東灘煤礦供電系統無功補償問題的分析與研究

王德強

（兗州煤業股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城 273500）

1 引言

東灘煤礦35kV變電所是礦井的供電樞紐，以兩回35kV級LGJ-240架空線路供電，分別引自上級羅廠變電所兩段母線。礦內設有一座裝機容量42000kW的東灘電廠，東灘電廠1#、2#聯絡線通過YJV22-26/35kV-3×300電纜經東灘煤礦35kV變電所35kV母線并網發電。35kV變電所另有1路35kV級饋電線路供鐵東變電所。

35kV變電所35kV母線為單母線分段供電方式，采用12臺室內35kV級8DA10型SF6充氣柜。6kV母線采用單母線分兩段供電方式，采用62臺NXAirS型6kV真空開關柜。上述設備均可遠程遙控。

35kV變電所現有SFFZ9-35/6.3kV雙分裂繞組變壓器共三臺，2臺20000kVA、1臺16000kVA。正常時二臺投入運行。

35kV變電所有6kV級主井諧波裝置2套、SVC裝置2套，上述設備的投運改善了礦井供電質量、提高了礦井供電能力。

正常情況下，礦井供電系統和鐵東變電所的主要用電量來自東灘電廠。當電廠發電功率不能滿足礦井和鐵東變電所用電負荷時，礦井供電系統自濟寧電網下載有功功率；當電廠發電功率大于礦井和鐵東變電所的用電負荷時，剩余電量送至電網。同時，電網對礦井用電無功功率還起到平衡調節作用。

變電所主要地面負載有主井提升機（直流2×2935kW）、副提升機（直流2×1700kW）、壓風機、風井通風機、選煤廠以及辦公區和生活區生活用電等。其中主井提升機運行時的無功分量較高，單臺無功分量為6M、短時峰值為7M；副井提升機運行時無功分量0.7M，短時峰值1M。

現有無功補償裝置實測運行總功率為-9200kvar，其中：H3=-4000kvar、H5+H7=-3000kvar（裝于主井）、H11=-2200kvar。

2 實際運行情況的檢測與分析

2.1 6kVⅠ段母線無功及功率因數檢測與分析

系統電壓5.89～6.26kV，負荷電流700～1400A。隨著主井提升機的運行，系統電流、電壓有較大的周期性波動。電壓的波動幅值300V左右，電流的波動幅值520A左右，波動周期1.5min左右。

圖1 Ⅰ段母線電壓與電流曲線圖

圖2 Ⅰ段母線無功功率及功率因數曲線圖局部放大

2.2 6kVⅡ段母線無功及功率因數檢測與分析

系統電壓5.96～6.28kV，系統負荷電流640～1120A。與Ⅰ段母線情況一樣，Ⅱ段母線也存在周期性波動。電壓的波動幅值350V左右，電流的波動幅值550A左右，波動周期1.5min左右，對系統的穩定運行有一定的不利影響。

圖3 Ⅱ段母線電壓及工作電流曲線圖

圖4 Ⅱ段母線無功功率及功率因數

無功功率的波動范圍-1.8～6.5Mvar，功率因數波動范圍0.85～1。由于系統內補償裝置的容量相對不足，加之TCR的跟隨特性較差，Ⅱ段母線存在間歇性欠補和過補，過補容量在1.8M左右，對系統的安全運行有不利影響。

2.3 35kV側有功、無功和功率因數檢測與分析

（1）電廠1#聯絡線。有功功率：15.6～16.3MW，無功功率：4～6Mvar，功率因數：0.93～0.97，各項參數比較穩定。

（2）電廠2#聯絡線。有功功率：16.9～17MW，無功功率：4.6～7.6Mvar，功率因數：0.9～0.96，各項參數比較穩定。

（3）鐵東線。有功功率：9.3～9.5MW，無功功率：3.9～4Mvar，功率因數：0.92～0.93，各項參數比較穩定。

（4）井下檢修時段東灘Ⅱ線。向系統反送有功功率12～14MW，無功功率5Mvar，功率因數：0.92～0.94，各項參數比較穩定。

（5）井下生產時段東灘Ⅱ線。隨主井提升機的工作，反送電網有功功率在1～8MW之間波動，隨著有功功率的波動，功率因數在0.1～0.8之間波動。無功功率波動范圍為4～7Mvar，波動量相對較小。

3 系統存在的主要問題

根據檢測結果，結合東灘煤礦供電系統現有狀況，分析得出系統存在的主要問題如下：

（1）由于主井提升機運行時的無功功率較大（約有6M，短時峰值為7M），當主井提升機運行時，現有補償裝置總容量不足，造成主變壓器負荷功率因數在0.82～1之間頻繁周期性波動。由于波動周期較短，變電所監控屏上顯示系統功率因數接近1，其數值不真實，實際存在間歇性欠補和過補。

（2）6kV系統電壓頻繁周期性波動，波動幅值350V左右，波動周期1.5s左右。不利于系統的安全穩定運行，可能影響系統內用電設備的效率。

（3）現有的SVC系統服務年限長，設備老化。尤其是6kVⅡ段母線上的SVC跟隨性能較差，隨著主井提升機的間歇運行，Ⅱ段母線出現約2M的間歇性過補償，對系統的安全穩定運行不利。

（4）由于礦井有功功率波動較大，有功功率又主要來自電廠，流經東灘Ⅱ線的有功分量很小，有時甚至為零，造成該線路上的功率因數在0.1～0.8之間波動，距電力部門要求的平均功率因數達到0.9以上的考核標準相差甚遠。

（5）現有的無功補償系統的調整檢測點在主變壓器的6kV側，而35kV側又有轉供鐵東變電所的1路線路和東灘電廠的2路并網線路，現有補償系統無法實現對計量考核點處的功率因數調節。

4 解決辦法

由于東灘35kV變電所進、出線路較多，加之主井提升機運行時產生的無功功率高，對系統的無功平衡沖擊大，綜合考慮各方面的因素，東灘煤礦采用2套6kV/6M的SVG無功補償設備，以穩定6kV母線電壓和提高功率因數為控制目標運行。當檢測到主變壓器35kV側的功率因數較低時，需將6KVⅡ段SVG轉為以35kV側功率因數為控制目標運行，以提高35kV并網側的功率因數，同時單臺SVG無功補償設備在以35kV側的功率因數為調節目標運行時，也將兼顧6kV側的電網電壓。通過上述控制策略的實施和應用，基本解決了東灘煤礦供電系統無功補償存在的問題。