劉永兵

摘 要：為了提高功率因數(shù)改善供電質(zhì)量，我礦變電站6 kV母線Ⅰ、Ⅱ段各安裝一套SVG-3.7Mvar靜止同步動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。該裝置能夠提供從感性到容性連續(xù)、平滑、快速的進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，響應(yīng)速度快，不產(chǎn)生諧波，而且能在補(bǔ)償無功功率的同時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償諧波。抑制電壓波動(dòng)和閃變，平衡和穩(wěn)定了電網(wǎng)電壓。實(shí)際應(yīng)用效果較好，但存在硬件質(zhì)量等問題有待進(jìn)一步改進(jìn)。該裝置對改善配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)供用電，節(jié)能降耗具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：功率因數(shù) 無功 補(bǔ)償 供電

中圖分類號(hào)：TD8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0091-01

1 立項(xiàng)背景

顯德汪礦隨著大量大容量感性設(shè)備的投入，功率因數(shù)遠(yuǎn)低于國家功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法中0.90以上的規(guī)定，月平均增交39.8萬元無功罰款。其大功率提升設(shè)備等頻繁啟動(dòng)引起無功沖擊，造成了電網(wǎng)電壓波動(dòng)與閃變。同時(shí)電子設(shè)備整流裝置使用中產(chǎn)生的諧波，造成了配電網(wǎng)繼電保護(hù)拒動(dòng)和誤動(dòng)以及檢測、監(jiān)控系統(tǒng)誤測、誤報(bào)。使配電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)一步惡化，供電的可靠性、安全性降低。無功沒有就地補(bǔ)償，大量無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，增加了線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗。因此，如何提高功率因數(shù)，改善供電質(zhì)量。安全供電，經(jīng)濟(jì)供電成為我礦急待解決的問題。

2 調(diào)研與選型設(shè)計(jì)

為了達(dá)到較好的無功補(bǔ)償效果，保證電網(wǎng)供電質(zhì)量?？紤]系統(tǒng)諧波、電壓波動(dòng)與閃變達(dá)到國標(biāo)要求，并保證系統(tǒng)總功率因數(shù)達(dá)標(biāo)并且系統(tǒng)輕載時(shí)不過補(bǔ)。針對無功變化較快的情況，在現(xiàn)有治理方案中，以SVG為最佳方案。SVG系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間≤10 ms，可以快速跟蹤負(fù)荷的變化，追補(bǔ)無功尖峰，實(shí)現(xiàn)理想的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。而本身不產(chǎn)生諧波，同時(shí)對電網(wǎng)諧波與背景諧波具備治理能力。是當(dāng)今無功補(bǔ)償領(lǐng)域較為先進(jìn)的補(bǔ)償裝置，技術(shù)成熟。經(jīng)多方調(diào)研、論證，決定與山東泰開電力電子有限公司合作，對6 kV系統(tǒng)進(jìn)行基于柔性技術(shù)的SVG靜止同步動(dòng)態(tài)無功集中補(bǔ)償改造。

我礦35 kV變電站6 kV供電系統(tǒng)，是雙回路、雙母線分段加聯(lián)絡(luò)開關(guān)輻射供電方式。正常運(yùn)行方式，合母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)，一回路運(yùn)行，一回路備用。經(jīng)測算6 kV母線平均功率因數(shù)0.51，功率因數(shù)提高到0.98需要無功功率3.4Mvar，最終確定無功補(bǔ)償容量為3.7 Mvar。為保證補(bǔ)償?shù)倪B續(xù)性、不間斷性，故選用SVG-6/3.7 Mvar靜止動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置兩套，6 kV母線Ⅰ、Ⅱ段各安裝一套。正常時(shí)一套運(yùn)行，一套備用。

3 SVG的工作原理

SVG-3.7 Mvar靜止同步動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置主要由連接電抗器、控制屏、啟動(dòng)柜和功率柜等組成。它以三相大功率電壓源型變流器為核心，其輸出電壓通過電抗器接入6kv系統(tǒng)，與系統(tǒng)側(cè)電壓保持同頻、同相，通過調(diào)節(jié)橋式電路其輸出電壓幅值與系統(tǒng)電壓幅值的關(guān)系來確定輸出功率的性質(zhì)與容量。當(dāng)其幅值大于系統(tǒng)側(cè)電壓幅值時(shí)輸出容性無功，小于時(shí)輸出感性無功。串聯(lián)電抗器的主要作用是將SVG與電網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)能量的緩沖，同時(shí)減少SVG輸出電流的諧波含量。

4 應(yīng)用效果

兩套SVG-3.7Mvar靜止同步動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，于2011年8月安裝調(diào)試運(yùn)行，正常運(yùn)行狀態(tài)下補(bǔ)償效果較好，功率因數(shù)達(dá)0.98以上，電網(wǎng)諧波、電壓波動(dòng)與閃變等電能質(zhì)量經(jīng)測試均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。使用中發(fā)現(xiàn)存在如下幾個(gè)問題，需進(jìn)一步改進(jìn)。

（1）功率柜中功率單元控制板故障率較高，停機(jī)維護(hù)次數(shù)多，時(shí)間長。

（2）整套裝置發(fā)熱量大而通風(fēng)散熱效果不佳，夏季超溫停機(jī)頻繁。對此我們在室內(nèi)安裝空調(diào)解決了此問題。

（3）功率柜內(nèi)各功率單元的IGBT工作中發(fā)熱量較大，散熱采用柜頂安裝大功率抽風(fēng)機(jī)通過風(fēng)道排出室外。由于風(fēng)機(jī)抽風(fēng)的原因，將大量灰塵吸入室內(nèi)和SVG功率柜，因此，定期更換功率柜門的防塵過濾棉，定期清掃功率柜內(nèi)功率單元上的灰塵，經(jīng)常打掃動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償室成為一項(xiàng)準(zhǔn)常態(tài)工作。否則超溫停機(jī)，建議改進(jìn)散熱方式。

5 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益

（1）減少電能損失。

高壓6 kV母線無功就地補(bǔ)償，降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，其中：主供365線路年節(jié)約線路損耗電費(fèi)：補(bǔ)償后流過線路電流減少量ΔI=（P/√3×U×cosφ1）-（P/√3×U×cosφ2）=8000/1.732×35×0.51-8000/1.732×35×0.98=124.1 A。線路損耗有功功率減少P損=3I2R=3×128.652×0.2345Ω/km×7.8 km/1000=90.8 kw。年節(jié)約電費(fèi)：90.8×24小時(shí)×365天×0.7元/kwh=55.68萬元。

（2）減少礦電費(fèi)支出。

未補(bǔ)償前，電力設(shè)備從電網(wǎng)吸取過多的無功電力，沒有達(dá)到無功就地平衡，按供電局頒發(fā)《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》，月平均增收無功罰款39.8萬元。安裝無功補(bǔ)償裝置后每月不僅無罰款，而且還獎(jiǎng)勵(lì)0.95～1.2萬元。

（3）減少主變壓器增容投資。

我礦主變?nèi)萘?2500 kVA，用電高峰期經(jīng)常出現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行，計(jì)劃增容改造。無功就地補(bǔ)償后，功率因數(shù)提高，視在功率S值相應(yīng)下降。也即主供變壓器實(shí)際使用容量減少，相對容量增加了ΔS=S1-S2=P（1/cosφ1-1/cosφ2）。變壓器潛力得到充分挖掘，節(jié)約了變壓器增容一次性資金投入。同時(shí)節(jié)約了每月支付給電業(yè)部門按變壓器容量收取的增容部分基本電費(fèi)。

（4）改善電壓質(zhì)量。

無功就地補(bǔ)償平衡，可較大幅度地減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的線路損耗壓降，改善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電壓質(zhì)量，提高了電氣設(shè)備的工作效率和使用壽命。對國家和礦電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全、可靠運(yùn)行，供用電設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)能降耗起到了重要的作用，具有重大的社會(huì)意義和推廣價(jià)值。endprint