SVC型高压无功动态补偿装置在矿井中的应用

2010-01-23夏凯

山西焦煤科技 2010年1期

关键词：晶闸管电抗器功率因数

夏凯

夏凯①

(淮南矿业集团望峰岗矿井)

望峰岗矿井采用SVC型高压无功动态滤波补偿装置,实现无冲击动态无功补偿,提高功率因数、科学治理谐波。介绍了该矿通过在10 k V母线侧并联相控电抗器的无功补偿电容组滤除了高次谐波,功率因数稳定在0.95。

矿井供电;功率因数;滤波;无功补偿

现代化矿井使用大量的电机,无功功率很大,特别是立井提升机采用晶闸管电控系统(SCR-D),在启动时,无功冲击更大,引起电网电压发生波动,同时晶闸管整流器等产生大量的高次谐波。

为了有效的补偿无功功率(特别是冲击性无功)和滤除高次谐波,使电压和电流回归正弦波,矿井采用在10 kV侧安装无功动态滤波补偿装置,它可以向系统提供容性无功,提高功率因数,同时又能有效滤除高次谐波,平衡三相电网。

1 功率因数问题

矿井提升机的晶闸管电控系统具有调速平稳准确、效率高、容易维护、可引入计算机监控等优点。相当于一个感性负载,随着控制角的改变,其功率因数也会发生变化。即使晶闸管装置副边接的是纯电阻,也具有感性特征。晶闸管电路的功率因数通常较低。同时,矿井井下大量感性电动机的使用,也使矿井的无功功率变低。因此,需要进行无功补偿。

2 冲击电压降问题

大型负载起动时,需较多的无功功率,如电网容量较小,则会发生电压降落。周期性重复起动,会造成电压波动,甚至出现“闪变”。电网电压的稳定性是衡量电网电压质量的一个重要条件,而电压波动的允许值是与其出现的频度有关,我国于2000年颁布了《电能质量电压允许波动和闪变》(GB12326-2000)国家标准。对于矿井提升机这类负载,电压波动一般不大于5%

3 对谐波的抑制

由于大量使用以晶闸管为主要开关器件的整流及变频设备,这些设备都是大量产生谐波的发源地。电容器直接补偿容易引起谐波放大,造成电器元件损害受到谐波的危害,必须要滤除高次谐波,使电压和电流回归正弦波。淮南矿业集团望峰岗矿通过在10 kV母线侧并联相控电抗器的无功补偿电容组来滤除高次谐波。

4 补偿装置容量的确定

望峰岗矿井2台主变容量为40 000 k VA。当矿井有功功率即矿井计算负荷无法统计出来,有一种粗略计算方法：

式中：

S—单台变压器满负载容量;

cos Q1—补偿前自然功率因数,取0.82;

cos Q—补偿后功率因数,取0.95。

根据现场经验,一般按变电所主变总容量(40 000 kVA)的10%～30%来确定无功补偿装置的容量。考虑到变电所2台变压器同时运行,另一台变压器运行容量为60%,则总容量(S)为64 000 k VA。故并联电容器的容量为6 400～19 000 k Var。综合以上原因,电容器容量取14 000 kVar。

5 补偿装置安装后的增容量

在选定电容器容量后,可以对比看出安装动态无功功率补偿前后的差别。

安装动态无功补偿前的视在电流：

安装动态无功补偿前的有功电流：

安装动态无功补偿后视在电流降低：

6 SVC型高压无功动态补偿装置的工作原理

SVC称为“静止型动态无功补偿器”,主要用于补偿用户母线上的无功功率,这是通过无功功率来实现的。用Qs表示系统总无功功率,Qv为用户负荷的无功功率,Qtcr为晶闸管控制电控的无功功率,Qc为电容器无功功率,上述平衡过程可以用公式来表达:Qs=Qv+Qtcr-Qc=常数=0。无功补偿原理示意图,见图1。

安装动态无功补偿后的增容量：

图1 无功补偿原理示意图

如图1所示,A为系统工作点。负荷工作时产生感性无功Qv,补偿装置中的电容器组提供固定的容性无功Qc,一般情况下后者大于前者,多余的容性无功由TCR平衡。当用户负荷Qv变化时,SVC控制系统调节 TCR电流改变Qtcr值,实时抵消负荷无功,动态维持系统的无功平衡。

7 三相不平衡负荷的调节方法

对于不对称负荷,采用分相调节。TCR相当于一个可调电纳,利用 STEINMETZ分相调节理论,SVC能够将负荷补偿为纯有功的三相平衡系统。该矿SVC控制系统主要采用补偿电纳,公式如下：

式中：

Brab、Brbc、Brca—分别为 △形连接的补偿电控器电纳值;

U—系统电压有效值;

uab、ubc、uca—系统线电压瞬时值;

ia(l)、ib(l)、ic(l)—系统电流瞬时值;

T—采样周期,为10 ms;

8 SVC控制系统组成

SVC控制系统由控制柜、脉冲柜和功率单元三部分组成。

控制柜主要是采集现场的电压、电流信号,计算处理后发出触发脉冲,同时监测晶闸管运行状况。

脉冲柜主要是将脉冲转换为符合要求的脉冲信号,实现触发。

功率单元由晶闸管、阻容吸收、热管散热器、脉冲变压器、BOD板和击穿检测板六部分组成,串入电控器回路,在脉冲信号控制下操纵晶闸管导通,使电抗器流过预期的补偿电流。

9 SVC型补偿装置的特点

SVC补偿装置特点如下：

1)在10 kV母线设置一套晶闸管相控电抗器TCR,容量为 14 MVar;同时设置 H3、H5、H7、H11、H13等5个滤波通道。其中 H3安装容量为3 720 k Var、H5安装容量为3 720 k Var、H7安装容量为3 360 kVar、H11安装容量为 3 360 kVar、H13 安装容量为5 040 kVar。

2)SVC装置连接在10 kV母线上,SVC中的TCR、H3 H5、H7 H11、H13通道分别采用1个开关供电,共4台开关柜。见图2。

3)TCR为三角型接线;H3、H5、H7、H11、H13为双星型接线;H3 H5、H7 H11、H13通道分别为滤除 3次、5次、7次、11次、13次谐波。

4)SVC采用高可靠的可控硅阀技术,标准组架式结构,高效热管冷却和全密闭纯水冷却,光电触发和光触发。

5)采用世界最先进的光控晶闸管技术,具有触发功率小、BOD保护效果好、EMI抗电磁干扰性强、外围电路少、寿命长等特点。