矿井电网无功补偿改造中SVG的选型应用

宗曙光

摘要：本文主要对枣矿集团柴里煤矿现用电容器式无功补偿装置运行进行分析，并根据运行情况进行分析计算，提出升级选型主要性能参数，并对改造应用效果进行了分析总结。

关键词：无功补偿;SVG 选型;应用

Abstract： This article mainly analyzes the operation of the current capacitor type reactive power compensation device in Chaili Coal Mine of Zao Mining Group， analyzes and calculates according to the operating conditions， proposes the main performance parameters of the upgrade and selection， and analyzes and summarizes the application effects of the transformation.

0  引言

随着煤矿机电设备综合机械化、自动化程度的不断提升，大功率电动机和大型综采设备、变频设备的不断投入，大量非线性负载的冲击性和不平衡性，致使电网无功功率损耗逐渐增加，设备受电端电压下降，启动及工作电流增大，带来大量不必要的电能损耗，导致煤矿电网供电质量与稳定性下降，电能利用率大大降低，给安全生产带来较大影响。

为补偿电网无功损耗，有效提高电网功率因数，柴里煤矿在建井初期采用無功补偿方式为并联电容器集中补偿的方式，虽然这种补偿设备价格便宜，但由于电容补偿量固定，虽然期间更换过电容器，但仍不能实现系统无功的动态补偿，当系统内存在谐波时，可能发生并联谐振，放大谐波电流。

为有效解决并联电容器补偿方式的的缺陷，将机电设备由自动化向智能化推进，经调查研究决定对现有补偿方式进行升级改造，使用性能更为完善的动态无功补偿与谐波治理装置（SVG）。

1  并联电容器补偿运行状态分析

并联电容器装置2008年安装，补偿效率较低，随着补偿需求的增加，各类仪表已出现超量程现象、综合保护器也不能根据设置的功率因数对电容器进行自动投切。补偿容量的不足带来的弊端更是愈加凸显，主要体现在以下几个方面：

①电网从远端传送无功，费用较高;②负荷的无功冲击影响本地电网和上级电网的供电质量;③负荷的不平衡与谐波影响电网的电能质量和稳定性。

稳定的电力系统需要足够的带载能力和电能质量，必须能够根据用电负荷的变化对电网进行实时的无功、不平衡和谐波补偿。

电力行业内无功补偿方式历经了由并联电容器至SVC补偿，到目前的SVG补偿方式。经调查调研，目前采用并联电容器进行无功补偿的方式因补偿能力低下，已逐渐被淘汰退出市场。

随着电力电子技术的发展，SVG补偿方式投入市场后，已经过多年检验，补偿效果明显提高。根据电网后级负载运行方式特点及系统需求，SVG通过内部计算，可以自动调节输出系统所需要的容性或感性的无功功率。此时，SVG可以理解为容量大小可以实时动态变化调节的电容或电抗器。

2  对新投入无功补偿（SVG）的要求

①要求设备响应速度快，能有效抑制电压波动及闪变。②适应能力强，在各种场合与各种负荷配合下不发生谐波放大。③占地面积小，现柴里矿6kV电容器室场地已固定，不再另建场地。④电压偏低与偏高时均具备较强的自动无功补偿能力，尤其是必须能根据柴里矿自备电厂与上级电网之间的关系（输送或吸收无功），自动进行功率因数调节，以满足电业公司规定。⑤能同时治理谐波与不平衡等多种电能质量问题。

3  补偿方式的选择

通过对无功补偿生产厂家调研，对目前使用的SVC、SVG各项性能进行对比如表1。

在安装费用相差不大的前提下，采用性能更优SVG补偿方式性价比较高。

4  补偿容量确定

根据柴里矿的负荷情况，补偿容量计算如下：

4.1 现场所需容性无功

所需容性无功是考虑矿自备电厂所有发电机均不工作的情况，所有负荷工作所需要的最大容性无功功率。

根据统计，现场最大负荷按18000kVA计算，负荷的平均功率因数按0.8计算，则将功率因数补偿到1（由于柴里矿有自备电厂，会导致现场的有功功率很低，所以要想达到很高的月平均功率因数，此处必须将所有无功功率均补偿掉来计算）所需要的无功功率为：

其中，Φ2和Φ1为补偿前后的电角度。

4.2 现场所需感性无功

现场所需感性无功是考虑所有自备电厂发电机均工作，且负荷均不工作的工况下，补偿所有发电机发出的容性无功功率所需要的感性无功功率。

3台发电机工作的总功率按20000kW（2台5000kW，1台10000kW）计算，自然功率因数按0.85考虑，则发电机发出的总的容性无功功率为12395kVar，即补偿发电机工作时所需要的感性无功功率为12395kVar。

根据以上计算，取二者中的大值即12395kVar，同时考虑留有一定补偿容量，计划在每段6kV母线上安装一套容量为6.2Mvar的SVG，单套设备可实现-6.2Mvar（感性）～6.2Mvar（容性）之间无功功率的实时连续平滑调节。

根据以上计算，计划在35kV变电所6kV两段母线各安装一套无功补偿装置（6kV 5.3Mvar SVG）。以6kV电网的功率因数或6kV母线平均电压作为控制器运行工作目标，工作目标可以根据电网运行随时调整设置，并根据设置的目标电压或目标功率因数，实时动态跟踪电网参数的变化，并根据参数变化情况，装置动态调节系统所需要补偿的功率。因两套SVG设备对两段母线都采用双点采样，因此可实现电网按设置的高功率因数运行，实现智能补偿。

5  改造后的效果

①运行方式方面：每段各安装1套SVG，2套SVG能够兼顾到各自运行情况下的正常补偿，不会因为运行方式的改变而影响系统的正常补偿。

②数据采样方面：每套SVG均获取信号：6kV本侧、他侧进线（1#进线、2#进线）电流采样信号，并可以根据变压器运行情况自动识别并内部切换采样以便适应变压器运行变化;6kV本侧进线电压采样信号;6kV母联状态信号;他机运行状态信号;6kV本侧馈电柜开关状态信号;本机RS485通讯信号至监控室工控机。

③目标调整方面：可对计量点功率因数目标调整，设定目标功率因数、目标电压，实现自动运行。通过综合目标电压、目标功率因数自动均衡实现6kV线路损耗最小，同时保证6kV电压运行在安全区域;可以满足现场各进线、各母联切换下的各种运行方式要求，实现在线平滑过渡，并进行自动处理，不需要人工特殊干预。

④经济效益方面：功率因数是上级电力考核部门对我矿考核的主要参数，目前每月平均罚款约10万，最高月达19万，两段母线安装SVG后，6kV电网的功率因由现在的平均0.85，最低时0.76，安装后可提升到平均0.95以上，在电厂正常发电情况下，可大大降低或避免上级部门对我矿的用电损耗罚款。

⑤安全性能方面：该装置设备响应速度快，在用电负荷发生较大变化时，能有效抑制由此带来的电网电压波动及闪变，提高电网运行稳定性，保障后级用电设备正常运行，减少由此带来的对设备、线路的伤害，降低设备事故率及维修费用。

⑥适应能力方面：SVG設备适应能力强，目前矿井下采煤使用大功率电机，地面各厂房设备也增加较多，该设备能适应我矿负荷增大后对电网的稳定性需求，起到稳定电压作用。

⑦设备结构方面：装置占地面积小，现6kV电容器室场地已固定，空间较小，没有条件再另外建设专用设备室，只有利用现有电容器室，撤除旧电容器后安装新设备，不需要再建筑新厂房。

⑧与电厂配合方面：我矿供电网络复杂，既有上级杜柴线、欢柴线、富源线，又有内部发电厂，矿内发电厂即可能向网络发送无功，也可能从网络吸收无功，在多种复杂条件下，必须及时自动的对电网进行调节，以满足电业公司考核要求。

⑨谐波治理方面：设备在多种场合与各种负荷配合下不发生谐波放大，可有效避免因谐波放大而发生谐振，净化电网环境，滤除电网“垃圾”，能同时治理谐波与不平衡等多种电能质量问题，提高电能质量，满足用电设备需求。

6  结论

由于SVG能够根据负荷性质大小从电网中连续吸收或输送无功功率，并可实现实时调节。有效提高电网有功与无功之间的平衡能力，根据设置的电压目标进行系统稳定，使用户追求的电能质量和可靠性得到保障，经过多年现场使用改进提升，SVG型动态无功补偿装置目前已成为煤矿无功补偿的主流，目前以电力电子元器件为核心的大功率电气设备在煤矿生产系统中陆续推广应用，煤矿机电设备的自动化、智能化水平也将得到更大提升。

参考文献：

[1]葛维春.电网电压稳定性与动态无功补偿[M].科学出版社，2018.

[2]王兆安，杨君，刘进军，王跃.谐波抑制和无功功率补偿[M].机械工业出版社，2006.

[3]张利生.电网无功控制与无功补偿[M].中国电力出版社，2012.