某煤礦供電系統(tǒng)SVG無功補償技術的應用

南衛(wèi)國

(山西約翰芬雷華能設計工程有限公司)

現(xiàn)代煤礦供電電網(wǎng)系統(tǒng)中，交直流傳動設備為主要的負載設備(如采煤機、皮帶機等)，該類設備在實際運行中，存在功率因數(shù)偏低的現(xiàn)象，影響了煤礦供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，進而加重了電能損耗。針對某煤礦供電系統(tǒng)存在的上述問題，本研究在分析SVG無功補償技術特點的基礎上，將其應用于該礦供電系統(tǒng)中。

1 礦山概況

某礦山于20世紀80年代中期建成投產，采用露天開采方式，采選規(guī)模為80～90萬t/a[1]。該礦供電系統(tǒng)包含了1個高壓變電站，變壓額定值為110 kV，其中包含了2個額定容納較大的電容式，用于電路無功功率補償，其補償對象為6 kV一側母線的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段。由于Ⅰ、Ⅱ段使用頻繁，為滿足電網(wǎng)穩(wěn)定性的要求，需要安裝FC諧波補償裝置，其額定值為7.7 Mvar[2]。在FC諧波補償裝置以及電容室的共同作用下，6 kV母線段的無功補償情況見表1。通過FC諧波補償裝置，輔助以電容室，可能出現(xiàn)過補或欠補現(xiàn)象。

表1 6 kV母線段無功補償情況

2 SVG監(jiān)控系統(tǒng)特點

煤礦供電系統(tǒng)中，SVG監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對線電壓、線電流等進行實時監(jiān)測。SVG監(jiān)控系統(tǒng)可以顯示出每小時、每天、每個月的功率因數(shù)的統(tǒng)計信息，并且能夠記錄供電系統(tǒng)中各類設備各個參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，同時記錄每一位用戶的操作信息，方便隨時查閱；當供電系統(tǒng)運行發(fā)生異常情況時，SVG監(jiān)控系統(tǒng)可以自動發(fā)出警報，同時附帶實時繪圖工具，如果需要變更接線操作，可直接繪制出新的接線圖；SVG監(jiān)控系統(tǒng)通過Modbus通訊協(xié)議，可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運行[3-5]。

3 SVG無功補償技術應用

3.1 SVG控制方式

應用SVG無功補償技術能夠有效控制煤礦供電系統(tǒng)運行，通過靜止無功發(fā)生器可有效調節(jié)自身無功電流，因而又被稱作電流直接控制，反之是間接控制。其中，電流直接控制應用最為廣泛，無需測量交流電壓基波相位和幅值，即可滿足靜止無功發(fā)生器在運行中直接對無功電流進行測量的要求，進而對無功功率進行控制。

3.2 SVG運行測試

3.2.1 測試條件

(1)供電情況。經過上一級的供電公司，35 kV變電站直接提供3條進線，1#線屬于工作進線，2#線為備用線，3#線尚未形成。在直接閉合了35 kV母線后，通過3臺主變，便可將其劃分成為2段，保持6 kV的額定值，可以直接提供電能，并且可以對其一端進行測試。

(2)負荷情況。對母線負荷情況進行測試：1臺3 600 kVA變壓器作為主井提升機，包含了12脈整流，主井電機為2 250 kW，可以實現(xiàn)直接傳動；1臺1 600 kVA變壓器作為副井提升機，包含了6脈整流，1臺1 000 kW電機，可以實現(xiàn)直接傳動，另外還有2臺主扇風機，其中1臺備用。在進行具體測試時，需要確保母線能夠正常的運行，即承重運行。其母線Ⅰ段能夠滿足供電要求。

(3)測試方法。由于諧波變化不穩(wěn)定，每間隔3 ms 便可進行1次數(shù)據(jù)采集。為確保所測數(shù)據(jù)能夠反映實際情況，每1個工作循環(huán)都應進行1次數(shù)據(jù)采集，總采集次數(shù)不少于8次。本研究采樣點設置于母線I段進線位置。在投入SVG運行后，針對煤礦供電系統(tǒng)大功率負載情況，便可進行波形以及電能數(shù)值測試[6-8]。

3.2.2 測試結果

該煤礦在以往無功補償?shù)那疤嵯轮C波電流測試值與標準值對比見表2。在投入SVG靜止型無功發(fā)生器之前，該礦供電系統(tǒng)參數(shù)見表3。

表2 諧波電流值 kVA

表3 投入SVG之前的供電系統(tǒng)參數(shù)%

分析表2、表3及相關測試結果可知：母線I段的11、13次的諧波電流均超出了標準值，導致其功率因素偏低；長時間閃變超出標準值2倍；無功沖擊較大。在SVG固定補償裝置正式使用之后，如果存在母線負荷偏小的現(xiàn)象，便可能出現(xiàn)無功功率過補的問題，使得系統(tǒng)啟動過于頻繁，影響了系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性[9-10]。

在SVG投入運行后，對供電電網(wǎng)進行測試(測試時間為2017年1月32日)，確保高次諧波的電流能夠達到標準值要求。提升6 kV母線一側的功率因數(shù)，確保可以達到0.98，無功沖擊最大值會有所降低。在投入SVG后的供電系統(tǒng)參數(shù)見表4。

表4 投入SVG后的供電系統(tǒng)參數(shù) %

投入SVG后的三相電流波形以及電壓波形分別如圖1、圖2所示。分析圖1、圖2可知：三相電壓相對穩(wěn)定，在某一時刻負載會出現(xiàn)變化，電流也會隨之增加，三相電壓會降低至6 kV，在負荷變小時，電壓穩(wěn)定為6.2 kV。

圖1 SVG投入后的電網(wǎng)線電壓

圖2 SVG輸出的三相電流

圖3上方曲線為三相電流波形，下方曲線則是經過SVG無功補償后三相電流波形。可見，采用SVG可以有效進行系統(tǒng)無功補償。圖4為不同功率單元的電壓波形，無論是最大電壓值，還是最小電壓值均能達到800 V。

圖3 網(wǎng)側電流和SVG回路電流

圖4 SVG功率單元的電壓波形

4 結 語

針對某煤礦現(xiàn)有的無功補償裝置FC投切電容器的不足，采用SVG靜止型無功補償發(fā)生器作為新的動態(tài)無功補償裝置。實踐表明：SVG可以有效的對該礦供電系統(tǒng)進行動態(tài)無功補償，抑制諧波污染，提高供電系統(tǒng)的供電質量。