的過電壓;②諧波對電容的影響;③差流保護失靈(合肥設計院設計電氣接線圖錯誤)。

3.2 NOKIAN 濟南技術服務中心對諧波數據進行分析

2008年6月19日， NOKIAN 濟南技術服務中心對劉莊礦諧波數據進行分析，當時由1#、2#主變分列運行帶全礦負荷，SVC動補系統投入三次、四次、五次濾波通道，因當時供電狀況，動補系統(SVC)無法退出運行進行測試。因此，只能在動補系統運行情況下，對劉莊礦變電所諧波數據進行測試，此次測試二個測量點(2#主變低壓側、主井柜)，分別對2#主變低壓側、主井開關柜進行測試，其分析:在測量2#主變低壓側這個測量點時:2次諧波達到35A，7次為13A、11次為16A、13次為13A;在測量主井柜這個測量點時(動補投入運行):2次諧波達到40A，7次為13A、11次為40A、13次為30A;從數據分析來看，2次、11次、13次諧波較大，電壓畸變率超出國標4%，確定劉莊礦的諧波源來自變頻主井提升機，同時分析其110KV電源側電網質量很好。

3.3 9月13日，動補廠家:遼寧鞍山榮信公司技術人員再次到礦進行測試，測試情況如下:

3.3.1 執行標準

3.3.2 測試方法

諧波測試時間間隔為3秒鐘，采樣時間不小于8個工作循環。

諧波測試時段為:

2008年09月14日11:10 至09月15日11:10

電壓信號取自10kV母線PT二次側，電流信號取自10kV母線CT二次側。

3.3.3 測試點位置:10kV母線進線柜。

3.3.4 測試儀器:FLUKE1760型諧波分析儀。

4 治理過程

4.1 更換電容器 6月20日，與動補廠家簽訂協議，更換現有丹東電容器換面庫柏電容器，電容器協議中要求在2008年10月底到位。

7月8日至7月15日，動補廠家維護技術人員來礦對其動補系統進行濾波電抗器間距改造(H5、H7、H11次濾波通道)。8月3日，所有濾波通道投入運行。

4.2 3#主變投入運行 7月14日，劉莊礦3#主變投入運行，其主變運行方式:3#主變帶10KV II、III段，與1#主變分列運行，動補系統電流采樣更改至3#主變低壓側開關柜。

4.3 主井供電改造 9月底，主井供電改造工程完工;由原來的三路進線增加到5路。

5 最終測試結論

10月電容器更換后， 110KV變電所主變已由原20000KVA已經換成40000KVA變壓器，系統最大與最小短路容量發生變化，在更換庫柏電容器完畢后，對動補系統進行調試;2009年1月8日—至1月10日，動補廠家技術人員再次到礦進行測試，分別對10Kv母排和主井302柜進行測試。

5.1 對10Kv母排測試

5.1.1 用戶的供電情況 國投新集劉莊煤礦110kV變電所由2路110kV母線供電，經3臺主變(主變容量均為40MVA)降至10kV為國投新集劉莊煤礦3段母線供電。測試時1#、2#主變未投入，10kVI段、Ⅱ段和Ⅲ段之間母聯開關閉合。供電方式:單母線供電。本次測試點為10kV母線Ⅲ段。

5.1.2 負荷情況 所測母線所帶負荷情況:主提升機和副提升機;測試時負荷的工作情況:主提升機和副提升機最大負荷運行(額定載重:40噸，最大提升載重:36噸);測試母線上裝有我公司生產的SVC補償裝置，補償容量為24MVar。

5.1.3 測量說明 測試目的:國投新集劉莊煤礦原有電容器為丹東欣泰，現全部更換為上海庫柏，為了考核電容器更換后SVC的工作情況，特進行本次電能質量測試。

5.1.4 測量結論 測試結果以95%概率大值作為判斷合格與否的依據。(95%概率大值指將測試值由大到小次序排列，舍去前5%的大值，取剩余實測值中的最大值)

各次諧波電流均符合國家標準。

其他各項電能質量指標

功率因數:平均功率因數約為0.96。

最大無功沖擊:8.39Mvar。

結論:經過測試，國投新集劉莊煤礦110kV變電所10kV母線各項電能指標均符合國家標準。

5.2 對302主井柜測試

5.2.1 供電方式情況 國投新集劉莊煤礦110kV變電所由2路110kV母線供電，經3臺主變(主變容量均為40MVA)降至10kV為國投新集劉莊煤礦3段母線供電，測試時1、2號主變未投入，10kVI段、Ⅱ段和Ⅲ段母線間母聯開關閉合。供電方式:單母線供電。本次測試點為10kV母線Ⅲ段所帶的主提升機支路。

5.2.2 負荷情況 測量線路所帶負荷情況:主提升機;測試時負荷的工作情況:主提升機最大負荷運行(額定載重:40噸，最大提升載重:36噸);主井提升機支路上沒有補償裝置。

5.2.3 測量結論 測試結果以95%概率大值作為判斷合格與否的依據。(95%概率大值指將測試值由大到小次序排列，舍去前5%的大值，取剩余實測值中的最大值)

10、11、12、13、14、22、23、24、25次諧波電流超標，諧波電流值與國標值比較如下表所示:

其他各項電能質量指標

功率因數:平均功率因數約為0.4。

最大無功沖擊:11.50Mvar。

結論:經過測試，國投新集劉莊煤礦110kV變電所主井提升機支路10、11、12、13、14、22、23、24、25次諧波電流超標，電壓短時閃變和長時閃變超出國家標準，其他各項電能指標均符合國家標準。

6 結論

經過測試，國投新集劉莊煤礦110kV變電所10kV母線各項電能指標均符合國家標準。

參考文獻:

[1]GB/T 14549-93.《電能質量 公用電網諧波》.

[2]GB 12326-2000.《電能質量 電壓波動和閃變》.

[3]GB 12325-90.《電能質量 供電電壓允許偏差》.

[4]GB/T 15543-1995.《電能質量 三相電壓允許不平衡度》.