浅谈SCR-D拖动提升机无功补偿和谐波的治理

朱从宽

1 背景

我公司承建某矿业3#探矿井项目，该竖井井筒深1458m，井筒净直径7.5m，采用1 台JKZ-5 和1 台2JKZ-5大型凿井提升机作为人员、物料上下，2 台提升机主电机为直流电机：额定电压为750DCV；额定功率2000KW；均采用SCR-D（晶闸管供电）拖动方式。经用HIOKI 3197 电能质量分析仪现场测试：提升机启动时功率因数很低，仅在0.1～0.2，随着井筒深度的不断延伸，功率因数有所提高，在额定速度运行阶段，但也仅能达到0.7 左右；由于SCR-D 采用相位控制方式调节电压或电流，使电网正弦电压波形受到切割，并由此产生谐波电流，导致供电电网电压波形畸变，测得特定次的谐波电流超出《电能质量公用电网谐波》标准中的允许值。针对普通接触器投切电容器补偿投切速度慢，无法跟踪提升机负荷的快速变化，导致无功过补和欠补严重，同时也不能抑制特定次谐波等问题。因此，对SCR-D传动方式提升机供电系统进行动态无功补偿和谐波治理，对于提高矿井提升机和电网的安全运行可靠性、经济效益意义巨大。考虑是两套独立的SCR-D 传动装置，采用高压侧集中无功补偿和谐波治理较为合理，本案例引用的方案是一套3000kvar 高压静止同步无功补偿装置（SVG+FC）[1]。

2 方案

由于SCR-D 拖动采用移相控制方式调节电压或电流，从而使正弦电压波形受到切割，由此产生谐波电流，导致电网电压波形畸变。提升机属于短时重复工作制的负荷，启动频繁，尤其对于SCR-D 拖动的提升机，启动无功冲击更大，引起电网电压发生波动更加明显，且在整个运行期间功率因数偏低（一般在0.01～0.7），综上所述，SCR-D 拖动提升机对电网的安全运行不利影响主要表现在：谐波电流；平均功率因数低；起动无功冲击大。

为了解决上述问题，项目现场引入了一套高压静止同步无功补偿及滤波装置（SVG+FC），该方案见图1的系统连接方式。

图1 系统连接方式

3 测试与评估

该套高压静止同步无功补偿装置（SVG+FC）安装完毕后，我们用HIOKI 3197 电能质量分析仪，对无功补偿装置投入前后进行了现场测试评估。

3.1 系统频率

无功补偿投入前后，10kV 母线系统频率最大值为50.07Hz，最小值为49.95Hz。均满足电力系统正常运行条件下频率偏差限值允许值为±0.2Hz 国标要求。

3.2 供电电压偏差

无功补偿投入前后，电压有效值最大值为10.50kV，最小值为10.24kV。系统供电电压偏高，供电电压偏差未超出10kV及以下三相供电电压偏差为额定电压的±7%的国标要求。

3.3 电压总谐波畸变率THDu

无功补偿投入前，电压总畸变率最大值为10.5%；无功补偿投入后，电压总畸变率最大值为3.4%，电压总谐波畸变率满足GB/T 14549《电能质量公用电网谐波》的规定，未超过国标规定4%的限值。

3.4 谐波电流

无功补偿投入前，11 次谐波电流为8.9A，13 次的谐波电流为7.9A；无功补偿投入后，11 次谐波电流为5.2A，13次的谐波电流为4.0A，谐波电流允许值满足《GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波》的规定，电流总谐波畸变率THDi 为2.8%，未超过国标规定3%的限值。

3.5 功率因数补偿

通过以上无功补偿投入前、后的趋势数据分析可得出以下结论。

未补偿前：平均无功功率约1.6Mvar（趋势数据），功率因数0.585（截屏数据），功率因数为变动的。

补偿后负荷轻载时：功率因数在0.92～0.96 波动。

补偿后负荷周期性工作时：平均有功功率约0.9MW（趋势数据），平均无功功率约0.3Mvar（趋势数据），则计算得出平均功率因数为0.95。SVG 装置控制系统及10kV 进线保护装置上均显示SVG 装置投入后补偿功率因数0.97 以上。附现场照片见图2、图3。

图2 0kv 进线柜微机保护屏

图3 给SVG 馈电柜微机保护屏

动态响应速度快，相应时间可以达到5m/s，能迅速跟踪补偿负荷变化，能将功率因数一直维持在较高值，并解决无功冲击带来的一系列供电质量问题[2]。

4 结语

采用高压静止同步无功补偿装置（SVG+FC）后，在动态抑制特定次谐波、提高功率因数和补偿电网电压跌落与闪变三方面均发挥积极的作用。该装置自身几乎不产生谐波，不会对系统产生谐波污染，一次解决谐波和无功问题，达到预计的无功补偿、谐波治理效果，改善了矿建施工企业的电能质量，在对SCR-D 传动提升机进行无功补偿和谐波治理过程中，该补偿方式极具借鉴。同时，该套补偿装置采用预装箱箱式设计，便于转场，对于经常更换作业地点的施工企业来说也极为有利。