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1用戶(hù)現場(chǎng)情況

1.1現場(chǎng)概況

該煤礦是兗礦集團的下屬煤礦之一。該煤礦某礦井變電所系統采用兩回路6kV進(jìn)線(xiàn)，中間有聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)，每段母線(xiàn)上各有Y3555-4/250kW/6kV壓風(fēng)機2臺、Y4504-6/630kW/6kV扇風(fēng)機1臺、350kVA和1250kVA（生活區供電）變壓器各1臺、井下供電回路1回（采煤、掘進(jìn)等）。負載主要為感性負載，井下有低壓變頻器。

圖1 礦井變電所系統6kVⅠ框圖

圖2 礦井變電所系統6kVⅡ框圖

圖1、圖2為礦井變電所系統6kVⅠ段、6kVⅡ段示意圖，Ⅰ、Ⅱ段母線(xiàn)通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)19和隔離開(kāi)關(guān)20相連，當其中一段母線(xiàn)出現問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)將兩個(gè)開(kāi)關(guān)合上用另一段母線(xiàn)實(shí)現供電。

1.2 現場(chǎng)電網(wǎng)實(shí)際測量結果

礦方對礦井變電所實(shí)際電網(wǎng)的運行工況，進(jìn)行了測量，數據測量結果如下：

（1）6kVⅠ段母線(xiàn)系統有功、無(wú)功及功率因數運行情況

6kVⅠ段母線(xiàn)系統有功、無(wú)功及功率因數測量數據如圖3所示。

圖3 6kVⅠ段母線(xiàn)系統有功、無(wú)功及功率因數運行情況

補償前：cosφ1=0.78，則tgφ1=0.802

補償后：cosφ2=0.95，則tgφ2=0.328

系統無(wú)功功率Qc=P*(tgφ1-tgφ2)=2513*(0.802-0.328)=1191kvar

通過(guò)有功、無(wú)功及功率因數的總趨勢圖可以算出Ⅰ段母線(xiàn)所需補償容量約為1.2Mvar。

（2）6kVⅡ母線(xiàn)系統有功功率、無(wú)功功率及功率因數運行情況

6kVⅡ段母線(xiàn)系統有功、無(wú)功及功率因數測量數據如圖4所示。

圖4 6kVⅡ段母線(xiàn)系統有功、無(wú)功及功率因數運行情況

補償前：cosφ1=0.78，則tgφ1=0.802

補償后：cosφ2=0.95，則tgφ2=0.328

系統無(wú)功功率Qc=P*(tgφ1-tgφ2)=1645*（0.802-0.328）=780kvar

通過(guò)有功、無(wú)功及功率因數的總趨勢圖可以算出Ⅱ段母線(xiàn)所需補償容量約為780kvar。加上Ⅱ段存在一定諧波，所需容量約為200kvar。Ⅱ段所需總無(wú)功約為1Mvar。

2控制方案

根據現場(chǎng)兩段母線(xiàn)測得的運行記錄分析，該煤礦井變電所兩段母線(xiàn)若要將功率因數補償到0.95，該煤礦領(lǐng)導綜合考慮系統的投資和造價(jià)，在母線(xiàn)上選購了1套新風(fēng)光自主研制的高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償及諧波治理系統，規格型號為FGSVG-C3.0/6（3Mvar/6kV），補償點(diǎn)可以在兩段母線(xiàn)上切換，并且能夠治理諧波形成一個(gè)完整的無(wú)功補償系統，FGSVG可實(shí)現全自動(dòng)投切，做到無(wú)人值守。

配置的無(wú)功補償容量比實(shí)際每段母線(xiàn)所需的容量要大，這樣就為Ⅰ、Ⅱ段母線(xiàn)上的擴容提供了方便，FGSVG裝置能夠完全滿(mǎn)足煤礦電能質(zhì)量治理的需求，改造達到了預期目的。

3新風(fēng)光公司FGSVG系列高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償系統

新風(fēng)光公司FGSVG系列高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償系統采用現代電力電子、自動(dòng)化、微電子及網(wǎng)絡(luò )通訊等技術(shù)，采用先進(jìn)的瞬時(shí)無(wú)功功率理論和給予同步坐標變換的功率解耦算法，以設定的無(wú)功性質(zhì)及大小、功率因數、電網(wǎng)電壓為控制目標運行，動(dòng)態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化調節無(wú)功輸出，并能實(shí)現曲線(xiàn)設定運行，提升電網(wǎng)質(zhì)量。

FGSVG系列高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償系統為滿(mǎn)足用戶(hù)對提高輸配電網(wǎng)絡(luò )的功率因數、治理諧波、補償負序電流的迫切需要，做出相應設計，具有以下特點(diǎn)：

（1）動(dòng)態(tài)響應速度快，響應時(shí)間≤5ms。

（2）在補償容量足夠的前提下，輸出電流諧波(THD)≤3%。

（3）多種運行模式極大的滿(mǎn)足用戶(hù)需求，運行模式有：恒裝置無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)功率因數模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、負載補償模式，目標值可實(shí)時(shí)更改。

（4）實(shí)時(shí)跟蹤負荷變化，動(dòng)態(tài)連續平滑補償無(wú)功功率，提高系統的功率因數，實(shí)時(shí)治理諧波，補償負序電流，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。

（5）抑制電壓閃變，改善電壓質(zhì)量，穩定系統電壓。

（6）FGSVG電路參數精心設計，發(fā)熱量小，效率高，運行成本低。

（7）FGSVG采用冗余性設計和模塊化設計，滿(mǎn)足系統高可靠性的要求。

（8）保護功能齊全，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、光纖通訊故障、單元過(guò)熱、不均壓等保護，并能實(shí)現故障瞬間的波形錄制，便于確定故障點(diǎn)，易維護，運行可靠性高。

（9）投切時(shí)無(wú)暫態(tài)沖擊，無(wú)合閘涌流，無(wú)電弧重燃，無(wú)需放電即可再投。

（10）與系統連接時(shí)，自適應交流系統相序，調試使用方便。

（11）人機界面友好顯示，對外通訊提供了RS485、以太網(wǎng)等接口，采用標準MODBUS通訊協(xié)議。除具有實(shí)時(shí)數字量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線(xiàn)記錄查詢(xún)、單元狀態(tài)監控、系統信息查詢(xún)、歷史故障查詢(xún)等功能外，還具有送電后系統自檢、一鍵開(kāi)停機、分時(shí)控制、示波器、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。

（12）可并聯(lián)安裝，極易擴展容量。并機運行使用光纖通訊，通訊速度快，能夠完好的滿(mǎn)足實(shí)時(shí)補償的要求。

4方案實(shí)施

4.1安裝地點(diǎn)

FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償系統采用戶(hù)內柜式安裝。輸出電抗器器采用戶(hù)內安裝。FGSVG在運行過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生熱量，而熱量又是危害電力電子設備的一種因素，因此必須要保證設備的通風(fēng)散熱。FGSVG設備采用室內安裝方式，不需要額外在室內增加空調等設施，不額外增加用戶(hù)費用，只需要現場(chǎng)在FGSVG設備的風(fēng)機上加裝風(fēng)道引出室外，FGSVG設備產(chǎn)生的熱量被風(fēng)機排出室外，只需要保證室內的空氣流通即可。風(fēng)道現場(chǎng)安裝如圖5所示。

圖5 風(fēng)道現場(chǎng)安裝圖

4.2 現場(chǎng)連接方式

FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償系統現場(chǎng)連接方式如圖6所示。

圖6 FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償系統現場(chǎng)連接方式圖

變電所Ⅰ、Ⅱ段母線(xiàn)分別由1臺高壓開(kāi)關(guān)柜接出高壓電纜引入到SVG裝置進(jìn)線(xiàn)柜接線(xiàn)端；分別取6kV母線(xiàn)Ⅰ段進(jìn)線(xiàn)柜和Ⅱ段進(jìn)線(xiàn)柜的三相電流信號接入SVG控制柜；分別?、穸蜳T和Ⅱ段PT信號接入SVG控制柜。

4.3 裝置運行方案

（1）當SVG裝置需要在Ⅰ段母線(xiàn)進(jìn)行補償時(shí)，合上Ⅰ段母線(xiàn)SVG開(kāi)關(guān)柜（此時(shí)禁止合Ⅱ段母線(xiàn)SVG開(kāi)關(guān)柜），SVG裝置可以根據取得的Ⅰ段母線(xiàn)PT信號及其進(jìn)線(xiàn)柜三相電流信號實(shí)時(shí)計算出的無(wú)功及諧波進(jìn)行自動(dòng)補償。

（2）當SVG裝置需要在Ⅱ段母線(xiàn)進(jìn)行補償時(shí)，合上Ⅱ段母線(xiàn)SVG開(kāi)關(guān)柜（此時(shí)禁止合Ⅰ段母線(xiàn)SVG開(kāi)關(guān)柜），SVG裝置可以根據取得的Ⅱ段母線(xiàn)PT信號及其進(jìn)線(xiàn)柜三相電流信號實(shí)時(shí)計算出的無(wú)功及諧波進(jìn)行自動(dòng)補償。

（3）裝置并入電網(wǎng)后可24小時(shí)掛網(wǎng)運行。裝置會(huì )自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)功率因數的變化，使電網(wǎng)功率因數維持在0.95-1的某個(gè)設定值（無(wú)過(guò)補）。

（4）以母線(xiàn)電壓為目標運行時(shí)，根據用戶(hù)設定的目標值運行。

（5）裝置并網(wǎng)補償后可以解決功率因數低及諧波等情況。

4.4控制電源

需要現場(chǎng)提供單獨10kVA的380VAC三相四線(xiàn)制控制電源，控制電源經(jīng)過(guò)FGSVG內部電源模塊后給裝置供電。

4.5 輸出諧波特性

新風(fēng)光公司FGSVG采用了載波移相PWM技術(shù)和功率單元級聯(lián)多電平技術(shù)，自身產(chǎn)生的諧波含量≤3%，裝置輸出側無(wú)需濾波器。

4.6 散熱方案

該礦FGSVG主功率器件IGBT采用強迫風(fēng)冷，風(fēng)機由風(fēng)道抽風(fēng)，外部冷空氣流過(guò)散熱器進(jìn)入風(fēng)道帶走熱量。風(fēng)機出口對外設置風(fēng)道，保證設備產(chǎn)生熱量順利排出室外。

4.7 通信及監控功能

控制器具有和上位機通信的標準化接口，具備與變電站綜合自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)的功能，裝置的運行狀態(tài)和故障類(lèi)型均可上傳。通訊采用RS485等通訊接口，采用標準Modbus或用戶(hù)自定義等多種通訊協(xié)議。

5 改造后應用效果

2018年2月初，新風(fēng)光FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償系統一次成功投運，至今運行正常。改造后，該礦供電系統功率因數實(shí)測0.98以上，滿(mǎn)足0.95的考核要求，降低了流經(jīng)變壓器和線(xiàn)路的電流，保證了其他負載設備的正常運行，具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

5.1直接經(jīng)濟效益

經(jīng)過(guò)測算，全年可節省電費30多萬(wàn)元。同時(shí)，減少了由功率因數引起的電費罰款。

5.2社會(huì )效益

該煤礦井變電所無(wú)功補償改造后，6kV母線(xiàn)的諧波電壓總畸變率、奇次諧波電壓含有率、偶次諧波電壓含有率、各次諧波電流、電壓不平衡度、電壓波動(dòng)、功率因數等滿(mǎn)足電能質(zhì)量有關(guān)國家標準的要求，保障了煤礦其他的自動(dòng)化儀表，監控系統設備的正常運行，降低了相應的維護保養費用，為煤礦的安全生產(chǎn)保駕護航。

6結論

新風(fēng)光公司FGSVG系列級聯(lián)式高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置（SVG）改善了煤礦電網(wǎng)電能質(zhì)量，具有效率高、響應快、可靠性高、諧波補償、閃變抑制能力強，負序補償、高低電壓穿越等優(yōu)點(diǎn)，值得在煤礦等行業(yè)大力推廣。