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無功補償案例
6KV靜止型動態無功補償裝置在煤礦供電系統中的應用

6kV 靜止型動態無功補償裝置在煤礦供電系統中的應用

摘 要: 奧東電氣在實際案例應用中分析和探討6 kV 靜止型動態無功補償裝置在洛陽XX礦業有限公司供電系統中的應用,取得了良好的安全效益和社會經濟效益。關鍵詞: 無功補償柜、6 kV、 無功補償裝置、供電系統、6KV補償柜應用案例;

洛陽XX礦業有限公司是XX煤業集團有限責任公司與XX電力集團有限責任公司合資組建的大型現代化企業,礦井具體情況:礦井由煤炭工業部鄭州煤炭設計院設計,井田地質儲量 1. 64 億t,可采儲量 1. 07 億 t,井深 708 m,采用立井雙水平上下山開拓方式,礦井年設計生產能力 120 萬 t,服務年限 55 a。煤種為貧瘦煤,具有低中灰、特低磷、高發熱量等特點,是動力煤和民用煤的首選。

現場線路情況: 35 kV 變電站采用單母線分段方式供電。礦 35 kV 北母線經 1# 變壓器( 變壓器容量為 12. 5 kVA) 降至 6 kV 為該煤礦供電,礦35kV 南母線經 2# 變壓器 ( 變壓器容量為 12. 5 kVA) 降至 6 kV 為該煤礦供電。1# 主變帶 6 kV 段母線,2# 主變帶 6 kV 段母線。礦 35 kV 北母線和礦 35 kV 南母線由 350 母聯開關斷開,6 kV 段母線和 6 kV 段母線母聯開關斷開,實現煤礦供電方式的分列運行。

1、供電原有補償方式及分析

段母線

6kV 段母線負荷相對穩定: 其中穩定負荷額定功率為 2 300 kW,水泵額定功率為 1 400 kW,副井負荷額定功率為 1 100 kW,水泵和副井負荷的功率不斷變化。6 kV 段母線現已有 5 次、7 次 2 條無功補償及濾波支路,各濾波支路的安裝容量均為1500 kVar。為了驗證補償及濾波效果,分別在濾波支路切下和投上的情況下對 6 kV 段母線進行諧波測試,測試結果如下。

濾波支路切下:在測試期間,6 kV 段母線所帶負荷功率不斷變化,系統中的功率因數也不斷變化,取測試期間幾組數據見表 1,6 kV 段母線上的諧波電流數據見

測試結果分析:6kV 段母線上的負荷較穩定,在濾波支路投上后,能夠滿足無功補償及濾波的要求,但是由于濾波支路各組的容量均為 1 500 kVar,大容量的電容器組頻繁投切易損壞設備,存在安全隱患,需要進行改造。段母線6kV 段母線上有大功率的絞車,負荷很不穩定: 主井絞車的額定功率為 1 900 kW,生活區負荷額定功率為 150 kW,生產系統變壓器負荷額定功率為300 W,井下生產系統負荷額定功率為 1 000 kW。

6kV 段母線現已有 3 次、11 次 2 條無功補償及濾波支路,各濾波支路的安裝容量均為 1 500 kVar。

為了驗證補償及濾波效果,分別在濾波支路切下和投上的情況下對 6 kV 段母線進行諧波測試,測試結果如下。濾波支路切下在測試期間,6 kV 段母線所帶的主井絞車啟動,取測試期間幾組數據見表 5,6 kV 段母線上的諧波電流數據;

6 kV段母線測試數據

在測試期間,6 kV 段母線所帶的主井絞車正常運行,取測試期間幾組數據見表 7,6 kV 段母線上的諧波電流數據;

6 kV段母線測試數據

由于絞車是沖擊性負荷,運行周期快,而現有的濾波設備響應速度慢,在絞車運行期間,大容量電容器組頻繁投切,且與產生諧波的設備不能同步,不能起到濾波作用,造成整個供電系統的電壓不穩定和功率因數忽高忽低,并且嚴重影響電容器組本身的使用壽命,對高壓交流接觸器、變頻設備、電子元件等使用壽命也構成嚴重危害,不能保證礦區供電的穩定性和可靠性。

SVG無功補償裝置.jpg

2、根據以上線路情況奧東電氣設計的靜止型動態無功補償裝置技術方案設計

針對以上問題,普通無功補償設備已經不能滿足礦井電網的負荷需求,因而選用 SVC 設備來改善供電質量。靜止型高壓動態無功補償裝置( SVC) 是一種能夠為電力系統快速連續地提供容性和感性無功功率的電力電子裝置,高壓動態無功補償裝置(SVC) 采用成熟、可靠、先進、實用的晶閘管控制電抗器和固定電容器組,即 TCR + FC 的典型結構,能準確迅速地跟蹤電網或負荷的動態波動,對變化的無功功率進行動態補償。靜止型高壓動態無功補償裝置( SVC) 控制響應時間小于 10 ms,實現功率因數補償至 0. 95 以上。靜止型高壓動態無功補償裝置( SVC) 具有靈活的控制方式,能進行連續、分相和近似線性的無功功率調節。同時,將固定電容器組FC 做成多回路濾波器,能夠濾除電網中存在的諧波。

綜合考慮,將 6 kV 段母線和 6 kV 段母線上原有的濾波設備均改造為 TCR + FC 型的靜止型動態無功補償裝置( SVC) ,能同時解決系統無功補償問題和諧波問題。安裝 SVC 裝置后,能夠有效的對

系統的無功量進行跟蹤補償,做到無級調節,功率因數達到 0.95 以上; 并能有效的濾除諧波,穩定電壓波動,抑制電壓閃變。

1) SVC 相控電抗器的設計。根據要求,礦區 35 kV 變電站的 6 kV 單段母線能帶礦區的全部負荷,綜合考慮,相控電抗器的容量設計為 3 000 kVar。

2) SVC 濾波器的設計。針對系統的諧波情況配置 3 次、5 次、7 次 3 條無源濾波器,這樣能夠將系統中的 3 次、5 次、7 次諧波電流濾除; 另外,由于低次諧波電流濾波支路能夠對高次諧波電流起到抑制作用,系統中的 11 次及 13 次諧波電流通過低次濾波支路能夠得到有效的抑制,使其含量大大減小。綜合考慮系統的功率因數及諧波電流,確定 3 次、5 次、7 次濾波支路的安裝容量分別為 1 500 kVar、1 000 kVar、1 000 kVar。對濾波支路進行設計計算,并進行系統仿真,可得SVC 濾波支路的詳細參數見表。

量在國標限值范圍內,功率因數提高到 0. 95。取得了直接或間接的經濟效益和社會效益如下。

1) 減少電力罰款。在使用該裝置前,洛陽義安礦業有限公司供電系統的功率因數較低,僅此一項電力部門每年罰款約 20 ~ 30 萬元,使用該裝置后,該變電站的總功率因數一直保持在 0. 95 以上,供電部門不但不罰款,還進行了適當獎勵( 每月在 2 萬元左右不等) 。

2) 變壓器的損耗明顯降低,諧波引起的電纜和電機發熱等問題得到了有效解決,增加了變壓器和輸配電線路的有效容量。

3) 系統供電質量明顯好轉,供電的安全性、可靠性得到進一步保障。系統電壓穩定,提高了采煤效益,每天新增提升煤量 20 t,每年產生直接經濟效益為 396 萬元。

4) 對局部供電系統的改善非常明顯,周圍居民和企業用電非常穩定,取得很好的社會效益。

根據實際應用案例得出的結論:高壓靜態無功補償裝置技術是一種先進、經濟、實用的電力電子技術產品,能夠提高電網輸電能力和負荷端電壓的穩定性,降低網損,改善電能質量,是一種節能降耗的設備。

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