無功自動補償技術在楊村煤礦35kV 變電所中的應用

崔培賢 王 晶

（兗礦集團有限公司楊村煤礦 山東 濟寧 272118）

0 概述

楊村煤礦35kV 變電所有兩臺主變壓器，運行方式為一臺運行一臺備用，主變一次側35kV，二次側6kV。 6kV 中壓系統分為兩段母線，采用并列運行的方式。 原系統的無功補償采用高壓集中補償的方式，補償方式為靜態補償，由變電所值班員根據礦井負荷變化情況及功率因數人工進行投切。

1 原無功補償存在的問題

35kV 變電所運行時最大負荷可達4500kVA， 最小負荷1000kVA，負荷晝夜變化大，當節假日或井下停產檢修時負荷更小，電容器的投入需要隨時變化。 原系統電容器的投切完全由人工操作， 負荷變化大導致對電容器的操作較為頻繁。兩段補償裝置原來全部為靜態補償方式，需要變電所值班員根據礦井負荷量人工進行投切，對操作人員人身安全極為不利。

2 無功自動補償系統技術改造

2.1 確定電容器補償容量

按照變壓器容量8000kVA 對兩段母線的電容器補償容量進行設計，并結合其補償容量對功率因素的影響，將兩段母線的容量設計為每段1500 kVar。

2.2 選擇電容器的補償方式

系統采用集中補償分組自動投切方式，部分電容器容量固定， 其他容量分三組進行自動投切。 將每段母線的1500 kVar 電容器可分為四部分如下：

a)固定補償部分：600kVar

b)第一自動投切部分：300kVar

c)第二自動投切部分：300kVar

d)第三自動投切部分：300kVar

2.3 功率因素的調節研究分析

根據變電所實測數據，最大負荷為4500kVA 時，而功率因素大約為0.87，這時的補償容量為900kVar，由此可得：

S=4500kVA QC=900kVar

cos?=0.89

P=S cos?=4500×0.89=4005kW

Q=2050kVar

Ql=Q+QC=2050+900=2950kVar

當三組電容器全部投切時，負荷仍為最大，有功負荷則保持P=4005kW 不變，而電容器無功QC=1500kVar。整套無功Q=Ql-QC=2950-1500=1450kVar，計算可得cos?=0.95。

由此可見，即使負荷達到最大負荷時，三組電容器完全投入，功率因素仍然可以得到明顯的提高。

在未達到最大負荷時， 可通過自動投切電容器容量，使功率因素達到要求的范圍之內 （可設定為0.92～0.97 之間），并且通過自動調節電容器容量來調節母線電壓的大小，從而起到改善供電質量及調節功率因素的目的。

2.4 項目所達到的目的

裝置調節控制的原則：保證供電電壓在允許變動范圍內的前提下，充分調節控制裝置的無功補償功能；有效的減少電容器的投切次數，實現電網無功功率就地平衡，降低電網損耗，提高電壓合格率。

3 關鍵技術與創新點

3.1 占地面積小、安裝施工簡單

把電容器分成多組，減小了整套裝置的占地面積。

3.2 模塊式電容器投切專用真空開關

電容器投切專用開關采用模塊式結構設計，體積小可任意組合，能在1.2×1.2 平米的柜底安裝5 臺，開關的滅弧室采用真空斷路器滅弧室， 能長期承受投電容器時涌流的沖擊，操作機構設計可靠動作壽命為2 萬次。

3.3 每組電容實現微機保護

對各分組電容器都裝有過電壓、過電流和三相不平衡電壓的微機保護，能及時發現電容器的內部故障，有效防止電容器內部故障的擴大，杜絕電容器由內部故障狀態發展到事故狀態，保證電容器組的安全運行。

3.4 “四遙”功能，任意連接通信

具有RS-232，RS-485 通信接口， 可接入變電所綜合自動化系統或調度自動化系統，實現“四遙”功能。

4 應用效果

無功自動補償系統改造后，達到了以下主要應用效果：

4.1 提高功率因數能有效的提高線路輸送能力

線路負荷一定時，功率因數的降低，線路中的無功電流就會增大；功率因數升高，線路中的無功電流就會減小。 功率因素的提高，有效的提高了線路的輸送能力。

4.2 提高功率因數能有效的降低變壓器損耗

變壓器正常運行時的損耗取決于變壓器變送無功功率的大小。 系統功率因數低，變壓器變送的無功功率大損耗就大，系統功率因數高，變壓器變送的無功功率小損耗就小。

4.3 提高功率因數能有效的提高變壓器變送能力

變壓器初次級線圈的額定電流是一定的，無功電流通過的多了，有功電流通過的就少，功率因素的提高可大大增加有功電流的值，可有效地提高變壓器的變送能力。

4.4 提高了電能的利用效率，節電效果顯著

無功補償容量Q 值即無功功率的減少值，由此引起線路損耗的減少量可用無功經濟當量KQ 來計算：

△W=QKQT

式中：△W——年節電量(kW·h)；

T——電容器組年利用小時數， 一班制企業一般取2600小時，二班制企業取4800 小時，三班制企業取6600 小時；

Q——無功補償容量的減少值＝現電容補償容量－原有電容補償容量＝1500－900＝600kVar；

KQ——無功經濟當量(kW/kVar)，一般選KQ=0.04～0.08，根據楊村礦現有情況，估算為0.05。

則每年可節約用電△W=QKQh=600×0.05×6600=198000kW·h；

若按每度電0.52 元計算，則每年節約電費開支198000×0.5=102960 元。

4.5 安全效益

無功補償實現自動投切，減少因人為操作開關而引起的誤操作，保證了操作人員的人身安全，同時提高了補償精度，確保了設備的安全運行。 自動投切方式使用以及電容無功容量的增加，提高了系統的功率因素，大大改善變電所的供電質量，延長了設備使用的壽命，提高了電能的利用率。

4.6 綜合比較

目前，無功補償的方式主要有高壓集中補償、低壓集中補償和低壓分散補償幾種方式。 對于負荷相對分散的工礦企業而言，高壓集中補償是最簡便易行的方式，也是目前采用的最多的方式。 該補償裝置采用高壓集中補償，提供了四種控制方式，具有完善的測量、顯示與保護閉鎖功能，提高了裝置運行的可靠性。 裝置中所選用的電容器、控制器、斷路器、電抗器、放電線圈、保護單元等具有較好的性能要求，可充分滿足系統補償變化的需求。

［1］張學成，主編.工礦企業供電[M].徐州：中國礦業大學出版社，2006.

［2］張運波，劉淑榮.工廠電氣控制技術[M].廣東：高等教育出版社，2007.

［3］王子午，陳昌.10kV 及以下供配電設計與安裝圖集[M].北京：煤炭工業出版社，2001.

［4］孫國凱，霍利民，柴玉華，主編.電力系統繼電保護原理[M].北京：中國水利水電出版社，2002.

［5］本書編委會.最新電網諧波治理與電力無功補償裝置及濾波器選型設計制造新技術新工藝標準手冊[M].北京：中國電力工業出版社，2010.

［6］王合貞.高壓并聯電容器無功補償實用技術[M].北京：中國電力出版社，2006.