1用戶現(xiàn)場(chǎng)情況

1.1現(xiàn)場(chǎng)概況

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

圖1 礦井變電所系統(tǒng)6kVⅠ框圖

圖2 礦井變電所系統(tǒng)6kVⅡ框圖

圖1、圖2為礦井變電所系統(tǒng)6kVⅠ段、6kVⅡ段示意圖，Ⅰ、Ⅱ段母線通過母聯(lián)開關(guān)19和隔離開關(guān)20相連，當(dāng)其中一段母線出現(xiàn)問題時(shí)，可以通過將兩個(gè)開關(guān)合上用另一段母線實(shí)現(xiàn)供電。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)實(shí)際測(cè)量結(jié)果

礦方對(duì)礦井變電所實(shí)際電網(wǎng)的運(yùn)行工況，進(jìn)行了測(cè)量，數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果如下：

（1）6kVⅠ段母線系統(tǒng)有功、無功及功率因數(shù)運(yùn)行情況

6kVⅠ段母線系統(tǒng)有功、無功及功率因數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 6kVⅠ段母線系統(tǒng)有功、無功及功率因數(shù)運(yùn)行情況

補(bǔ)償前：cosφ1=0.78，則tgφ1=0.802

補(bǔ)償后：cosφ2=0.95，則tgφ2=0.328

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

通過有功、無功及功率因數(shù)的總趨勢(shì)圖可以算出Ⅰ段母線所需補(bǔ)償容量約為1.2Mvar。

（2）6kVⅡ母線系統(tǒng)有功功率、無功功率及功率因數(shù)運(yùn)行情況

6kVⅡ段母線系統(tǒng)有功、無功及功率因數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 6kVⅡ段母線系統(tǒng)有功、無功及功率因數(shù)運(yùn)行情況

補(bǔ)償前：cosφ1=0.78，則tgφ1=0.802

補(bǔ)償后：cosφ2=0.95，則tgφ2=0.328

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

通過有功、無功及功率因數(shù)的總趨勢(shì)圖可以算出Ⅱ段母線所需補(bǔ)償容量約為780kvar。加上Ⅱ段存在一定諧波，所需容量約為200kvar。Ⅱ段所需總無功約為1Mvar。

2控制方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)兩段母線測(cè)得的運(yùn)行記錄分析，該煤礦井變電所兩段母線若要將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95，該煤礦領(lǐng)導(dǎo)綜合考慮系統(tǒng)的投資和造價(jià)，在母線上選購了1套新風(fēng)光自主研制的高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償及諧波治理系統(tǒng)，規(guī)格型號(hào)為FGSVG-C3.0/6（3Mvar/6kV），補(bǔ)償點(diǎn)可以在兩段母線上切換，并且能夠治理諧波形成一個(gè)完整的無功補(bǔ)償系統(tǒng)，F(xiàn)GSVG可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)投切，做到無人值守。

配置的無功補(bǔ)償容量比實(shí)際每段母線所需的容量要大，這樣就為Ⅰ、Ⅱ段母線上的擴(kuò)容提供了方便，F(xiàn)GSVG裝置能夠完全滿足煤礦電能質(zhì)量治理的需求，改造達(dá)到了預(yù)期目的。

3新風(fēng)光公司FGSVG系列高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)

新風(fēng)光公司FGSVG系列高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)采用現(xiàn)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)無功功率理論和給予同步坐標(biāo)變換的功率解耦算法，以設(shè)定的無功性質(zhì)及大小、功率因數(shù)、電網(wǎng)電壓為控制目標(biāo)運(yùn)行，動(dòng)態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化調(diào)節(jié)無功輸出，并能實(shí)現(xiàn)曲線設(shè)定運(yùn)行，提升電網(wǎng)質(zhì)量。

FGSVG系列高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)為滿足用戶對(duì)提高輸配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)、治理諧波、補(bǔ)償負(fù)序電流的迫切需要，做出相應(yīng)設(shè)計(jì)，具有以下特點(diǎn)：

（1）動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間≤5ms。

（2）在補(bǔ)償容量足夠的前提下，輸出電流諧波(THD)≤3%。

（3）多種運(yùn)行模式極大的滿足用戶需求，運(yùn)行模式有：恒裝置無功功率模式、恒考核點(diǎn)無功功率模式、恒考核點(diǎn)功率因數(shù)模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、負(fù)載補(bǔ)償模式，目標(biāo)值可實(shí)時(shí)更改。

（4）實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷變化，動(dòng)態(tài)連續(xù)平滑補(bǔ)償無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，實(shí)時(shí)治理諧波，補(bǔ)償負(fù)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(wěn)定系統(tǒng)電壓。

（6）FGSVG電路參數(shù)精心設(shè)計(jì)，發(fā)熱量小，效率高，運(yùn)行成本低。

（7）FGSVG采用冗余性設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，滿足系統(tǒng)高可靠性的要求。

（8）保護(hù)功能齊全，具有過壓、欠壓、過流、光纖通訊故障、單元過熱、不均壓等保護(hù)，并能實(shí)現(xiàn)故障瞬間的波形錄制，便于確定故障點(diǎn)，易維護(hù)，運(yùn)行可靠性高。

（9）投切時(shí)無暫態(tài)沖擊，無合閘涌流，無電弧重燃，無需放電即可再投。

（10）與系統(tǒng)連接時(shí)，自適應(yīng)交流系統(tǒng)相序，調(diào)試使用方便。

（11）人機(jī)界面友好顯示，對(duì)外通訊提供了RS485、以太網(wǎng)等接口，采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊協(xié)議。除具有實(shí)時(shí)數(shù)字量及模擬量的顯示、運(yùn)行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢、單元狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)信息查詢、歷史故障查詢等功能外，還具有送電后系統(tǒng)自檢、一鍵開停機(jī)、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(kuò)展容量。并機(jī)運(yùn)行使用光纖通訊，通訊速度快，能夠完好的滿足實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)囊蟆?a>

4方案實(shí)施

4.1安裝地點(diǎn)

FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)采用戶內(nèi)柜式安裝。輸出電抗器器采用戶內(nèi)安裝。FGSVG在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，而熱量又是危害電力電子設(shè)備的一種因素，因此必須要保證設(shè)備的通風(fēng)散熱。FGSVG設(shè)備采用室內(nèi)安裝方式，不需要額外在室內(nèi)增加空調(diào)等設(shè)施，不額外增加用戶費(fèi)用，只需要現(xiàn)場(chǎng)在FGSVG設(shè)備的風(fēng)機(jī)上加裝風(fēng)道引出室外，F(xiàn)GSVG設(shè)備產(chǎn)生的熱量被風(fēng)機(jī)排出室外，只需要保證室內(nèi)的空氣流通即可。風(fēng)道現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖5所示。

圖5 風(fēng)道現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

4.2 現(xiàn)場(chǎng)連接方式

FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)連接方式如圖6所示。

圖6 FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)連接方式圖

變電所Ⅰ、Ⅱ段母線分別由1臺(tái)高壓開關(guān)柜接出高壓電纜引入到SVG裝置進(jìn)線柜接線端；分別取6kV母線Ⅰ段進(jìn)線柜和Ⅱ段進(jìn)線柜的三相電流信號(hào)接入SVG控制柜；分別?、穸蜳T和Ⅱ段PT信號(hào)接入SVG控制柜。

4.3 裝置運(yùn)行方案

（1）當(dāng)SVG裝置需要在Ⅰ段母線進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，合上Ⅰ段母線SVG開關(guān)柜（此時(shí)禁止合Ⅱ段母線SVG開關(guān)柜），SVG裝置可以根據(jù)取得的Ⅰ段母線PT信號(hào)及其進(jìn)線柜三相電流信號(hào)實(shí)時(shí)計(jì)算出的無功及諧波進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。

（2）當(dāng)SVG裝置需要在Ⅱ段母線進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，合上Ⅱ段母線SVG開關(guān)柜（此時(shí)禁止合Ⅰ段母線SVG開關(guān)柜），SVG裝置可以根據(jù)取得的Ⅱ段母線PT信號(hào)及其進(jìn)線柜三相電流信號(hào)實(shí)時(shí)計(jì)算出的無功及諧波進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。

（3）裝置并入電網(wǎng)后可24小時(shí)掛網(wǎng)運(yùn)行。裝置會(huì)自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)功率因數(shù)的變化，使電網(wǎng)功率因數(shù)維持在0.95-1的某個(gè)設(shè)定值（無過補(bǔ)）。

（4）以母線電壓為目標(biāo)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)用戶設(shè)定的目標(biāo)值運(yùn)行。

（5）裝置并網(wǎng)補(bǔ)償后可以解決功率因數(shù)低及諧波等情況。

4.4控制電源

需要現(xiàn)場(chǎng)提供單獨(dú)10kVA的380VAC三相四線制控制電源，控制電源經(jīng)過FGSVG內(nèi)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(jí)聯(lián)多電平技術(shù)，自身產(chǎn)生的諧波含量≤3%，裝置輸出側(cè)無需濾波器。

4.6 散熱方案

該礦FGSVG主功率器件IGBT采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，風(fēng)機(jī)由風(fēng)道抽風(fēng)，外部冷空氣流過散熱器進(jìn)入風(fēng)道帶走熱量。風(fēng)機(jī)出口對(duì)外設(shè)置風(fēng)道，保證設(shè)備產(chǎn)生熱量順利排出室外。

4.7 通信及監(jiān)控功能

控制器具有和上位機(jī)通信的標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行狀態(tài)和故障類型均可上傳。通訊采用RS485等通訊接口，采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus或用戶自定義等多種通訊協(xié)議。

5 改造后應(yīng)用效果

2018年2月初，新風(fēng)光FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)一次成功投運(yùn)，至今運(yùn)行正常。改造后，該礦供電系統(tǒng)功率因數(shù)實(shí)測(cè)0.98以上，滿足0.95的考核要求，降低了流經(jīng)變壓器和線路的電流，保證了其他負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5.1直接經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)過測(cè)算，全年可節(jié)省電費(fèi)30多萬元。同時(shí)，減少了由功率因數(shù)引起的電費(fèi)罰款。

5.2社會(huì)效益

該煤礦井變電所無功補(bǔ)償改造后，6kV母線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(shù)等滿足電能質(zhì)量有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，保障了煤礦其他的自動(dòng)化儀表，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行，降低了相應(yīng)的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，為煤礦的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

6結(jié)論

新風(fēng)光公司FGSVG系列級(jí)聯(lián)式高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVG）改善了煤礦電網(wǎng)電能質(zhì)量，具有效率高、響應(yīng)快、可靠性高、諧波補(bǔ)償、閃變抑制能力強(qiáng)，負(fù)序補(bǔ)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。