靜態(tài)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置在平煤股份二礦三水平進(jìn)風(fēng)井的應(yīng)用

陳成偉，寶常青

中國(guó)平煤神馬集團(tuán)建工集團(tuán)建井一處，河南平頂山 467000

靜態(tài)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置在平煤股份二礦三水平進(jìn)風(fēng)井的應(yīng)用

陳成偉，寶常青

中國(guó)平煤神馬集團(tuán)建工集團(tuán)建井一處，河南平頂山 467000

本文結(jié)合6kV MCR型SVC靜態(tài)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置在平煤股份二礦三水平進(jìn)風(fēng)井的成功應(yīng)用。通過(guò)影響功率因數(shù)的主要因素、補(bǔ)償方案的選擇、磁控電抗器補(bǔ)償原理、補(bǔ)償裝置性能、補(bǔ)償裝置的優(yōu)點(diǎn)、應(yīng)用情況及效益對(duì)高壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。

靜態(tài)；無(wú)功；自動(dòng)補(bǔ)償；應(yīng)用

《煤礦安全規(guī)程》中要求,礦井用電負(fù)荷的功率因數(shù)(包括主變壓器在內(nèi))在變電所一相母線上應(yīng)達(dá)到0.9以上。而中國(guó)平煤神馬集團(tuán)二礦（以下簡(jiǎn)稱(chēng)二礦）三水平進(jìn)風(fēng)井設(shè)有6kV變電所雖然安裝了靜態(tài)固定式電容補(bǔ)償柜，但是用電負(fù)荷的功率因數(shù)確未達(dá)到要求。通過(guò)技術(shù)改造把原有的固定式補(bǔ)償柜改造成SVC靜態(tài)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置。改造后功率因數(shù)有了明顯的提高，同時(shí)節(jié)約了大量的電力能源，得到了明顯的效果。

1 影響功率因數(shù)的主要因素

一般系統(tǒng)負(fù)荷的功率因數(shù)約為0.6～0.9。當(dāng)系統(tǒng)頻率一定時(shí)，負(fù)荷功率（包括有功和無(wú)功功率）隨電壓而變化的關(guān)系稱(chēng)為負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性。由于電力系統(tǒng)的負(fù)荷中異步電動(dòng)機(jī)占較大的比重，而且，異步電動(dòng)機(jī)消耗無(wú)功功率較多，可以說(shuō)，系統(tǒng)中大量的無(wú)功負(fù)荷是異步電動(dòng)機(jī)，因此，電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的無(wú)功-電壓特性曲線的特點(diǎn)是（如圖1所示）：

圖1

從圖1可以看出，系統(tǒng)綜合負(fù)荷的無(wú)功電壓特性曲線的特點(diǎn)是：以負(fù)荷的無(wú)功功率又與其端電壓直接相關(guān)。隨端電壓的升高負(fù)荷的無(wú)功功率增加，端電壓降低負(fù)荷無(wú)功功率則減小。當(dāng)電壓略低于額定值時(shí)，無(wú)功功率隨電壓下降較為明顯；當(dāng)電壓下降幅度較大時(shí)，無(wú)功功率減小的程度逐漸變小。

從現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看影響功率因數(shù)不穩(wěn)定的因素主要有：

1）負(fù)荷為交流傳動(dòng)設(shè)備。如主提升絞車(chē)、通風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)及動(dòng)力設(shè)施采用交流傳動(dòng)設(shè)備。絞車(chē)屬重載起動(dòng)，無(wú)功沖擊較大，并伴隨大量整數(shù)倍和非整數(shù)倍的諧波電流產(chǎn)生，功率因數(shù)低，電壓波動(dòng)大，給電網(wǎng)供電產(chǎn)生如下問(wèn)題：無(wú)功沖擊引起的電壓波動(dòng)。諧波電流流入系統(tǒng)使用電設(shè)備發(fā)熱，設(shè)備運(yùn)行可靠性降低。功率因數(shù)低，加大生產(chǎn)成本；

2）供電電壓的影響 當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無(wú)功功率將增長(zhǎng)很快，據(jù)分析統(tǒng)計(jì)，供電電壓為額定值的110%時(shí)，無(wú)功功率將增加35%左右。而供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)功功率反而相喧減少而使功率因數(shù)有所提高。

2 補(bǔ)償方案的選擇

1）要想得到理想的補(bǔ)償效果，首先要確定合理的補(bǔ)償方式。目前常見(jiàn)的補(bǔ)償方法有傳統(tǒng)的固定式電容器組人工插拔熔斷器控制補(bǔ)償容量法;單臺(tái)設(shè)備隨機(jī)就地電容補(bǔ)償法和集中電容器自動(dòng)補(bǔ)償法。其中傳統(tǒng)補(bǔ)償方法簡(jiǎn)單，但補(bǔ)償精度低，危險(xiǎn)性大，易造成在用電低谷時(shí)過(guò)補(bǔ)，以及在用電設(shè)備發(fā)生變更時(shí)電容器組與系統(tǒng)不再匹配，并可能抬高電網(wǎng)電壓至危險(xiǎn)值，受人為因素影響太多；

2）根據(jù)提升機(jī)動(dòng)作速度較快，并且動(dòng)作周期較短這一原因，我們選用MCR型SVC靜態(tài)無(wú)功自動(dòng)償裝置是利用磁控電抗器來(lái)解決了此問(wèn)題。MCR型SVC靜態(tài)無(wú)功自動(dòng)償設(shè)備動(dòng)作時(shí)間小于20ms，完全可以滿足提升機(jī)的補(bǔ)償速度。補(bǔ)償容量為常態(tài)容量80%即可將功率因數(shù)提升至0.9以上，它將固定補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M分成若干組，可根據(jù)系統(tǒng)無(wú)功功率、功率因數(shù)以及電網(wǎng)電壓高低自動(dòng)投切一定數(shù)量的電容器組。

3 磁控電抗器補(bǔ)償原理

1）高壓無(wú)功快速無(wú)級(jí)自動(dòng)補(bǔ)償成套裝置采用固定電容器配合磁控式電抗器的方式，當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功過(guò)剩時(shí)，固定補(bǔ)償電容器發(fā)出的容性無(wú)功由電抗器吸收；當(dāng)缺乏無(wú)功時(shí)，電抗器容量減小，由補(bǔ)償電容提供容性無(wú)功。磁控式電抗器控制裝置實(shí)時(shí)測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)和母線電壓，并調(diào)整電抗器的輸出容量，使系統(tǒng)在保證母線電壓合格的條件下，無(wú)功最小

2）磁控電抗器特點(diǎn)

MCR型磁控電抗器是通過(guò)直流偏磁改變鐵芯電抗器鐵芯的磁導(dǎo)率來(lái)實(shí)現(xiàn)電感可調(diào)的，它與固定電容器配合、自動(dòng)控制器等構(gòu)成動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償容量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，使無(wú)功補(bǔ)償效果達(dá)到最佳。

提高電網(wǎng)功率因數(shù)，可以使功率因數(shù)達(dá)到0.9～0.99的要求；并降低網(wǎng)損和無(wú)功損耗，節(jié)能省電，適用于電力系統(tǒng)龐大網(wǎng)損非常嚴(yán)重的用戶。

消除諧波污染，提高電網(wǎng)系統(tǒng)安全系數(shù)，提高電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定能力和輸電線傳輸能力。

穩(wěn)定端點(diǎn)電壓，提高變壓器與輸電線以及其他電器設(shè)備的壽命。

4 該補(bǔ)償裝置性能

1）耐受短路電流能力；

2）主回路中的電器設(shè)備，連接線及機(jī)械結(jié)構(gòu)在耐受短路電流和電容器內(nèi)部極間短路放電電流的作用而不產(chǎn)生熱的和機(jī)械的損傷及明顯變形；

3）過(guò)負(fù)荷能力；

4）穩(wěn)態(tài)過(guò)電流：裝置能在方均根據(jù)值不超過(guò)1.1*1.30In的電流連續(xù)運(yùn)行；

5）裝置能將投入電容器組時(shí)產(chǎn)生的涌流限制在電容器組允許范圍內(nèi)；

6）穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓：裝置的連續(xù)運(yùn)行電壓為1.05UN下表現(xiàn)規(guī)定的穩(wěn)態(tài)電壓下運(yùn)行相應(yīng)的時(shí)間。

工頻過(guò)電壓 最大持續(xù)時(shí)間 說(shuō)明1.10UN 長(zhǎng)期 指長(zhǎng)期工作電壓的最高值不超過(guò)1.1倍1.15UN 30min 系統(tǒng)電壓的調(diào)整和波動(dòng)1.20UN 5min 輕載荷時(shí)電壓升高1.30UN 1min 輕載荷時(shí)電壓升高

5 SVC靜態(tài)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的優(yōu)點(diǎn)

提高電壓質(zhì)量；電壓質(zhì)量的好壞直接關(guān)系電氣設(shè)備的安全運(yùn)行.提升機(jī)直流系統(tǒng)向電網(wǎng)注入諧波電流,使電壓正弦波形發(fā)生畸變,并引起晶閘管電路觸發(fā)不同步,電動(dòng)機(jī)力矩不穩(wěn),電網(wǎng)諧振等事故，提升機(jī)等大功率負(fù)載頻繁起動(dòng),無(wú)功沖擊導(dǎo)致電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動(dòng),對(duì)井上下電器設(shè)備產(chǎn)生干擾。減少損耗，提高變壓器利用率；

在未投動(dòng)補(bǔ)濾波裝置時(shí)，電網(wǎng)自然功率因數(shù)很低，負(fù)載所需的有功功率和無(wú)功功率均由電網(wǎng)提供，使變壓器和電網(wǎng)線路的損耗增加，同時(shí)帶負(fù)荷能力降低。投入動(dòng)補(bǔ)濾波裝置后，電網(wǎng)和主變壓器僅傳輸有功功率，可提高效率，減少損耗。

調(diào)控運(yùn)行，防止過(guò)補(bǔ)；以往在地面變電所設(shè)計(jì)中，通常在6kV母線并接電容器組，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行固定式補(bǔ)償。由于提升機(jī)為短時(shí)循環(huán)工作制的負(fù)載，一個(gè)提升機(jī)循環(huán)分為加速、等速、減速和休止幾個(gè)工作狀態(tài)，各階段所需功率均不同，而電容器組只能輸出恒定無(wú)功功率，造成有時(shí)無(wú)功不夠，有時(shí)過(guò)補(bǔ)現(xiàn)象。采用TCR 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可根據(jù)負(fù)載無(wú)功的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使電網(wǎng)始終處于最佳狀態(tài)。

6 應(yīng)用情況及效益分析

年功率因數(shù)節(jié)省電費(fèi)根據(jù)近3個(gè)月電費(fèi)清單計(jì)算，變電所月平均電量66.2559萬(wàn)kW·h。變電所的變壓器總安裝容量為2 640kVA，有功電度單價(jià)為0.67536元/kW·h。為此變電所月電量電費(fèi)為：月電量電費(fèi)=有功電度電價(jià)×月平均電量=0.67536元/kW·h×66.2559萬(wàn)kW·h=44.746584萬(wàn)元，煤礦變電所功率因數(shù)按0.59計(jì)，按規(guī)定無(wú)功功率調(diào)整費(fèi)率（即無(wú)功罰款率）為5%。故每月功率因數(shù)調(diào)整費(fèi)用為：月功率因數(shù)調(diào)整費(fèi)用=月電量電費(fèi)×無(wú)功調(diào)整費(fèi)率=571 696.6×5%=2 8584.83元。磁控電抗器型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)后，功率因數(shù)達(dá)0.94以上，獎(jiǎng)勵(lì)率為0.75%，故每月獎(jiǎng)勵(lì)為：月功率因數(shù)獎(jiǎng)勵(lì)費(fèi)用=月電量電費(fèi)×功率因數(shù)獎(jiǎng)勵(lì)率=571 696.6×0.75%=42 877.25元。

因此每月可節(jié)省該項(xiàng)電費(fèi)為：月功率因數(shù)節(jié)省電費(fèi)=月功率因數(shù)調(diào)整費(fèi)用+月功率因數(shù)獎(jiǎng)勵(lì)費(fèi)用=71 462.08元每年可節(jié)省該項(xiàng)電費(fèi)為：年功率因數(shù)節(jié)省電費(fèi)=月功率因數(shù)節(jié)省電費(fèi)×12月=857 544.96元

7 結(jié)論

經(jīng)過(guò)使用，改造裝置自動(dòng)化水平高，補(bǔ)償效果滿意，補(bǔ)償后功率因數(shù)達(dá)到0.90以上。系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，諧波引起的電纜和電機(jī)發(fā)熱等問(wèn)題得到有效解決，從而增加了變壓器和輸、配電線路的有效容量，提高了設(shè)備的運(yùn)行可靠性，減少了設(shè)備維護(hù)周期和運(yùn)行成本，減少了功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的支出，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，在二礦三水平進(jìn)風(fēng)井變電所系統(tǒng)中，達(dá)到了預(yù)期的效果。

[1]孫國(guó)蘭.煤礦電工學(xué).中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008.

[2]王合貞.高壓并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù).中國(guó)電力出版社，2006.

O657.32

A

1674-6708（2011）52-0094-02