磁控式动态无功补偿装置技术应用

刘柏林，郭秀利，刘会宝

（新汶矿业集团 鄂庄煤矿，山东 莱芜271100）

鄂庄煤矿35kV变电所供电电源来自南冶110kV变电所，变电所设有SF9－10000／35两台主变压器，一台工作，一台备用，矿井运行负荷7000kW，主要负荷是矿井主通风机、提升机、水泵、采掘设备、运输设备。室内I、II段6 kV母线安装静电电容，用于无功补偿，1＃电容器组补偿容量为960kvar，2＃电容器组补偿容量为2700kvar，《全国供用电规则》规定在电网高峰负荷时，用户的功率因数不能低于0.9，当用电负荷随时变动时，功率因数也应达到标准要求。由于采用固定电容器进行集中补偿，随着矿井延深工程的实施及非煤发展，用电负荷增加，无功补偿装置已不能满足矿井发展的需要。

1 无功补偿通常采用几种方式

1.1 静止无功补偿器

静止无功补偿可以平滑调节，相应速度快，是一种比较理想的无功电源。但缺点是：技术复杂，操作和运行维护要求高，造价昂贵，无法大面积推广应用。

1.2 同步调相机

同步调相机为最早使用的无功补偿装置，具有较大的过负荷能力。缺点是：设备投资高，维修复杂，动态调节效应慢，不适应太大或太小的补偿，只能用于三相平衡的补偿。

1.3 并联电容器

是目前应用最广的一种，可永久或通过断路器连接在系统某些节点上。投资少，运行经济，结构简单，维护方便，容量可任意选择，适应性强。缺点是：不能连续调节，负荷的调节特性差，对系统中的高次谐波有放大现象，在谐波电流过大时可能引起爆炸。投切过程会产生严重的操作过电压和合闸涌流，从而影响矿井供电可靠性。

2 现场测试分析

1）取样点：35kV变电所6kV 1＃进线柜电流互感器，电压取样电压小母线，每5秒取样一次，主要测试三相有功变化曲线、三相无功变化曲线、功率因数变化曲线、三相电压电流频谱图、三相电压总畸变率、5次谐波电流、电压曲线图、7次谐波电流、电压曲线图。

2）从测试数据来分析，矿井无功变化较大，原有电容器组为固定式投切，造成过补、欠补现象；且没有配置串联电抗器，造成谐波放大，导致谐波超标；系统中5、7次谐波虽然没有超出国家标准，而计算值比测量值大，另外系统的总谐波畸变率为2.96%，5次谐波的电压含量为2.8%，虽然没有超标，但是其含量较大，由于谐波电压含量过大，谐波的大量存在会造成整个系统的用电损耗增加，使设备大量发热，缩短设备的使用寿命，影响设备的正常运转。

3 技术改造方案研究及补偿容量确定

1）为了提高矿井功率因数，降低对系统冲击，抑制电压波动，滤除谐波电流，更新常规采用无功补偿方式，在室内6kV母线上创新采用磁控式动态无功补偿装置。

2）原固定补偿装置正常投运时，无功变化仍然剧烈，无功功率变化较大，功率因数不稳定，考虑到矿井后期增加1800kW，拆除现有固定电容器补偿装置，利用现有高压开关柜，将电容器实际补偿容量由2800kvar，增加到安装容量为4500kvar。配置电抗率为6%的串联电抗器，用于抑制系统谐波。

3）根据系统实测无功功率变化情况，配磁控电抗器容量3200kvar，实现无功功率从1300～4500kvar的连续可调，保证系统电压的稳定，使矿井功率因数稳定在0.95以上。

4 MSVC型磁控式动态无功补偿装置的基本原理

MSVC型磁控式动态无功补偿装置的基本原理是根据自动控制器对系统的无功功率取样，自动调节磁控电抗器的晶闸管控制角，改变铁心的磁导率，使输出电抗值连续可调，从而实现无功平滑补偿，保证了高功率因数。其内部为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高。

5 磁控式动态无功补偿装置的组成

1）磁控式动态无功补偿装置由固定补偿电容器组和一套磁控电抗器组成。

2）动态无功补偿装置由磁控电抗器、晶闸管管阀柜、自动控制屏组成；电容补偿部分由并联电容器、空心电抗器、熔断器、隔离开关、放电线圈组成。

6 应用效果分析

1）MSVC型磁控式动态无功补偿装置的投入实现了矿井无功功率实时动态连续可调，保证系统供电设备工作在最佳状态，避免了过补或欠补，提高了矿井功率因数，使功率因数在0.95～0.98之间，降低线损，提高电压质量。

2）MSVC型磁控式动态无功补偿装置的投入，解决了电容器投切引起过电压、涌流问题，降低合闸涌流，减少对电网和设备的冲击。有效抑制了系统中的5、7次以上谐波，消除不安全隐患，延长补偿设备的使用寿命，保证了矿井安全可靠供电。

3）经济效果

动态无功补偿装置经济效益：

4500 kvar×60%×0.090kW／kvar×20h／d×350d／a×0.6元／kWh＝102.06万元。

磁控电抗器的年损耗费

3200×0.8%×20h／d×350d／a×0.6元／kWh＝10.75万元。

改造后每年直接经济效益为102.06－10.75＝91.31万元。

4）MSVC型无功补偿装置自动化程度高，运行可靠，操作方便，采用大屏幕液晶显示器，图形界面，中文显示和操作提示，使用简单方便，能与变电所自动化微机保护相配套。同时，具有通信接口，实现遥信，遥控。

5）新型MSVC磁控式动态无功补偿装置具有输出谐波小、功耗低、免维护、结构简单、可靠性高、价格低廉、占地面积小、节能效果显著等优点，是目前煤矿企业理想的动态无功补偿装置。