煤礦電網(wǎng)高壓靜止無功補償技術(shù)研究

孫 凱 李洪國

（1.濟寧礦業(yè)集團海納科技公司，山東濟寧272100；2.新汶礦業(yè)集團孫村煤礦，山東新泰271219）

1 課題的提出

煤礦企業(yè)是用電大戶，解決好電網(wǎng)的無功功率因數(shù)補償和諧波濾波問題，對于提高電能質(zhì)量、降低網(wǎng)絡損耗、節(jié)能、充分利用電氣設備等問題具有重要意義。

孫村煤礦為生產(chǎn)直接服務的降壓站有礦內(nèi)降壓站和北立井降壓站，礦內(nèi)降壓站兩回路35KV電源孫良支線和孫村1#線，其中孫良支線來自東都變電站，孫村1#線來自35KV中心區(qū)配電站；北立井降壓站兩路35KV電源線路，由北風井降壓站轉(zhuǎn)供，其中北立井1#線路東孫線來自東都變電站，北立井2#線路來自泰安頂峰熱電廠。該站安裝一臺SF9-12500/35和一臺SF7-16000/35變壓器，最大負荷9800KW，最小負荷7500KW，平均負荷穩(wěn)定在8000KW。供電系統(tǒng)改造完成，撤除北風井降壓站后，無功補償電容器容量嚴重不足，地面高壓供電系統(tǒng)改造完成后，北立井降壓站負荷由原來的9000KW,增加到11000KW,而撤除北風井降壓站后，固定補償電容器容量減少，不能滿足供電系統(tǒng)的要求；為凈化供電系統(tǒng)、提高功率因數(shù)、提高供電質(zhì)量，對北立井降壓站無功補償系統(tǒng)進行改造，在提高功率因數(shù)的同時，濾除諧波，達到為凈化供電系統(tǒng)、提高功率因數(shù)、減少網(wǎng)絡損耗、提高供電質(zhì)量的目的。

2 方案選擇

提出兩套設計方案，分別為FC濾波器方案和靜止型動態(tài)無功補償（SVG）方案，經(jīng)過詳細的計算和比較之后，選擇使用SVG+FC方案。

3 方案設計

3.1 補償容量確定

本期工程依據(jù)現(xiàn)場的實際情況及用戶的要求，裝設容量為2.5Mvar的SVG及3.6Mvar的FC各一套?？紤]到現(xiàn)場的諧波問題，設置FC為5、7兩組，利用較低次諧波濾波器可抑制高次諧波的特性，可在進行系統(tǒng)無功補償?shù)耐瑫r濾除網(wǎng)內(nèi)含量較大的5次、7次及11次諧波。SVG設備可進行動態(tài)的無功補償，兼有濾除諧波的作用。

3.2 濾波器設計

濾波器設計原則

（1）濾波器發(fā)出的無功應滿足補償功率因數(shù)、抑制電壓波動及閃變的要求；

（2）選取的濾波電容器的額定電壓應保證濾波器的安全可靠運行；應考慮以下因素：

a）母線電壓水平；

d）電網(wǎng)電壓波動引起電壓升高。

（3）濾波器的分組應滿足濾除諧波電流的要求；

（4）濾波器設計時已經(jīng)進行充分的計算機仿真計算及數(shù)據(jù)庫選優(yōu)，經(jīng)多個方案比較，選擇最佳方案；

（5）對選定的濾波器應進行濾波器各種運行方式下的計算機仿真，避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振；

（6）對濾波器的安全運行應進行仔細校驗。

3.3 濾波器設計

根據(jù)以上濾波器設計原則及對現(xiàn)場測試的諧波電流進行分析，將濾波器設為5、7次共2組濾波通道。5次濾波通道基波補償容量為1830kvar，7次濾波通道基波補償容量為1793kvar，母線諧波電流可滿足用戶要求。

表1 濾波器參數(shù)配置表

3.4 濾波器安全性能校核

校核公式如下：

Ic1—流過電容器的基波電流

Icn—電容器的額定電流（A）

UcN—電容器的額定電壓

Uc1—濾波電容器承受的基波電壓

Ucn—流過電容器的諧波電流在電容器兩端產(chǎn)生的諧波電壓

n—諧波次數(shù)

Ucn=Icn/nwC（C為每相電容器的電容值）

Icn—流過電容器的所有諧波電流的均方根值。校核結(jié)果，所有濾波支路能安全運行。

3.5 SVG組成

圖1

本工程SVG容量為2.5Mvar。SVG由一系列的功率單元組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：SVG裝置并網(wǎng)于6kV母線側(cè)，裝置入口電壓為6kV。鑒于目前IGBT的工藝水平和應用需求，榮信SVG選用處于國際領先水平的EUPEC公司的IGBT。

3.6 SVG及FC柜體設計

設備投運后達到的技術(shù)指標和性能考核:

（1）電網(wǎng)實時功率因數(shù)高于0.95（滯后，無過補）。

（2）SVG設備輸出調(diào)節(jié)范圍為-2.5Mvar～+2.5Mvar。

（3）FC設備的5次諧波補償容量約為1.8Mvar，7次諧波補償容量約為1.8Mvar。

（4）SVG設備的系統(tǒng)響應時間≤5ms。

（5）裝置具備完善的控制、保護和報警措施。在裝置故障時應提供報警信號，嚴重故障時可將裝置退出運行。FC裝置除裝有常規(guī)的電流速斷和過流保護外，還具有不平衡電流保護、過電壓保護及低電壓保護等一系列保護措施，確保裝置安全。SVG裝置除裝有常規(guī)的電流速斷和過流保護外，還具有不平衡電流保護、過電壓保護及低電壓保護等一系列保護措施，確保裝置安全。

（6）擴容方便。

（7）滿足國家標準《電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93?？傊C波電壓畸變率≤4.0%（奇次畸變≤3.2%；偶次畸變≤1.6%）。

（8）滿足國家標準《電能質(zhì)量、電壓波動和閃變》GB/T12326－2000。電壓波動范圍：-3%-7%

4 實施效果

改造前北立井降壓站補償容量為2400Kvar，功率因數(shù)為0.80，運行不經(jīng)濟，不能滿足礦井功率因數(shù)不低于0.9的要求，線路年損耗35.66萬Kwh。改造后年節(jié)約電費23.179萬元；減少了諧波對供電系統(tǒng)的影響，提高了供電質(zhì)量，年節(jié)省電能140萬Kwh，節(jié)約電費91萬元。

采用SVG+FC對礦井無功功率因數(shù)進行補償，并進行諧波治理，增強了供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，提高了用電能力，改善了電能質(zhì)量，為礦井安全供電和可靠供電提供了保障。

5 結(jié)語

SVG高壓靜止無功補償技術(shù)是近幾年來發(fā)展起來的一種基于大功率逆變器的無功補償裝置，是電力行業(yè)世界前沿科技柔性交流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，隨著技術(shù)越來越成熟，該技術(shù)具有廣闊的推廣前景。