煤矿6kV电力系统高压无功动态补偿方案的设计与实施

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1、★首届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛论文集★煤矿6kV电力系统高压无功动态补偿方案的设计与实施叶艽生凌志斌胡顺全(山东新风光电子科技发展有限公司，山东汶上272500)【摘要】煤矿的电气负载多不是连续稳定负荷，造成了6kV系统上无功功率的快速变化，过大无功潮流的流动使得线路和变压器损耗增加，降低供电设备利用率，无功的波动也造成的电压波动和闪变。为解决煤矿无功动态补偿的问题，同时考虑到尽量充分利用无功补偿原有设备和场地空间小的限制，采用了GDW系列高压动态无功功率补偿装置并取得了良好的效果。该装置基于ASVG的原理，采用幅度调制的控制方法改变流入电网的

2、补偿电流的大小和性质。开关元件采用IGBT，开关频率高，输出无功补偿电流谐波小，不对原有的固定电容器造成不良影响，两者可以混合使用，大大降低对ASVG的无功补偿容量需求，降低了系统的造价，保护了用户原有投资。1．问题的提出煤矿的主要电气负载是主井绞车、副井绞车、压风机及井下负载。这些负荷基本都是感性负荷，且除了风机以外，多不是连续稳定负荷。这就造成了6kV系统上有功功率、无功功率的快速变化。无功造成线路和变压器损耗增加，增加了电费支出，降低供电设备利用率，同时无功的波动造成电压的波动和闪变，给一些敏感设备的正常工作造成影响。为了解决无功补偿的问题，谢一矿曾采用电

3、容器切投的方案，由开关柜608控制，当开关闭合时，将向二段母线提供1400Kvar的容性无功功率。实际使用中发现，二段母线有功功率变化频繁，图1为某日有功功率变化实测曲线，它表明该段母线有功功率可从最大的接近7MW到最小的2MW。由于二段母线无功补偿值是固定的，因此在该段母线有功功率较大时，系统无功功率处于欠补状态；而在该段母线有功功率较小时，系统无功功率处于过补状态。不能取得好的补偿效果二段母线功率因数变化实测曲线如图2所示，。谢一矿是一个始建于上世纪50年代的老矿，变电所设备虽经过升级改造，也大都是70、80年代的产品，普遍陈旧。限于当时的设计，变电所已经没

4、有较大的场地可供无功补偿使用。结合谢一矿的实际情况，在选择无功补偿方案时不仅需要考虑性能、价格，还需要考虑现场场地条件的制约。425★首届全国电能质量学术会议壁电能质量行业发展论坛论x集★鲴l无功朴馈#遗茸谢一矿=孜变电所=段母鼓功率变化宴嗣曲线ijj”oo⋯王i萋匿日曲拽B糕箧囊—r56，6●lo”un¨⋯⋯川：田2无功补罄改进苗谢一矿=孜变电*=最母拄功率因敛变化l翻曲墁愀★首届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛论文集★2．无功补偿方式的比较和选择为了解决上述问题，我们对现有的各种无功补偿方案进行了比较研究。2．1．同步调相机、并联电抗器和并联电容器

5、川早期的无功补偿装置为同步调相机、并联电容器和并联电抗器，多用在系统的高压侧进行集中补偿。同步调相机实质是同步电动机，可以控制同步调相机跟踪无功需求的变化，补偿的无功大小进行连续的调节，实现动态补偿，但调节速度慢。且同步调相机成本高、安装复杂、维护困难，现已基本淘汰。并联电抗器主要是用来补偿容性无功。由于电网中还是感性负载居多，缺乏的是容性无功，并联电容器补偿由于成本低，安装方便，占地小，控制维护简单，至今仍是我国应用最为广泛的一种补偿方式。但是并联电容补偿容量不能连续跟踪无功的变化，且受到电容冲击电流的限制，响应速度慢，容易产生过补偿或者欠补偿，不能适应矿上负

6、荷的快速变化的情况。2．2．静止型无功补偿装置”涠在20世纪70年代，高压大功率的晶闸管技术日益成熟，该技术被应用到无功补偿领域，和并联电容器、电抗器相结合，产生了静止型无功补偿装置(SVC—StaticVarCompensatoro静止无功补偿装置包括可控饱和电抗器、晶闸管控制电抗器(TCR—ThyristorControlledReactor)和晶闸管投切电容器(TSC—ThyristorSwitchedCapacitor)，以及这两者的混合装置(TCR+TSC)或者晶闸管控制电抗器与固定电容器(FC—FixedCapacitor)或机械投切电容器(MSC—

7、MechanicallySwitchedCapacitor)混合使用的装置(如TCR+FC，TCR+MSC等)。其中应用最为广泛的是晶闸管控制电抗器(TCR)型无功补偿装置。图3TCR主电路图TCR型无功补偿装置主回路如图3所示。通过控制晶闸管的导通角来控制电感L中的电流，就控制了感性无功的大小。在晶闸管控制电流大小的同时也会造成电感中电流的畸变，因此在TCR中一般需要配置滤波器滤除产生的谐波电流。TCR的响应时间小于半周波，可连续调节无功输出。在需要容性无功的场合，滤波器也起到提供一定容性无功的作用。因为感性无功电流的变化实际上是借助于改变电抗器中电流的导通角

8、来实现的，所以装置本身有