南衛(wèi)國(guó)

(山西約翰芬雷華能設(shè)計(jì)工程有限公司)

現(xiàn)代煤礦供電電網(wǎng)系統(tǒng)中，交直流傳動(dòng)設(shè)備為主要的負(fù)載設(shè)備(如采煤機(jī)、皮帶機(jī)等)，該類設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中，存在功率因數(shù)偏低的現(xiàn)象，影響了煤礦供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，進(jìn)而加重了電能損耗。針對(duì)某煤礦供電系統(tǒng)存在的上述問題，本研究在分析SVG無功補(bǔ)償技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將其應(yīng)用于該礦供電系統(tǒng)中。

1 礦山概況

某礦山于20世紀(jì)80年代中期建成投產(chǎn)，采用露天開采方式，采選規(guī)模為80～90萬t/a[1]。該礦供電系統(tǒng)包含了1個(gè)高壓變電站，變壓額定值為110 kV，其中包含了2個(gè)額定容納較大的電容式，用于電路無功功率補(bǔ)償，其補(bǔ)償對(duì)象為6 kV一側(cè)母線的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段。由于Ⅰ、Ⅱ段使用頻繁，為滿足電網(wǎng)穩(wěn)定性的要求，需要安裝FC諧波補(bǔ)償裝置，其額定值為7.7 Mvar[2]。在FC諧波補(bǔ)償裝置以及電容室的共同作用下，6 kV母線段的無功補(bǔ)償情況見表1。通過FC諧波補(bǔ)償裝置，輔助以電容室，可能出現(xiàn)過補(bǔ)或欠補(bǔ)現(xiàn)象。

表1 6 kV母線段無功補(bǔ)償情況

2 SVG監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)

煤礦供電系統(tǒng)中，SVG監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)線電壓、線電流等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。SVG監(jiān)控系統(tǒng)可以顯示出每小時(shí)、每天、每個(gè)月的功率因數(shù)的統(tǒng)計(jì)信息，并且能夠記錄供電系統(tǒng)中各類設(shè)備各個(gè)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄每一位用戶的操作信息，方便隨時(shí)查閱；當(dāng)供電系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生異常情況時(shí)，SVG監(jiān)控系統(tǒng)可以自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)附帶實(shí)時(shí)繪圖工具，如果需要變更接線操作，可直接繪制出新的接線圖；SVG監(jiān)控系統(tǒng)通過Modbus通訊協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行[3-5]。

3 SVG無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用

3.1 SVG控制方式

應(yīng)用SVG無功補(bǔ)償技術(shù)能夠有效控制煤礦供電系統(tǒng)運(yùn)行，通過靜止無功發(fā)生器可有效調(diào)節(jié)自身無功電流，因而又被稱作電流直接控制，反之是間接控制。其中，電流直接控制應(yīng)用最為廣泛，無需測(cè)量交流電壓基波相位和幅值，即可滿足靜止無功發(fā)生器在運(yùn)行中直接對(duì)無功電流進(jìn)行測(cè)量的要求，進(jìn)而對(duì)無功功率進(jìn)行控制。

3.2 SVG運(yùn)行測(cè)試

3.2.1 測(cè)試條件

(1)供電情況。經(jīng)過上一級(jí)的供電公司，35 kV變電站直接提供3條進(jìn)線，1#線屬于工作進(jìn)線，2#線為備用線，3#線尚未形成。在直接閉合了35 kV母線后，通過3臺(tái)主變，便可將其劃分成為2段，保持6 kV的額定值，可以直接提供電能，并且可以對(duì)其一端進(jìn)行測(cè)試。

(2)負(fù)荷情況。對(duì)母線負(fù)荷情況進(jìn)行測(cè)試：1臺(tái)3 600 kVA變壓器作為主井提升機(jī)，包含了12脈整流，主井電機(jī)為2 250 kW，可以實(shí)現(xiàn)直接傳動(dòng)；1臺(tái)1 600 kVA變壓器作為副井提升機(jī)，包含了6脈整流，1臺(tái)1 000 kW電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)直接傳動(dòng)，另外還有2臺(tái)主扇風(fēng)機(jī)，其中1臺(tái)備用。在進(jìn)行具體測(cè)試時(shí)，需要確保母線能夠正常的運(yùn)行，即承重運(yùn)行。其母線Ⅰ段能夠滿足供電要求。

(3)測(cè)試方法。由于諧波變化不穩(wěn)定，每間隔3 ms 便可進(jìn)行1次數(shù)據(jù)采集。為確保所測(cè)數(shù)據(jù)能夠反映實(shí)際情況，每1個(gè)工作循環(huán)都應(yīng)進(jìn)行1次數(shù)據(jù)采集，總采集次數(shù)不少于8次。本研究采樣點(diǎn)設(shè)置于母線I段進(jìn)線位置。在投入SVG運(yùn)行后，針對(duì)煤礦供電系統(tǒng)大功率負(fù)載情況，便可進(jìn)行波形以及電能數(shù)值測(cè)試[6-8]。

3.2.2 測(cè)試結(jié)果

該煤礦在以往無功補(bǔ)償?shù)那疤嵯轮C波電流測(cè)試值與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比見表2。在投入SVG靜止型無功發(fā)生器之前，該礦供電系統(tǒng)參數(shù)見表3。

表2 諧波電流值 kVA

表3 投入SVG之前的供電系統(tǒng)參數(shù)%

分析表2、表3及相關(guān)測(cè)試結(jié)果可知：母線I段的11、13次的諧波電流均超出了標(biāo)準(zhǔn)值，導(dǎo)致其功率因素偏低；長(zhǎng)時(shí)間閃變超出標(biāo)準(zhǔn)值2倍；無功沖擊較大。在SVG固定補(bǔ)償裝置正式使用之后，如果存在母線負(fù)荷偏小的現(xiàn)象，便可能出現(xiàn)無功功率過補(bǔ)的問題，使得系統(tǒng)啟動(dòng)過于頻繁，影響了系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性[9-10]。

在SVG投入運(yùn)行后，對(duì)供電電網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試(測(cè)試時(shí)間為2017年1月32日)，確保高次諧波的電流能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值要求。提升6 kV母線一側(cè)的功率因數(shù)，確?？梢赃_(dá)到0.98，無功沖擊最大值會(huì)有所降低。在投入SVG后的供電系統(tǒng)參數(shù)見表4。

表4 投入SVG后的供電系統(tǒng)參數(shù) %

投入SVG后的三相電流波形以及電壓波形分別如圖1、圖2所示。分析圖1、圖2可知：三相電壓相對(duì)穩(wěn)定，在某一時(shí)刻負(fù)載會(huì)出現(xiàn)變化，電流也會(huì)隨之增加，三相電壓會(huì)降低至6 kV，在負(fù)荷變小時(shí)，電壓穩(wěn)定為6.2 kV。

圖1 SVG投入后的電網(wǎng)線電壓

圖2 SVG輸出的三相電流

圖3上方曲線為三相電流波形，下方曲線則是經(jīng)過SVG無功補(bǔ)償后三相電流波形?？梢?，采用SVG可以有效進(jìn)行系統(tǒng)無功補(bǔ)償。圖4為不同功率單元的電壓波形，無論是最大電壓值，還是最小電壓值均能達(dá)到800 V。

圖3 網(wǎng)側(cè)電流和SVG回路電流

圖4 SVG功率單元的電壓波形

4 結(jié) 語

針對(duì)某煤礦現(xiàn)有的無功補(bǔ)償裝置FC投切電容器的不足，采用SVG靜止型無功補(bǔ)償發(fā)生器作為新的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。實(shí)踐表明：SVG可以有效的對(duì)該礦供電系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，抑制諧波污染，提高供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。