趙 鯤

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電管理部 寧夏 銀川 750011）

礦井電力系統(tǒng)靜止式無功補(bǔ)償裝置的原理及特點(diǎn)探析

趙 鯤

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電管理部 寧夏 銀川 750011）

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)要求對(duì)無功進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，因此出現(xiàn)了同步調(diào)相機(jī)，它在過勵(lì)磁、欠勵(lì)磁情況下，能根據(jù)系統(tǒng)無功變化情況發(fā)出系統(tǒng)所需的感性或容性無功功率，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。由于該設(shè)備是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，不僅存在運(yùn)行噪聲和損耗較大、維護(hù)復(fù)雜等自身缺陷，而且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)無功的及時(shí)快速跟蹤，因此，同步調(diào)相機(jī)不適合對(duì)系統(tǒng)無功進(jìn)行動(dòng)態(tài)、及時(shí)地補(bǔ)償。

礦井供電；無功補(bǔ)償；電能質(zhì)量；無功沖擊；智能電網(wǎng)；經(jīng)濟(jì)合理

0 引言

煤礦供電系統(tǒng)因其工作的特殊性要求，除必須雙回路供電外，還必須保證其供電系統(tǒng)穩(wěn)定工作，因此，必須盡量抑制電壓波動(dòng)、最大限度地消除各種干擾。但煤礦又具有絞車這種短時(shí)重復(fù)工作制負(fù)荷且功率較大，使得電壓波動(dòng)問題更加突出。由于對(duì)節(jié)能和安全等方面性能的提高，電力電子器件組成的電器傳動(dòng)自動(dòng)化裝置被廣泛應(yīng)用于供電系統(tǒng)中且其容量在不斷增加。這些電控系統(tǒng)會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)造成較大的啟動(dòng)無功沖擊并產(chǎn)生大量諧波，電能質(zhì)量變差，功率因數(shù)降低，使機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率下降，企業(yè)用電損失增加，用電費(fèi)用增加，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益下降。諧波電流會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)中的電器設(shè)備產(chǎn)生損害，不僅造成企業(yè)檢修費(fèi)用提高，而且對(duì)供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下很大隱患?；谝陨戏治觯笃髽I(yè)必須對(duì)供電系統(tǒng)存在的此類危害進(jìn)行治理。無功功率補(bǔ)償技術(shù)(SVC)是一種挖掘現(xiàn)有電力資源潛力、改善電能質(zhì)量、消除此類事故隱患的行之有效的方法之一，對(duì)供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重大的意義。

1 礦井供電系統(tǒng)的問題分析

1.1 電能質(zhì)量問題

供電系統(tǒng)中大量使用電力電子器件，而電力電子器件又是非線性的。因此，由電力電子器件組成的自動(dòng)化裝置電源側(cè)電流不僅存在基波，還含有大量諧波，使得供電系統(tǒng)運(yùn)行功率因數(shù)偏低，對(duì)供電系統(tǒng)造成較大無功沖擊，供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)問題突出。對(duì)于煤礦這種具有絞車類短時(shí)重復(fù)制負(fù)荷的供電系統(tǒng)，此類問題尤為嚴(yán)重，給供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下很大隱患，也會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)中其他運(yùn)行設(shè)備造成影響。隨著電力電子器件容量的不斷增大和它在供電系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，電能質(zhì)量問題越來越突出，對(duì)電能質(zhì)量的治理要求也越來越急迫。

1.2 起動(dòng)無功沖擊問題

一方面，起動(dòng)無功沖擊使供電系統(tǒng)的電壓發(fā)生波動(dòng)，造成機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率下降。另一方面，供電系統(tǒng)中大量無功的存在造成能源的大量浪費(fèi)。我國(guó)供電部門對(duì)無功采取的收費(fèi)方法為“反轉(zhuǎn)正計(jì)”方式，即供電系統(tǒng)吸收無功功率與向電網(wǎng)反送無功功率，均計(jì)算無功電度，由企業(yè)支付費(fèi)用，這就使得供電系統(tǒng)的功率因數(shù)更低，企業(yè)支付的電費(fèi)也要增加，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益下降。

1.3 諧波對(duì)電氣設(shè)備的損害

1.3.1 諧波對(duì)運(yùn)行電機(jī)的損害

諧波對(duì)運(yùn)行電機(jī)的主要損害是:運(yùn)轉(zhuǎn)損耗增加，電機(jī)機(jī)械振動(dòng)增強(qiáng)從而產(chǎn)生更大噪聲，甚至發(fā)生諧波過電壓現(xiàn)象。

1.3.2 諧波對(duì)運(yùn)行變壓器的損害

諧波對(duì)運(yùn)行變壓器的損害主要是:運(yùn)轉(zhuǎn)損耗增加，產(chǎn)生一定溫升，運(yùn)行效率降低，變壓器絕緣壽命縮短。

1.3.3 諧波對(duì)運(yùn)行電纜和并聯(lián)電容器的損害

諧波對(duì)運(yùn)行電纜和并聯(lián)電容器的損害主要是:發(fā)生諧波放大現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)中并聯(lián)電容器因?yàn)檫^電壓或者過電流現(xiàn)象的發(fā)生而受到損壞，嚴(yán)重時(shí)將對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行造成損害。

1.3.4 諧波對(duì)運(yùn)行的變流裝置的損害

諧波對(duì)運(yùn)行的變流裝置的損害主要是:發(fā)生電壓畸變時(shí)，那些不可逆變的設(shè)備控制角產(chǎn)生異常，通過正反饋使系統(tǒng)的電壓畸變放大，變流裝置工作異常;對(duì)那些不可逆變的設(shè)備裝置有可能因電壓畸變而換流失敗，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)使變流器裝置損壞。

1.3.5 諧波對(duì)通信信號(hào)產(chǎn)生干擾，使正常信號(hào)傳輸受到影響。

1.3.6 諧波對(duì)供電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置也會(huì)產(chǎn)生損害。

2 靜止式無功補(bǔ)償裝置的原理和特點(diǎn)

2.1 具有飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置的工作原理和特點(diǎn)

具有飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置分為自飽和電抗器補(bǔ)償裝置和飽和電抗器補(bǔ)償裝置兩種。自飽和電抗器補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身鐵芯的飽和特性來決定吸收和發(fā)出無功的大小，以此來穩(wěn)定電壓。飽和電抗器補(bǔ)償裝置是依靠工作繞組中控制電流的大小來控制自身的飽和程度，從而控制自身繞組的感抗，決定吸收和發(fā)出無功的大小。早在上個(gè)世紀(jì)60年代，這種裝置就在英國(guó)制成，此后美國(guó)通用電氣公司也制成了此類靜止無功補(bǔ)償裝置。這種裝置中的兩類飽和電抗器費(fèi)用較高，比普通電抗器要高出三倍;同時(shí)運(yùn)行中還存在噪聲及振動(dòng)，且其鐵芯損耗較大，是普通電抗器損耗的三倍;工作中調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)，補(bǔ)償速度較慢，這些缺陷的存在使其沒有得到廣泛應(yīng)用。

2.2 晶閘管投切電容器的無功補(bǔ)償裝置的工作原理和特點(diǎn)

2.2.1 控制方式

依據(jù)控制物理量的不同，將晶閘管投切電容器的控制方式分為無功功率控制、功率因數(shù)控制和多參量綜合控制。無功功率控制是依據(jù)實(shí)測(cè)的電流、電壓及功率因數(shù)等參數(shù)，計(jì)算出應(yīng)投入的電容容量，在電容器的組合方式中選出一組最相近又不過補(bǔ)的組合方式來進(jìn)行電容器的投切。如果計(jì)算出應(yīng)投入的電容容量小于電容器組中的最小值，則不進(jìn)行投切，保持原補(bǔ)償狀態(tài);如果計(jì)算出的應(yīng)投入電容容量等于或大于電容器組中的最小值，則進(jìn)行投切。功率因數(shù)控制是依據(jù)用戶設(shè)定的功率因數(shù)，由實(shí)測(cè)功率因數(shù)控制所需投入的電容容量，電容器組投切后，只有當(dāng)設(shè)定的功率因數(shù)在實(shí)測(cè)功率因數(shù)的最小值與最大值之間且電壓在允許數(shù)值之內(nèi)時(shí)，才能穩(wěn)定工作。無功功率控制方式的控制和檢測(cè)對(duì)象是同一物理量，技術(shù)上雖可行，但檢測(cè)難度較大。功率因數(shù)控制方式的控制目標(biāo)明確，但輕載時(shí)投切容易產(chǎn)生振蕩，重載時(shí)投切又很難達(dá)到充分補(bǔ)償。兩種補(bǔ)償方式都存在一定局限，而多參量綜合控制方式即可解決這一難題。

2.2.2 投切方式

上世紀(jì)七十年代以來，所使用的補(bǔ)償柜均為機(jī)械式接觸器，有些至今仍在采用。該接觸器觸頭三相不能分開，接觸器的分合三相必須同時(shí)進(jìn)行，對(duì)投切電容器來說無法選擇適合的相位角。這使得一次性投入的電容值被限制，而不得不分幾次將能一次性投入的電容進(jìn)行投切，這必然會(huì)使補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性降低，裝置的響應(yīng)速度也必然會(huì)減慢。接觸器在投切電容器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊電流，經(jīng)常會(huì)造成接觸器觸頭間打火燒焊現(xiàn)象，使接觸器發(fā)生故障，從而影響裝置的正常工作。因此，在使用過程中必須經(jīng)常對(duì)接觸器觸頭進(jìn)行維護(hù)，更換損壞嚴(yán)重的觸頭，這不但增加經(jīng)費(fèi)投入，而且對(duì)裝置運(yùn)行的可靠性也有很大影響。大功率晶閘管的出現(xiàn)為替換機(jī)械式交流接觸器提供了可能。

2.2.3 補(bǔ)償方式

目前，補(bǔ)償方式分為三相分補(bǔ)、三相共補(bǔ)、混補(bǔ)。三相分補(bǔ)依據(jù)系統(tǒng)各相的無功功率補(bǔ)償需求來進(jìn)行無功補(bǔ)償，投切相匹配的電容器組，電容器連接形式采用星形連接法。三相共補(bǔ)依據(jù)系統(tǒng)總的無功功率補(bǔ)償需求來進(jìn)行無功補(bǔ)償，投切相匹配的電容器組，電容器連接形式為三角連接法。三相共補(bǔ)用兩組晶閘管作為控制器件，在裝置運(yùn)行期間，為防止晶閘管損壞，提高裝置運(yùn)行可靠性，運(yùn)行中必須對(duì)晶閘管兩端的電壓進(jìn)行檢測(cè)，只有電壓為零時(shí)，晶閘管導(dǎo)通，這就是晶閘管的過零檢測(cè)。

3 結(jié)束語

總之，現(xiàn)代電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是向著優(yōu)化補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)平滑調(diào)節(jié)方向發(fā)展。我國(guó)現(xiàn)在正大力發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù)，智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化、互動(dòng)化為特征的統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能化電網(wǎng)。

［1］朱金奇.TCR+FC靜止型無功補(bǔ)償裝置(SVC)原理與應(yīng)用[J].電氣工程與應(yīng)用,2006(3):40-42.

［2］蘇玲,宋珊,陳建業(yè).靜止無功補(bǔ)償器(SVC)應(yīng)用的最新進(jìn)展[J].國(guó)際電力,2004,8(1):44-49.

趙鯤（1978—），男，漢族，安徽阜陽人，2003年畢業(yè)于寧夏大學(xué)機(jī)電一體化工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)主要從事煤礦電氣管理方面的工作。

王洪澤］