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无功补偿案例
6KV静止型动态无功补偿装置在煤矿供电系统中的应用

6kV 静止型动态无功补偿装置在煤矿供电系统中的应用

摘 要: 奥东电气在实际案例应用中分析和探讨6 kV 静止型动态无功补偿装置在洛阳XX矿业有限公司供电系统中的应用,取得了良好的安全效益和社会经济效益。关键词: 无功补偿柜、6 kV、 无功补偿装置、供电系统、6KV补偿柜应用案例;

洛阳XX矿业有限公司是XX煤业集团有限责任公司与XX电力集团有限责任公司合资组建的大型现代化企业,矿井具体情况:矿井由煤炭工业部郑州煤炭设计院设计,井田地质储量 1. 64 亿t,可采储量 1. 07 亿 t,井深 708 m,采用立井双水平上下山开拓方式,矿井年设计生产能力 120 万 t,服务年限 55 a。煤种为贫瘦煤,具有低中灰、特低磷、高发热量等特点,是动力煤和民用煤的首选。

现场线路情况: 35 kV 变电站采用单母线分段方式供电。矿 35 kV 北母线经 1# 变压器( 变压器容量为 12. 5 kVA) 降至 6 kV 为该煤矿供电,矿35kV 南母线经 2# 变压器 ( 变压器容量为 12. 5 kVA) 降至 6 kV 为该煤矿供电。1# 主变带 6 kV 段母线,2# 主变带 6 kV 段母线。矿 35 kV 北母线和矿 35 kV 南母线由 350 母联开关断开,6 kV 段母线和 6 kV 段母线母联开关断开,实现煤矿供电方式的分列运行。

1、供电原有补偿方式及分析

段母线

6kV 段母线负荷相对稳定: 其中稳定负荷额定功率为 2 300 kW,水泵额定功率为 1 400 kW,副井负荷额定功率为 1 100 kW,水泵和副井负荷的功率不断变化。6 kV 段母线现已有 5 次、7 次 2 条无功补偿及滤波支路,各滤波支路的安装容量均为1500 kVar。为了验证补偿及滤波效果,分别在滤波支路切下和投上的情况下对 6 kV 段母线进行谐波测试,测试结果如下。

滤波支路切下:在测试期间,6 kV 段母线所带负荷功率不断变化,系统中的功率因数也不断变化,取测试期间几组数据见表 1,6 kV 段母线上的谐波电流数据见

测试结果分析:6kV 段母线上的负荷较稳定,在滤波支路投上后,能够满足无功补偿及滤波的要求,但是由于滤波支路各组的容量均为 1 500 kVar,大容量的电容器组频繁投切易损坏设备,存在安全隐患,需要进行改造。段母线6kV 段母线上有大功率的绞车,负荷很不稳定: 主井绞车的额定功率为 1 900 kW,生活区负荷额定功率为 150 kW,生产系统变压器负荷额定功率为300 W,井下生产系统负荷额定功率为 1 000 kW。

6kV 段母线现已有 3 次、11 次 2 条无功补偿及滤波支路,各滤波支路的安装容量均为 1 500 kVar。

为了验证补偿及滤波效果,分别在滤波支路切下和投上的情况下对 6 kV 段母线进行谐波测试,测试结果如下。滤波支路切下在测试期间,6 kV 段母线所带的主井绞车启动,取测试期间几组数据见表 5,6 kV 段母线上的谐波电流数据;

6 kV段母线测试数据

在测试期间,6 kV 段母线所带的主井绞车正常运行,取测试期间几组数据见表 7,6 kV 段母线上的谐波电流数据;

6 kV段母线测试数据

由于绞车是冲击性负荷,运行周期快,而现有的滤波设备响应速度慢,在绞车运行期间,大容量电容器组频繁投切,且与产生谐波的设备不能同步,不能起到滤波作用,造成整个供电系统的电压不稳定和功率因数忽高忽低,并且严重影响电容器组本身的使用寿命,对高压交流接触器、变频设备、电子元件等使用寿命也构成严重危害,不能保证矿区供电的稳定性和可靠性。

SVG无功补偿装置.jpg

2、根据以上线路情况奥东电气设计的静止型动态无功补偿装置技术方案设计

针对以上问题,普通无功补偿设备已经不能满足矿井电网的负荷需求,因而选用 SVC 设备来改善供电质量。静止型高压动态无功补偿装置( SVC) 是一种能够为电力系统快速连续地提供容性和感性无功功率的电力电子装置,高压动态无功补偿装置(SVC) 采用成熟、可靠、先进、实用的晶闸管控制电抗器和固定电容器组,即 TCR + FC 的典型结构,能准确迅速地跟踪电网或负荷的动态波动,对变化的无功功率进行动态补偿。静止型高压动态无功补偿装置( SVC) 控制响应时间小于 10 ms,实现功率因数补偿至 0. 95 以上。静止型高压动态无功补偿装置( SVC) 具有灵活的控制方式,能进行连续、分相和近似线性的无功功率调节。同时,将固定电容器组FC 做成多回路滤波器,能够滤除电网中存在的谐波。

综合考虑,将 6 kV 段母线和 6 kV 段母线上原有的滤波设备均改造为 TCR + FC 型的静止型动态无功补偿装置( SVC) ,能同时解决系统无功补偿问题和谐波问题。安装 SVC 装置后,能够有效的对

系统的无功量进行跟踪补偿,做到无级调节,功率因数达到 0.95 以上; 并能有效的滤除谐波,稳定电压波动,抑制电压闪变。

1) SVC 相控电抗器的设计。根据要求,矿区 35 kV 变电站的 6 kV 单段母线能带矿区的全部负荷,综合考虑,相控电抗器的容量设计为 3 000 kVar。

2) SVC 滤波器的设计。针对系统的谐波情况配置 3 次、5 次、7 次 3 条无源滤波器,这样能够将系统中的 3 次、5 次、7 次谐波电流滤除; 另外,由于低次谐波电流滤波支路能够对高次谐波电流起到抑制作用,系统中的 11 次及 13 次谐波电流通过低次滤波支路能够得到有效的抑制,使其含量大大减小。综合考虑系统的功率因数及谐波电流,确定 3 次、5 次、7 次滤波支路的安装容量分别为 1 500 kVar、1 000 kVar、1 000 kVar。对滤波支路进行设计计算,并进行系统仿真,可得SVC 滤波支路的详细参数见表。

量在国标限值范围内,功率因数提高到 0. 95。取得了直接或间接的经济效益和社会效益如下。

1) 减少电力罚款。在使用该装置前,洛阳义安矿业有限公司供电系统的功率因数较低,仅此一项电力部门每年罚款约 20 ~ 30 万元,使用该装置后,该变电站的总功率因数一直保持在 0. 95 以上,供电部门不但不罚款,还进行了适当奖励( 每月在 2 万元左右不等) 。

2) 变压器的损耗明显降低,谐波引起的电缆和电机发热等问题得到了有效解决,增加了变压器和输配电线路的有效容量。

3) 系统供电质量明显好转,供电的安全性、可靠性得到进一步保障。系统电压稳定,提高了采煤效益,每天新增提升煤量 20 t,每年产生直接经济效益为 396 万元。

4) 对局部供电系统的改善非常明显,周围居民和企业用电非常稳定,取得很好的社会效益。

根据实际应用案例得出的结论:高压静态无功补偿装置技术是一种先进、经济、实用的电力电子技术产品,能够提高电网输电能力和负荷端电压的稳定性,降低网损,改善电能质量,是一种节能降耗的设备。

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