北宿煤礦6kV高壓動態(tài)無功補償裝置系統(tǒng)改造

張祥明+張昭峰

摘 要：北宿煤礦35kV變電所主接線采用雙母線結(jié)構(gòu)分列運行，6kV母線為單母線分段，兩段母線上分別安裝有兩臺2400Kvar的電容器，靠人工投入或切除來實現(xiàn)無功功率的補償。因原有電容器使用時間長、設備老化，不能實現(xiàn)動態(tài)無功補償。隨著變頻設備及大功率設備的使用，無功功率增大，功率因數(shù)較低，達不到國家規(guī)定標準（水利電力部、國家物價局文件關于頒發(fā)《功率因數(shù)調(diào)整電費辦法》水電財字第215號文件規(guī)定0.9），經(jīng)研究討論采用FC+SVG方式進行補償，即在6kV兩段母線上各裝設一套2000Kvar固定補償電容器，在6kV母線上裝設一套容量不低于4Mvar SVG動態(tài)無功補償裝置，以實現(xiàn)平滑連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)，改善了變電站的供電質(zhì)量，提高系統(tǒng)的功率因素，自動跟蹤無功補償局部控制技術上有較大的創(chuàng)新。

關鍵詞：變電所；動態(tài)；無功補償；功率因素

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.256

1 概述

北宿煤礦35kV變電所于1997年5月開始建設，1998年3月竣工，2000年4月15日正式投入使用，一回路電源線路（羅北線）來自羅廠區(qū)域220kV變電所，另一回路（南北線）來自南屯礦35KV變電所。35kV變電所主接線采用雙母線結(jié)構(gòu)分列運行，6kV母線為單母線分段，兩段母線上分別安裝有兩臺2400Kvar的電容器，靠人工投入或切除來實現(xiàn)無功功率的補償。因原有電容器使用時間長、設備老化，不能實現(xiàn)動態(tài)無功補償。

正常運行方式：35kV兩段母線分列運行。6kV母線為單母線分段，羅北線帶一段母線帶2#主變運行。南北線帶二段母線帶1#主變備用。

2 存在的問題

北宿煤礦35kV變電所的主變?nèi)萘繛橐慌_12500kVA、一臺8000kVA，運行時最大負荷可達7500kVA，最小負荷 1500kVA，采用靜態(tài)補償，人工切換。靜態(tài)補償在電網(wǎng)并聯(lián)電容器時，采取延時投切方式將電容器并聯(lián)至電網(wǎng)中，對電網(wǎng)的無功功率進行補償。這種補償方式一般通過傳統(tǒng)的專用接觸器動作，靜態(tài)補償?shù)慕佑|器具有抑制電容器涌流的作用，同時靜態(tài)補償還能防止接觸器過于頻繁動作而損壞電容器，防止電容器不停地投切導致供電系統(tǒng)振蕩。并且如果由于人工操作不及時或補償量投入不當，會出現(xiàn)欠補或過補的問題。由于系統(tǒng)補償不穩(wěn)定，導致電壓質(zhì)量也不穩(wěn)定，影響設備的正常使用。

對中壓無功補償系統(tǒng)的設備進行更換，對控制方式進行改善，將老化設備更換成較為先進的設備，將無功控制方式改造為自動無功補償方式，以確保變電站的安全運行，并改善變電站的供電質(zhì)量，提高系統(tǒng)的功率因素，顯得尤為重要。

3 無功自動補償系統(tǒng)技術改造

3.1 實現(xiàn)的技術要求

（1）裝置采用先進的全控型IGBT，開關頻率不低于500Hz。

（2）功率單元采用模塊化的結(jié)構(gòu)設計，使功率模塊結(jié)構(gòu)緊湊。

（3）每個功率模塊預留模塊測試端口，使得調(diào)試、維修方便。

（4）直流電容選用薄膜電力電容，并集成于每個功率模塊內(nèi)部。

（5）具有完善的保護功能和友好的人機界面。

（6）同時具有RS485和以太網(wǎng)接口，可遠程監(jiān)控設備運行，并記錄運行數(shù)據(jù)。

（7）冷卻方式采用強迫風冷。

（8）SVG本體采用單面維護和巡視，具備緊急停機按鈕功能。

3.2 主要技術參數(shù)

（1）功率因數(shù)補償。6kV母線進線點的功率因數(shù)值不低于0.95。

（2）輸出容量。成套裝置可實現(xiàn)總無功從-4Mvar（容性）～+8Mvar（感性）范圍內(nèi)平滑連續(xù)的快速調(diào)節(jié)。

（3）響應時間。成套裝置可動態(tài)跟蹤電網(wǎng)電壓變化及負載變化，并根據(jù)變化情況動態(tài)調(diào)節(jié)無功輸出，實現(xiàn)高功率因數(shù)運行。動態(tài)響應時間不大于5ms。

（4）過載能力。SVG應具有1.1倍過載應能連續(xù)運行，1.2倍過載運行時間不低于10秒，并提供過載能力的型式試驗報告證明。

（5）諧波特性。SVG動態(tài)補償裝置額定功率下THDi≤3%；

（6）運行效率。裝置運行過程中，SVG動態(tài)補償裝置總有功損耗不大于裝置輸出容量的1%。

3.3 確定項目配置方案

根據(jù)項目要求，以達到項目實施目的，實現(xiàn)變電站的自動無功補償方式，項目設備配置如下：

電容器：型號BFM6.6√3-100-1W，總計3000 kvar，每段1500 kvar。

進線開關：KG8-12型控制開關柜兩臺，每段一臺。

電容器投切真空開關：型號ZN12-12/630-12.5，總計6臺，每段3臺。

串聯(lián)電抗器：型號CKDG-1/6-6，總計18臺，每段各9臺。

補償控制器：型號GWk-1，一臺。

電容微機保護：型號DSB2040，8套，每段各4套。

放電線圈：型號JDZ-6，24只，每段12只。

避雷器：型號HY5WR—10/27，6只，每段3只。

電力電纜：型號YJV6000-3×50，共100米。

4 關鍵技術與創(chuàng)新點

4.1 快速響應能力

采用了先進的算法，動態(tài)補償電網(wǎng)無功功率的暫態(tài)響應時間為1ms。

4.2 高度的可靠性

具有輸出過電流、直流側(cè)過電壓、直流側(cè)欠電壓、交流側(cè)過電流、交流側(cè)過電壓、IGBT死區(qū)保護以及IGBT綜合保護等多種保護功能，確保在系統(tǒng)或設備出現(xiàn)運行異常時，可靠地使設備退出運行或保護系統(tǒng)及設備。

4.3 大容量的補償能力

做到不受限制地進行并柜擴容，使得對大容量諧波的補償成為可能，并且大大降低了成本。

4.4 簡單的操作方法和結(jié)構(gòu)

操作簡單，只需與負荷并聯(lián)入系統(tǒng)，無需進行其他的操作。內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡潔，變流器為模塊化結(jié)構(gòu)，易于安裝和維護，接入系統(tǒng)后，無需人工干預即可正常運行。

5 應用效果

（1）供電電能質(zhì)量大幅度提高，電壓穩(wěn)定，電流諧波減少。

（2）功率因數(shù)提高到0.95，系統(tǒng)供電能耗降低。

作者簡介：張祥明（1979-），男，本科，工程師、注冊安全工程師，副區(qū)長。