煤矿电网高压静止无功补偿技术研究

2013-07-19李洪国

山东工业技术 2013年10期

孙凯李洪国

（1.济宁矿业集团海纳科技公司，山东济宁272100；2.新汶矿业集团孙村煤矿，山东新泰271219）

1 课题的提出

煤矿企业是用电大户，解决好电网的无功功率因数补偿和谐波滤波问题，对于提高电能质量、降低网络损耗、节能、充分利用电气设备等问题具有重要意义。

孙村煤矿为生产直接服务的降压站有矿内降压站和北立井降压站，矿内降压站两回路35KV电源孙良支线和孙村1#线，其中孙良支线来自东都变电站，孙村1#线来自35KV中心区配电站；北立井降压站两路35KV电源线路，由北风井降压站转供，其中北立井1#线路东孙线来自东都变电站，北立井2#线路来自泰安顶峰热电厂。该站安装一台SF9-12500/35和一台SF7-16000/35变压器，最大负荷9800KW，最小负荷7500KW，平均负荷稳定在8000KW。供电系统改造完成，撤除北风井降压站后，无功补偿电容器容量严重不足，地面高压供电系统改造完成后，北立井降压站负荷由原来的9000KW,增加到11000KW,而撤除北风井降压站后，固定补偿电容器容量减少，不能满足供电系统的要求；为净化供电系统、提高功率因数、提高供电质量，对北立井降压站无功补偿系统进行改造，在提高功率因数的同时，滤除谐波，达到为净化供电系统、提高功率因数、减少网络损耗、提高供电质量的目的。

2 方案选择

提出两套设计方案，分别为FC滤波器方案和静止型动态无功补偿（SVG）方案，经过详细的计算和比较之后，选择使用SVG+FC方案。

3 方案设计

3.1 补偿容量确定

本期工程依据现场的实际情况及用户的要求，装设容量为2.5Mvar的SVG及3.6Mvar的FC各一套。考虑到现场的谐波问题，设置FC为5、7两组，利用较低次谐波滤波器可抑制高次谐波的特性，可在进行系统无功补偿的同时滤除网内含量较大的5次、7次及11次谐波。SVG设备可进行动态的无功补偿，兼有滤除谐波的作用。

3.2 滤波器设计

滤波器设计原则

（1）滤波器发出的无功应满足补偿功率因数、抑制电压波动及闪变的要求；

（2）选取的滤波电容器的额定电压应保证滤波器的安全可靠运行；应考虑以下因素：

a）母线电压水平；

d）电网电压波动引起电压升高。

（3）滤波器的分组应满足滤除谐波电流的要求；

（4）滤波器设计时已经进行充分的计算机仿真计算及数据库选优，经多个方案比较，选择最佳方案；

（5）对选定的滤波器应进行滤波器各种运行方式下的计算机仿真，避免与系统发生谐振；

（6）对滤波器的安全运行应进行仔细校验。

3.3 滤波器设计

根据以上滤波器设计原则及对现场测试的谐波电流进行分析，将滤波器设为5、7次共2组滤波通道。5次滤波通道基波补偿容量为1830kvar，7次滤波通道基波补偿容量为1793kvar，母线谐波电流可满足用户要求。

表1 滤波器参数配置表

3.4 滤波器安全性能校核

校核公式如下：

Ic1—流过电容器的基波电流

Icn—电容器的额定电流（A）

UcN—电容器的额定电压

Uc1—滤波电容器承受的基波电压

Ucn—流过电容器的谐波电流在电容器两端产生的谐波电压

n—谐波次数

Ucn=Icn/nwC（C为每相电容器的电容值）

Icn—流过电容器的所有谐波电流的均方根值。校核结果，所有滤波支路能安全运行。

3.5 SVG组成

图1

本工程SVG容量为2.5Mvar。SVG由一系列的功率单元组成，其系统结构如图所示：SVG装置并网于6kV母线侧，装置入口电压为6kV。鉴于目前IGBT的工艺水平和应用需求，荣信SVG选用处于国际领先水平的EUPEC公司的IGBT。

3.6 SVG及FC柜体设计

设备投运后达到的技术指标和性能考核:

（1）电网实时功率因数高于0.95（滞后，无过补）。

（2）SVG设备输出调节范围为-2.5Mvar～+2.5Mvar。

（3）FC设备的5次谐波补偿容量约为1.8Mvar，7次谐波补偿容量约为1.8Mvar。

（4）SVG设备的系统响应时间≤5ms。

（5）装置具备完善的控制、保护和报警措施。在装置故障时应提供报警信号，严重故障时可将装置退出运行。FC装置除装有常规的电流速断和过流保护外，还具有不平衡电流保护、过电压保护及低电压保护等一系列保护措施，确保装置安全。SVG装置除装有常规的电流速断和过流保护外，还具有不平衡电流保护、过电压保护及低电压保护等一系列保护措施，确保装置安全。

（6）扩容方便。

（7）满足国家标准《电能质量、公用电网谐波》GB/T14549-93。总谐波电压畸变率≤4.0%（奇次畸变≤3.2%；偶次畸变≤1.6%）。

（8）满足国家标准《电能质量、电压波动和闪变》GB/T12326－2000。电压波动范围：-3%-7%