静态无功自动补偿装置在平煤股份二矿三水平进风井的应用

陈成伟，宝常青

中国平煤神马集团建工集团建井一处，河南平顶山 467000

静态无功自动补偿装置在平煤股份二矿三水平进风井的应用

陈成伟，宝常青

中国平煤神马集团建工集团建井一处，河南平顶山 467000

本文结合6kV MCR型SVC静态无功自动补偿装置在平煤股份二矿三水平进风井的成功应用。通过影响功率因数的主要因素、补偿方案的选择、磁控电抗器补偿原理、补偿装置性能、补偿装置的优点、应用情况及效益对高压自动补偿装置有关问题进行探讨。

静态；无功；自动补偿；应用

《煤矿安全规程》中要求,矿井用电负荷的功率因数(包括主变压器在内)在变电所一相母线上应达到0.9以上。而中国平煤神马集团二矿（以下简称二矿）三水平进风井设有6kV变电所虽然安装了静态固定式电容补偿柜，但是用电负荷的功率因数确未达到要求。通过技术改造把原有的固定式补偿柜改造成SVC静态无功自动补偿装置。改造后功率因数有了明显的提高，同时节约了大量的电力能源，得到了明显的效果。

1 影响功率因数的主要因素

一般系统负荷的功率因数约为0.6～0.9。当系统频率一定时，负荷功率（包括有功和无功功率）随电压而变化的关系称为负荷的静态电压特性。由于电力系统的负荷中异步电动机占较大的比重，而且，异步电动机消耗无功功率较多，可以说，系统中大量的无功负荷是异步电动机，因此，电力系统综合负荷的无功-电压特性曲线的特点是（如图1所示）：

图1

从图1可以看出，系统综合负荷的无功电压特性曲线的特点是：以负荷的无功功率又与其端电压直接相关。随端电压的升高负荷的无功功率增加，端电压降低负荷无功功率则减小。当电压略低于额定值时，无功功率随电压下降较为明显；当电压下降幅度较大时，无功功率减小的程度逐渐变小。

从现场来看影响功率因数不稳定的因素主要有：

1）负荷为交流传动设备。如主提升绞车、通风机、空气压缩机及动力设施采用交流传动设备。绞车属重载起动，无功冲击较大，并伴随大量整数倍和非整数倍的谐波电流产生，功率因数低，电压波动大，给电网供电产生如下问题：无功冲击引起的电压波动。谐波电流流入系统使用电设备发热，设备运行可靠性降低。功率因数低，加大生产成本；

2）供电电压的影响 当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长很快，据分析统计，供电电压为额定值的110%时，无功功率将增加35%左右。而供电电压低于额定值时，无功功率反而相喧减少而使功率因数有所提高。

2 补偿方案的选择

1）要想得到理想的补偿效果，首先要确定合理的补偿方式。目前常见的补偿方法有传统的固定式电容器组人工插拔熔断器控制补偿容量法;单台设备随机就地电容补偿法和集中电容器自动补偿法。其中传统补偿方法简单，但补偿精度低，危险性大，易造成在用电低谷时过补，以及在用电设备发生变更时电容器组与系统不再匹配，并可能抬高电网电压至危险值，受人为因素影响太多；

2）根据提升机动作速度较快，并且动作周期较短这一原因，我们选用MCR型SVC静态无功自动偿装置是利用磁控电抗器来解决了此问题。MCR型SVC静态无功自动偿设备动作时间小于20ms，完全可以满足提升机的补偿速度。补偿容量为常态容量80%即可将功率因数提升至0.9以上，它将固定补偿的电容器组分成若干组，可根据系统无功功率、功率因数以及电网电压高低自动投切一定数量的电容器组。

3 磁控电抗器补偿原理

1）高压无功快速无级自动补偿成套装置采用固定电容器配合磁控式电抗器的方式，当系统无功过剩时，固定补偿电容器发出的容性无功由电抗器吸收；当缺乏无功时，电抗器容量减小，由补偿电容提供容性无功。磁控式电抗器控制装置实时测量计算系统有功功率、无功功率、功率因数和母线电压，并调整电抗器的输出容量，使系统在保证母线电压合格的条件下，无功最小

2）磁控电抗器特点

MCR型磁控电抗器是通过直流偏磁改变铁芯电抗器铁芯的磁导率来实现电感可调的，它与固定电容器配合、自动控制器等构成动态无功补偿系统，达到无功补偿容量无级调节，使无功补偿效果达到最佳。

提高电网功率因数，可以使功率因数达到0.9～0.99的要求；并降低网损和无功损耗，节能省电，适用于电力系统庞大网损非常严重的用户。

消除谐波污染，提高电网系统安全系数，提高电网的电压稳定能力和输电线传输能力。

稳定端点电压，提高变压器与输电线以及其他电器设备的寿命。

4 该补偿装置性能

1）耐受短路电流能力；

2）主回路中的电器设备，连接线及机械结构在耐受短路电流和电容器内部极间短路放电电流的作用而不产生热的和机械的损伤及明显变形；

3）过负荷能力；

4）稳态过电流：装置能在方均根据值不超过1.1*1.30In的电流连续运行；

5）装置能将投入电容器组时产生的涌流限制在电容器组允许范围内；

6）稳态过电压：装置的连续运行电压为1.05UN下表现规定的稳态电压下运行相应的时间。

工频过电压 最大持续时间 说明1.10UN 长期 指长期工作电压的最高值不超过1.1倍1.15UN 30min 系统电压的调整和波动1.20UN 5min 轻载荷时电压升高1.30UN 1min 轻载荷时电压升高

5 SVC静态无功自动补偿装置的优点

提高电压质量；电压质量的好坏直接关系电气设备的安全运行.提升机直流系统向电网注入谐波电流,使电压正弦波形发生畸变,并引起晶闸管电路触发不同步,电动机力矩不稳,电网谐振等事故，提升机等大功率负载频繁起动,无功冲击导致电网电压产生波动,对井上下电器设备产生干扰。减少损耗，提高变压器利用率；

在未投动补滤波装置时，电网自然功率因数很低，负载所需的有功功率和无功功率均由电网提供，使变压器和电网线路的损耗增加，同时带负荷能力降低。投入动补滤波装置后，电网和主变压器仅传输有功功率，可提高效率，减少损耗。

调控运行，防止过补；以往在地面变电所设计中，通常在6kV母线并接电容器组，对电网进行固定式补偿。由于提升机为短时循环工作制的负载，一个提升机循环分为加速、等速、减速和休止几个工作状态，各阶段所需功率均不同，而电容器组只能输出恒定无功功率，造成有时无功不够，有时过补现象。采用TCR 动态补偿，可根据负载无功的变化进行动态补偿，使电网始终处于最佳状态。

6 应用情况及效益分析

年功率因数节省电费根据近3个月电费清单计算，变电所月平均电量66.2559万kW·h。变电所的变压器总安装容量为2 640kVA，有功电度单价为0.67536元/kW·h。为此变电所月电量电费为：月电量电费=有功电度电价×月平均电量=0.67536元/kW·h×66.2559万kW·h=44.746584万元，煤矿变电所功率因数按0.59计，按规定无功功率调整费率（即无功罚款率）为5%。故每月功率因数调整费用为：月功率因数调整费用=月电量电费×无功调整费率=571 696.6×5%=2 8584.83元。磁控电抗器型动态无功补偿装置投运后，功率因数达0.94以上，奖励率为0.75%，故每月奖励为：月功率因数奖励费用=月电量电费×功率因数奖励率=571 696.6×0.75%=42 877.25元。

因此每月可节省该项电费为：月功率因数节省电费=月功率因数调整费用+月功率因数奖励费用=71 462.08元每年可节省该项电费为：年功率因数节省电费=月功率因数节省电费×12月=857 544.96元

7 结论

经过使用，改造装置自动化水平高，补偿效果满意，补偿后功率因数达到0.90以上。系统的电压稳定，谐波引起的电缆和电机发热等问题得到有效解决，从而增加了变压器和输、配电线路的有效容量，提高了设备的运行可靠性，减少了设备维护周期和运行成本，减少了功率因数调整电费的支出，具有良好的技术经济效益，在二矿三水平进风井变电所系统中，达到了预期的效果。

[1]孙国兰.煤矿电工学.中国劳动社会保障出版社，2008.

[2]王合贞.高压并联电容器无功补偿实用技术.中国电力出版社，2006.

O657.32

A

1674-6708（2011）52-0094-02