礦井電網無功補償改造中SVG的選型應用

宗曙光

摘要：本文主要對棗礦集團柴里煤礦現用電容器式無功補償裝置運行進行分析，并根據運行情況進行分析計算，提出升級選型主要性能參數，并對改造應用效果進行了分析總結。

關鍵詞：無功補償;SVG 選型;應用

Abstract： This article mainly analyzes the operation of the current capacitor type reactive power compensation device in Chaili Coal Mine of Zao Mining Group， analyzes and calculates according to the operating conditions， proposes the main performance parameters of the upgrade and selection， and analyzes and summarizes the application effects of the transformation.

0? 引言

隨著煤礦機電設備綜合機械化、自動化程度的不斷提升，大功率電動機和大型綜采設備、變頻設備的不斷投入，大量非線性負載的沖擊性和不平衡性，致使電網無功功率損耗逐漸增加，設備受電端電壓下降，啟動及工作電流增大，帶來大量不必要的電能損耗，導致煤礦電網供電質量與穩定性下降，電能利用率大大降低，給安全生產帶來較大影響。

為補償電網無功損耗，有效提高電網功率因數，柴里煤礦在建井初期采用無功補償方式為并聯電容器集中補償的方式，雖然這種補償設備價格便宜，但由于電容補償量固定，雖然期間更換過電容器，但仍不能實現系統無功的動態補償，當系統內存在諧波時，可能發生并聯諧振，放大諧波電流。

為有效解決并聯電容器補償方式的的缺陷，將機電設備由自動化向智能化推進，經調查研究決定對現有補償方式進行升級改造，使用性能更為完善的動態無功補償與諧波治理裝置（SVG）。

1? 并聯電容器補償運行狀態分析

并聯電容器裝置2008年安裝，補償效率較低，隨著補償需求的增加，各類儀表已出現超量程現象、綜合保護器也不能根據設置的功率因數對電容器進行自動投切。補償容量的不足帶來的弊端更是愈加凸顯，主要體現在以下幾個方面：

①電網從遠端傳送無功，費用較高;②負荷的無功沖擊影響本地電網和上級電網的供電質量;③負荷的不平衡與諧波影響電網的電能質量和穩定性。

穩定的電力系統需要足夠的帶載能力和電能質量，必須能夠根據用電負荷的變化對電網進行實時的無功、不平衡和諧波補償。

電力行業內無功補償方式歷經了由并聯電容器至SVC補償，到目前的SVG補償方式。經調查調研，目前采用并聯電容器進行無功補償的方式因補償能力低下，已逐漸被淘汰退出市場。

隨著電力電子技術的發展，SVG補償方式投入市場后，已經過多年檢驗，補償效果明顯提高。根據電網后級負載運行方式特點及系統需求，SVG通過內部計算，可以自動調節輸出系統所需要的容性或感性的無功功率。此時，SVG可以理解為容量大小可以實時動態變化調節的電容或電抗器。

2? 對新投入無功補償（SVG）的要求

①要求設備響應速度快，能有效抑制電壓波動及閃變。②適應能力強，在各種場合與各種負荷配合下不發生諧波放大。③占地面積小，現柴里礦6kV電容器室場地已固定，不再另建場地。④電壓偏低與偏高時均具備較強的自動無功補償能力，尤其是必須能根據柴里礦自備電廠與上級電網之間的關系（輸送或吸收無功），自動進行功率因數調節，以滿足電業公司規定。⑤能同時治理諧波與不平衡等多種電能質量問題。

3? 補償方式的選擇

通過對無功補償生產廠家調研，對目前使用的SVC、SVG各項性能進行對比如表1。

在安裝費用相差不大的前提下，采用性能更優SVG補償方式性價比較高。

4? 補償容量確定

根據柴里礦的負荷情況，補償容量計算如下：

4.1 現場所需容性無功

所需容性無功是考慮礦自備電廠所有發電機均不工作的情況，所有負荷工作所需要的最大容性無功功率。

根據統計，現場最大負荷按18000kVA計算，負荷的平均功率因數按0.8計算，則將功率因數補償到1（由于柴里礦有自備電廠，會導致現場的有功功率很低，所以要想達到很高的月平均功率因數，此處必須將所有無功功率均補償掉來計算）所需要的無功功率為：

其中，Φ2和Φ1為補償前后的電角度。

4.2 現場所需感性無功

現場所需感性無功是考慮所有自備電廠發電機均工作，且負荷均不工作的工況下，補償所有發電機發出的容性無功功率所需要的感性無功功率。

3臺發電機工作的總功率按20000kW（2臺5000kW，1臺10000kW）計算，自然功率因數按0.85考慮，則發電機發出的總的容性無功功率為12395kVar，即補償發電機工作時所需要的感性無功功率為12395kVar。

根據以上計算，取二者中的大值即12395kVar，同時考慮留有一定補償容量，計劃在每段6kV母線上安裝一套容量為6.2Mvar的SVG，單套設備可實現-6.2Mvar（感性）～6.2Mvar（容性）之間無功功率的實時連續平滑調節。

根據以上計算，計劃在35kV變電所6kV兩段母線各安裝一套無功補償裝置（6kV 5.3Mvar SVG）。以6kV電網的功率因數或6kV母線平均電壓作為控制器運行工作目標，工作目標可以根據電網運行隨時調整設置，并根據設置的目標電壓或目標功率因數，實時動態跟蹤電網參數的變化，并根據參數變化情況，裝置動態調節系統所需要補償的功率。因兩套SVG設備對兩段母線都采用雙點采樣，因此可實現電網按設置的高功率因數運行，實現智能補償。

5? 改造后的效果

①運行方式方面：每段各安裝1套SVG，2套SVG能夠兼顧到各自運行情況下的正常補償，不會因為運行方式的改變而影響系統的正常補償。

②數據采樣方面：每套SVG均獲取信號：6kV本側、他側進線（1#進線、2#進線）電流采樣信號，并可以根據變壓器運行情況自動識別并內部切換采樣以便適應變壓器運行變化;6kV本側進線電壓采樣信號;6kV母聯狀態信號;他機運行狀態信號;6kV本側饋電柜開關狀態信號;本機RS485通訊信號至監控室工控機。

③目標調整方面：可對計量點功率因數目標調整，設定目標功率因數、目標電壓，實現自動運行。通過綜合目標電壓、目標功率因數自動均衡實現6kV線路損耗最小，同時保證6kV電壓運行在安全區域;可以滿足現場各進線、各母聯切換下的各種運行方式要求，實現在線平滑過渡，并進行自動處理，不需要人工特殊干預。

④經濟效益方面：功率因數是上級電力考核部門對我礦考核的主要參數，目前每月平均罰款約10萬，最高月達19萬，兩段母線安裝SVG后，6kV電網的功率因由現在的平均0.85，最低時0.76，安裝后可提升到平均0.95以上，在電廠正常發電情況下，可大大降低或避免上級部門對我礦的用電損耗罰款。

⑤安全性能方面：該裝置設備響應速度快，在用電負荷發生較大變化時，能有效抑制由此帶來的電網電壓波動及閃變，提高電網運行穩定性，保障后級用電設備正常運行，減少由此帶來的對設備、線路的傷害，降低設備事故率及維修費用。

⑥適應能力方面：SVG設備適應能力強，目前礦井下采煤使用大功率電機，地面各廠房設備也增加較多，該設備能適應我礦負荷增大后對電網的穩定性需求，起到穩定電壓作用。

⑦設備結構方面：裝置占地面積小，現6kV電容器室場地已固定，空間較小，沒有條件再另外建設專用設備室，只有利用現有電容器室，撤除舊電容器后安裝新設備，不需要再建筑新廠房。

⑧與電廠配合方面：我礦供電網絡復雜，既有上級杜柴線、歡柴線、富源線，又有內部發電廠，礦內發電廠即可能向網絡發送無功，也可能從網絡吸收無功，在多種復雜條件下，必須及時自動的對電網進行調節，以滿足電業公司考核要求。

⑨諧波治理方面：設備在多種場合與各種負荷配合下不發生諧波放大，可有效避免因諧波放大而發生諧振，凈化電網環境，濾除電網“垃圾”，能同時治理諧波與不平衡等多種電能質量問題，提高電能質量，滿足用電設備需求。

6? 結論

由于SVG能夠根據負荷性質大小從電網中連續吸收或輸送無功功率，并可實現實時調節。有效提高電網有功與無功之間的平衡能力，根據設置的電壓目標進行系統穩定，使用戶追求的電能質量和可靠性得到保障，經過多年現場使用改進提升，SVG型動態無功補償裝置目前已成為煤礦無功補償的主流，目前以電力電子元器件為核心的大功率電氣設備在煤礦生產系統中陸續推廣應用，煤礦機電設備的自動化、智能化水平也將得到更大提升。

參考文獻：

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