夏 凱

SVC型高壓無功動態(tài)補(bǔ)償裝置在礦井中的應(yīng)用

夏 凱①

(淮南礦業(yè)集團(tuán)望峰崗礦井)

望峰崗礦井采用SVC型高壓無功動態(tài)濾波補(bǔ)償裝置,實現(xiàn)無沖擊動態(tài)無功補(bǔ)償,提高功率因數(shù)、科學(xué)治理諧波。介紹了該礦通過在10 k V母線側(cè)并聯(lián)相控電抗器的無功補(bǔ)償電容組濾除了高次諧波,功率因數(shù)穩(wěn)定在0.95。

礦井供電;功率因數(shù);濾波;無功補(bǔ)償

現(xiàn)代化礦井使用大量的電機(jī),無功功率很大,特別是立井提升機(jī)采用晶閘管電控系統(tǒng)(SCR-D),在啟動時,無功沖擊更大,引起電網(wǎng)電壓發(fā)生波動,同時晶閘管整流器等產(chǎn)生大量的高次諧波。

為了有效的補(bǔ)償無功功率(特別是沖擊性無功)和濾除高次諧波,使電壓和電流回歸正弦波,礦井采用在10 kV側(cè)安裝無功動態(tài)濾波補(bǔ)償裝置,它可以向系統(tǒng)提供容性無功,提高功率因數(shù),同時又能有效濾除高次諧波,平衡三相電網(wǎng)。

1 功率因數(shù)問題

礦井提升機(jī)的晶閘管電控系統(tǒng)具有調(diào)速平穩(wěn)準(zhǔn)確、效率高、容易維護(hù)、可引入計算機(jī)監(jiān)控等優(yōu)點。相當(dāng)于一個感性負(fù)載,隨著控制角的改變,其功率因數(shù)也會發(fā)生變化。即使晶閘管裝置副邊接的是純電阻,也具有感性特征。晶閘管電路的功率因數(shù)通常較低。同時,礦井井下大量感性電動機(jī)的使用,也使礦井的無功功率變低。因此,需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。

2 沖擊電壓降問題

大型負(fù)載起動時,需較多的無功功率,如電網(wǎng)容量較小,則會發(fā)生電壓降落。周期性重復(fù)起動,會造成電壓波動,甚至出現(xiàn)“閃變”。電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性是衡量電網(wǎng)電壓質(zhì)量的一個重要條件,而電壓波動的允許值是與其出現(xiàn)的頻度有關(guān),我國于2000年頒布了《電能質(zhì)量電壓允許波動和閃變》(GB12326-2000)國家標(biāo)準(zhǔn)。對于礦井提升機(jī)這類負(fù)載,電壓波動一般不大于5%

3 對諧波的抑制

由于大量使用以晶閘管為主要開關(guān)器件的整流及變頻設(shè)備,這些設(shè)備都是大量產(chǎn)生諧波的發(fā)源地。電容器直接補(bǔ)償容易引起諧波放大,造成電器元件損害受到諧波的危害,必須要濾除高次諧波,使電壓和電流回歸正弦波?；茨系V業(yè)集團(tuán)望峰崗礦通過在10 kV母線側(cè)并聯(lián)相控電抗器的無功補(bǔ)償電容組來濾除高次諧波。

4 補(bǔ)償裝置容量的確定

望峰崗礦井2臺主變?nèi)萘繛?0 000 k VA。當(dāng)?shù)V井有功功率即礦井計算負(fù)荷無法統(tǒng)計出來,有一種粗略計算方法：

式中：

S—單臺變壓器滿負(fù)載容量;

cos Q1—補(bǔ)償前自然功率因數(shù),取0.82;

cos Q—補(bǔ)償后功率因數(shù),取0.95。

根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗,一般按變電所主變總?cè)萘?40 000 kVA)的10%～30%來確定無功補(bǔ)償裝置的容量?？紤]到變電所2臺變壓器同時運(yùn)行,另一臺變壓器運(yùn)行容量為60%,則總?cè)萘?S)為64 000 k VA。故并聯(lián)電容器的容量為6 400～19 000 k Var。綜合以上原因,電容器容量取14 000 kVar。

5 補(bǔ)償裝置安裝后的增容量

在選定電容器容量后,可以對比看出安裝動態(tài)無功功率補(bǔ)償前后的差別。

安裝動態(tài)無功補(bǔ)償前的視在電流：

安裝動態(tài)無功補(bǔ)償前的有功電流：

安裝動態(tài)無功補(bǔ)償后視在電流降低：

6 SVC型高壓無功動態(tài)補(bǔ)償裝置的工作原理

SVC稱為“靜止型動態(tài)無功補(bǔ)償器”,主要用于補(bǔ)償用戶母線上的無功功率,這是通過無功功率來實現(xiàn)的。用Qs表示系統(tǒng)總無功功率,Qv為用戶負(fù)荷的無功功率,Qtcr為晶閘管控制電控的無功功率,Qc為電容器無功功率,上述平衡過程可以用公式來表達(dá):Qs=Qv+Qtcr-Qc=常數(shù)=0。無功補(bǔ)償原理示意圖,見圖1。

安裝動態(tài)無功補(bǔ)償后的增容量：

圖1 無功補(bǔ)償原理示意圖

如圖1所示,A為系統(tǒng)工作點。負(fù)荷工作時產(chǎn)生感性無功Qv,補(bǔ)償裝置中的電容器組提供固定的容性無功Qc,一般情況下后者大于前者,多余的容性無功由TCR平衡。當(dāng)用戶負(fù)荷Qv變化時,SVC控制系統(tǒng)調(diào)節(jié) TCR電流改變Qtcr值,實時抵消負(fù)荷無功,動態(tài)維持系統(tǒng)的無功平衡。

7 三相不平衡負(fù)荷的調(diào)節(jié)方法

對于不對稱負(fù)荷,采用分相調(diào)節(jié)。TCR相當(dāng)于一個可調(diào)電納,利用 STEINMETZ分相調(diào)節(jié)理論,SVC能夠?qū)⒇?fù)荷補(bǔ)償為純有功的三相平衡系統(tǒng)。該礦SVC控制系統(tǒng)主要采用補(bǔ)償電納,公式如下：

式中：

Brab、Brbc、Brca—分別為 △形連接的補(bǔ)償電控器電納值;

U—系統(tǒng)電壓有效值;

uab、ubc、uca—系統(tǒng)線電壓瞬時值;

ia(l)、ib(l)、ic(l)—系統(tǒng)電流瞬時值;

T—采樣周期,為10 ms;

8 SVC控制系統(tǒng)組成

SVC控制系統(tǒng)由控制柜、脈沖柜和功率單元三部分組成。

控制柜主要是采集現(xiàn)場的電壓、電流信號,計算處理后發(fā)出觸發(fā)脈沖,同時監(jiān)測晶閘管運(yùn)行狀況。

脈沖柜主要是將脈沖轉(zhuǎn)換為符合要求的脈沖信號,實現(xiàn)觸發(fā)。

功率單元由晶閘管、阻容吸收、熱管散熱器、脈沖變壓器、BOD板和擊穿檢測板六部分組成,串入電控器回路,在脈沖信號控制下操縱晶閘管導(dǎo)通,使電抗器流過預(yù)期的補(bǔ)償電流。

9 SVC型補(bǔ)償裝置的特點

SVC補(bǔ)償裝置特點如下：

1)在10 kV母線設(shè)置一套晶閘管相控電抗器TCR,容量為 14 MVar;同時設(shè)置 H3、H5、H7、H11、H13等5個濾波通道。其中 H3安裝容量為3 720 k Var、H5安裝容量為3 720 k Var、H7安裝容量為3 360 kVar、H11安裝容量為 3 360 kVar、H13 安裝容量為5 040 kVar。

2)SVC裝置連接在10 kV母線上,SVC中的TCR、H3 H5、H7 H11、H13通道分別采用1個開關(guān)供電,共4臺開關(guān)柜。見圖2。

3)TCR為三角型接線;H3、H5、H7、H11、H13為雙星型接線;H3 H5、H7 H11、H13通道分別為濾除 3次、5次、7次、11次、13次諧波。

4)SVC采用高可靠的可控硅閥技術(shù),標(biāo)準(zhǔn)組架式結(jié)構(gòu),高效熱管冷卻和全密閉純水冷卻,光電觸發(fā)和光觸發(fā)。

5)采用世界最先進(jìn)的光控晶閘管技術(shù),具有觸發(fā)功率小、BOD保護(hù)效果好、EMI抗電磁干擾性強(qiáng)、外圍電路少、壽命長等特點 。

圖2 望峰崗礦井無功動態(tài)濾波補(bǔ)償裝置圖示意圖

10 補(bǔ)償裝置操作順序、聯(lián)鎖關(guān)系及保護(hù)配置

1)合閘順序：先合相控電抗器開關(guān),再依次合H3 H5、H7 H11、H13開關(guān);分閘順序：先分 H13開關(guān);再依次分 H7 H11開關(guān)、H3 H5開關(guān)、相控電抗器開關(guān)。

2)合閘條件：相控電抗器開關(guān)柜的合閘條件為SVC控制柜給出合閘允許信號。濾波器各個通道(H3～H13)的合閘必備條件為：相控電抗器合閘后,較低次濾波通道再合閘。

3)當(dāng)保護(hù)動作跳閘時跳閘順序：相控電抗器開關(guān),再依次跳 H3 H5、H7 H11、H13開關(guān) ,即相控電抗器開關(guān)跳閘時,全部濾波通道隨之跳閘。當(dāng)某次濾波通道跳閘時,高于該次的濾波通道也隨之跳閘。

4)相控電抗器開關(guān)柜設(shè)速斷、過流;濾波器高壓開關(guān)柜設(shè)置速斷、過流、過壓、失壓保護(hù);5組濾波通道各設(shè)1臺綜保裝置,設(shè)有速斷、過流、過壓、失壓,差流保護(hù)。

11 結(jié) 論

本文主要論述了SVC型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置在礦井中的應(yīng)用,給出了補(bǔ)償容量的確定方法,介紹了裝置的原理、優(yōu)點和設(shè)備在實際應(yīng)用中的操作順序。

望峰崗礦自無功動態(tài)補(bǔ)償裝置投運(yùn)以來,產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定,其能隨負(fù)載的變化而實現(xiàn)快速精確調(diào)節(jié),穩(wěn)定母線電壓,抑制了無功沖擊以及大量的高次諧波,提高了礦井功率因數(shù)并穩(wěn)定在0.95。

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1672-0652(2010)增刊-0004-03

夏 凱 男 1981年出生 2006年畢業(yè)于安徽理工大學(xué) 助理工程師 淮南 232001

2010-05-18