6kV動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在官地礦選煤廠的應(yīng)用及效果分析

丁小梅

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司官地礦選煤廠，太原 030022）

西山煤電集團(tuán)官地礦選煤廠為礦井型選煤廠，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 3.0Mt/a，電力成本成為企業(yè)生產(chǎn)成本的重要構(gòu)成要素之一。近年來，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大功率非線性負(fù)荷的不斷增多，對(duì)電網(wǎng)的沖擊和諧波污染呈不斷上升趨勢(shì)。缺乏無功調(diào)節(jié)手段造成了母線電壓隨運(yùn)行方式的變動(dòng)很大，導(dǎo)致電網(wǎng)線損增加，使得系統(tǒng)電壓合格率不高和動(dòng)篩 6kV高壓配電室的功率因數(shù)長期以來低于0.75，更低于集團(tuán)公司考核指標(biāo)0.9。這導(dǎo)致企業(yè)電費(fèi)開支每年增加約60萬元左右，嚴(yán)重影響了選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。

為了減少電力網(wǎng)中的功率損耗，節(jié)約電費(fèi)，降低生產(chǎn)成本，合理利用能源，提高經(jīng)濟(jì)效益，官地礦選煤廠在動(dòng)篩6kV高壓配電室投入使用了電容器無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，以實(shí)現(xiàn)最佳選煤效益。

1 電容器無功補(bǔ)償技術(shù)方案選擇

電力系統(tǒng)中的負(fù)載，大部分是感性負(fù)荷（如電動(dòng)機(jī)），加上系統(tǒng)中感抗很大的變壓器，從而使系統(tǒng)產(chǎn)生大量相位滯后的無功功率，因此總電流 I’將滯后于電壓一個(gè)角度φ1，是造成功率因數(shù)小的主要原因。為了提高功率因數(shù)，可以采用并聯(lián)電容器或同步補(bǔ)償機(jī)，使之產(chǎn)生相位超前的無功功率，以補(bǔ)償一部分相位滯后的無功功率。

由于并聯(lián)電容器與同步補(bǔ)償機(jī)相比，因并聯(lián)電容器無旋轉(zhuǎn)部分，具有安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便、有功損耗小及組裝靈活、擴(kuò)建方便等優(yōu)點(diǎn)，所以決定采用并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償設(shè)備。如果將并聯(lián)電容器與負(fù)載并聯(lián)（圖1），則電容器的電流IC將抵消一部分電感電流，從而使電感電流IL減小到I’L，總電流從I’減小到I，功率因數(shù)將由cosφ1提高到 cosφ，這就是并聯(lián)補(bǔ)償?shù)脑怼?/p>

圖1

1.1 確定無功補(bǔ)償容量

通過一段時(shí)間的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，將兩段負(fù)荷均確定為400kW，設(shè)備利用率為：每天設(shè)備開車時(shí)間 17.5h/每天24h=0.73。在設(shè)備有效開車時(shí)間內(nèi)平均有功功率為：400kW/0.73≈600kW，變電所正常功率因數(shù)為0.73，取0.73為下限計(jì)算值，補(bǔ)償功率因數(shù)上限取0.98。因此本配電室總需要補(bǔ)償無功功率計(jì)算如下。

考慮20%的余量，兩段分別需增設(shè)500×1.2=600 kvar。

1.2 補(bǔ)償方案

為了防止運(yùn)行電壓升高，無功補(bǔ)償裝置對(duì)用電設(shè)備過補(bǔ)償而造成無功補(bǔ)償裝置向電力系統(tǒng)倒送無功功率。本方案的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用晶閘管無觸點(diǎn)開關(guān)，通過調(diào)節(jié)磁閥電抗器的勵(lì)磁電流，來改變電抗器的感性無功輸出容量，實(shí)現(xiàn)了無功補(bǔ)償過程中無功補(bǔ)償量能自動(dòng)地根據(jù)負(fù)荷變化隨時(shí)的增減無功功率的投入量（圖2）。

圖2

2 技術(shù)特點(diǎn)

調(diào)節(jié)范圍寬，能夠在 0～100%之間調(diào)節(jié)，不存在過補(bǔ)現(xiàn)象；調(diào)節(jié)速度快，功率因數(shù)穩(wěn)定；投切過程穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象；不存在機(jī)械動(dòng)作，所以不存在油黑的現(xiàn)象，不需要頻繁換油；能動(dòng)態(tài)跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化，并根據(jù)變化情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功輸出，無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)的要求；不會(huì)引起高次諧波諧振及有危害的諧波放大；實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)檢測(cè)、遠(yuǎn)方手動(dòng)投切和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)投切，各種方式之間有可靠的閉鎖，防止發(fā)生事故，檢測(cè)、控制均可滿足完全自動(dòng)可實(shí)現(xiàn)無人值守的要求；當(dāng)各類保護(hù)動(dòng)作或監(jiān)視的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，能自動(dòng)記錄事件發(fā)生的類型、事件按順序記錄；電容器開關(guān)跳閘時(shí)，能報(bào)警并閉鎖微機(jī)控制器的無功出口；當(dāng)磁閥電抗器發(fā)生故障時(shí)，磁閥電抗器自動(dòng)調(diào)節(jié)至最小容量，并發(fā)出報(bào)警信息，但不影響電容器組的正常運(yùn)行。

3 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用效果

3.1 通過動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，有效地提高功率因數(shù)，減少電費(fèi)開支

11月5日電容器無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置正式投入運(yùn)行。表1為投入以來的功率因數(shù)統(tǒng)計(jì)表。

表1 動(dòng)篩6kV高壓配電室1#進(jìn)線功率因數(shù)統(tǒng)計(jì)表

功率因數(shù)柱狀圖分析如圖3所示。

圖3

功率因數(shù)提高后，經(jīng)濟(jì)效益顯著，計(jì)算方法如下。

1）按照集團(tuán)公司電費(fèi)考核管理辦法，功率因數(shù)低于 0.76，每月電費(fèi)增加 7%以上計(jì)算，動(dòng)篩 6kV高配每月電費(fèi)按 26萬元計(jì)算，每月增加電費(fèi)約 2萬元，每年增加電費(fèi)12×2萬元=22萬元。另外，集團(tuán)公司每季度按每月的獎(jiǎng)罰情況再進(jìn)行一次獎(jiǎng)罰，所以，動(dòng)篩6kV高配改造前因功率因數(shù)低每年共增加電費(fèi)約2×22萬元=44萬元。

2）按照集團(tuán)公司功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，改造后功率因數(shù)能達(dá)到0.93以上可減收電費(fèi)1.5%計(jì)算，動(dòng)篩6kV高壓配電室增加電容無功補(bǔ)償裝置后每年可減收電費(fèi)約10萬元左右。

3）提高功率因數(shù)還可以減少電力網(wǎng)中的功率損耗和電能損耗。由線路損失△PL=P2RL/（COS2φ×U2e）可知，當(dāng)線路額定電壓Ue和輸送的有功功率P保持恒定時(shí)，線路的損失與功率因數(shù)的平方成反比。因此功率因數(shù)提高后，供電線路的功率損耗就會(huì)減小，電費(fèi)成本也會(huì)降低。

綜上，改造后每年共可節(jié)約電費(fèi)60萬元左右。

3.2 增加系統(tǒng)的裕度，提高供電能力

提高功率因數(shù)，能增加電力系統(tǒng)變壓器、發(fā)電機(jī)的供電能力，節(jié)約電能消耗。供電設(shè)備的供電能力，是以視在功率S來表示的。由S=可知，無功補(bǔ)償裝置的增加，可以減少電網(wǎng)無功功率，若無功功率減少，同樣的設(shè)備它能供應(yīng)或傳送的有功功率就增加。充分發(fā)揮了設(shè)備的潛力，提高了電力系統(tǒng)的供電能力。

3.3 降低網(wǎng)損

在負(fù)荷的有功功率不變的條件下，提高負(fù)荷的功率因數(shù)可減少負(fù)荷的無功功率在線路和變壓器的流通，達(dá)到減少無功功率在線路和變壓器中引起的有功損耗，降低線損。

3.4 改善電能質(zhì)量

增加無功補(bǔ)償裝置在穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，減少電壓波動(dòng)，提高供電電壓質(zhì)量方面起到了明顯的作用。

官地礦選煤廠投入動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，提高功率因數(shù)效果明顯。不但減少電力網(wǎng)中的功率損耗，節(jié)約電費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本，合理利用能源，提高經(jīng)濟(jì)效益。而且實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償裝置能根據(jù)負(fù)荷情況隨時(shí)增減無功補(bǔ)償量，提高供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性、可靠性，改善了電能質(zhì)量，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。