6kV动态无功补偿装置在官地矿选煤厂的应用及效果分析

丁小梅

（山西焦煤西山煤电集团公司官地矿选煤厂，太原 030022）

西山煤电集团官地矿选煤厂为矿井型选煤厂，年设计生产能力 3.0Mt/a，电力成本成为企业生产成本的重要构成要素之一。近年来，随着生产规模的不断扩大，大功率非线性负荷的不断增多，对电网的冲击和谐波污染呈不断上升趋势。缺乏无功调节手段造成了母线电压随运行方式的变动很大，导致电网线损增加，使得系统电压合格率不高和动筛 6kV高压配电室的功率因数长期以来低于0.75，更低于集团公司考核指标0.9。这导致企业电费开支每年增加约60万元左右，严重影响了选煤厂的经济效益。

为了减少电力网中的功率损耗，节约电费，降低生产成本，合理利用能源，提高经济效益，官地矿选煤厂在动筛6kV高压配电室投入使用了电容器无功自动补偿装置，以实现最佳选煤效益。

1 电容器无功补偿技术方案选择

电力系统中的负载，大部分是感性负荷（如电动机），加上系统中感抗很大的变压器，从而使系统产生大量相位滞后的无功功率，因此总电流 I’将滞后于电压一个角度φ1，是造成功率因数小的主要原因。为了提高功率因数，可以采用并联电容器或同步补偿机，使之产生相位超前的无功功率，以补偿一部分相位滞后的无功功率。

由于并联电容器与同步补偿机相比，因并联电容器无旋转部分，具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小及组装灵活、扩建方便等优点，所以决定采用并联电容器无功补偿设备。如果将并联电容器与负载并联（图1），则电容器的电流IC将抵消一部分电感电流，从而使电感电流IL减小到I’L，总电流从I’减小到I，功率因数将由cosφ1提高到 cosφ，这就是并联补偿的原理。

图1

1.1 确定无功补偿容量

通过一段时间的负荷统计，将两段负荷均确定为400kW，设备利用率为：每天设备开车时间 17.5h/每天24h=0.73。在设备有效开车时间内平均有功功率为：400kW/0.73≈600kW，变电所正常功率因数为0.73，取0.73为下限计算值，补偿功率因数上限取0.98。因此本配电室总需要补偿无功功率计算如下。

考虑20%的余量，两段分别需增设500×1.2=600 kvar。

1.2 补偿方案

为了防止运行电压升高，无功补偿装置对用电设备过补偿而造成无功补偿装置向电力系统倒送无功功率。本方案的调节机构采用晶闸管无触点开关，通过调节磁阀电抗器的励磁电流，来改变电抗器的感性无功输出容量，实现了无功补偿过程中无功补偿量能自动地根据负荷变化随时的增减无功功率的投入量（图2）。

图2

2 技术特点

调节范围宽，能够在 0～100%之间调节，不存在过补现象；调节速度快，功率因数稳定；投切过程稳定，不会出现震荡现象；不存在机械动作，所以不存在油黑的现象，不需要频繁换油；能动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动态调节无功输出，无功补偿调节的要求；不会引起高次谐波谐振及有危害的谐波放大；实现了自动检测、远方手动投切和现场手动投切，各种方式之间有可靠的闭锁，防止发生事故，检测、控制均可满足完全自动可实现无人值守的要求；当各类保护动作或监视的状态发生变化时，能自动记录事件发生的类型、事件按顺序记录；电容器开关跳闸时，能报警并闭锁微机控制器的无功出口；当磁阀电抗器发生故障时，磁阀电抗器自动调节至最小容量，并发出报警信息，但不影响电容器组的正常运行。

3 动态无功补偿装置的应用效果

3.1 通过动态无功补偿，有效地提高功率因数，减少电费开支

11月5日电容器无功自动补偿装置正式投入运行。表1为投入以来的功率因数统计表。

表1 动筛6kV高压配电室1#进线功率因数统计表

功率因数柱状图分析如图3所示。

图3

功率因数提高后，经济效益显著，计算方法如下。

1）按照集团公司电费考核管理办法，功率因数低于 0.76，每月电费增加 7%以上计算，动筛 6kV高配每月电费按 26万元计算，每月增加电费约 2万元，每年增加电费12×2万元=22万元。另外，集团公司每季度按每月的奖罚情况再进行一次奖罚，所以，动筛6kV高配改造前因功率因数低每年共增加电费约2×22万元=44万元。

2）按照集团公司功率因数调整电费标准，改造后功率因数能达到0.93以上可减收电费1.5%计算，动筛6kV高压配电室增加电容无功补偿装置后每年可减收电费约10万元左右。

3）提高功率因数还可以减少电力网中的功率损耗和电能损耗。由线路损失△PL=P2RL/（COS2φ×U2e）可知，当线路额定电压Ue和输送的有功功率P保持恒定时，线路的损失与功率因数的平方成反比。因此功率因数提高后，供电线路的功率损耗就会减小，电费成本也会降低。

综上，改造后每年共可节约电费60万元左右。

3.2 增加系统的裕度，提高供电能力

提高功率因数，能增加电力系统变压器、发电机的供电能力，节约电能消耗。供电设备的供电能力，是以视在功率S来表示的。由S=可知，无功补偿装置的增加，可以减少电网无功功率，若无功功率减少，同样的设备它能供应或传送的有功功率就增加。充分发挥了设备的潜力，提高了电力系统的供电能力。

3.3 降低网损

在负荷的有功功率不变的条件下，提高负荷的功率因数可减少负荷的无功功率在线路和变压器的流通，达到减少无功功率在线路和变压器中引起的有功损耗，降低线损。

3.4 改善电能质量

增加无功补偿装置在稳定系统电压，减少电压波动，提高供电电压质量方面起到了明显的作用。

官地矿选煤厂投入动态无功补偿装置，提高功率因数效果明显。不但减少电力网中的功率损耗，节约电费，降低了生产成本，合理利用能源，提高经济效益。而且实现了补偿装置能根据负荷情况随时增减无功补偿量，提高供电系统的安全、稳定性、可靠性，改善了电能质量，取得了良好的经济效益和社会效益。