论文部分内容阅读
摘要：原八矿运行的一套无功功率补偿及滤波设备，主要针对主井二台绞车进行设计，为静态补偿，补偿效果差，谐波问题大，不能满足要求。供用电设备在运行中曾多次发生不明原因的事故，均与此有关，因为在谐波电流较大时，最直接的问题就是带来非线性元件的测量不准确，因为同样幅值的电压产生的N次电流在电感中为基波电流的1/N，在电容中为基波电流的N倍，常见的现象是继电保护装置不明原因的动作，于是中断了供电。同时，由于波形失真，谐波还造成控制系统的功能紊乱甚至颠覆。另外无功功率不足对设备的不利影响也很严重，引起设备超设计能力的发热以及系统电压的抖动。
关键词：静止型动态无功补偿装置；谐波电流；无功负荷
中图分类号：C35文献标识码： A
1．引言
原八矿6KVⅠ段母线电网谐波现状如下：
经过测试5、7、11次谐波电流超标，谐波电流值与国标值比较如表1所示。其他各项电能质量指标如表2所示。
表1谐波电流值与国标值比较
谐波次数 5 7 11
测试值（A） 82.29 38.76 36.81
国标值（A） 54.06 38.16 25.44
表2其他各项电能质量指标
最大值 最小值 95%概率大值 国标
限值
谐波电压畸变率(%) 3.89 1.13 3.36 4.0
短时闪变 0.75 0.20 0.50 0.9
长时闪变 0.50 0.35 0.50 0.7
电压三相不平衡度(%) 0.32 0.19 0.31 2.0
功率因数：平均功率因数约为0.57。
最大无功冲击：7.22Mvar。
经过测试，十二矿6kV母线Ⅰ段功率因数仅为0.57左右，未达到国家标准，此外5、7、11次谐波电流超标。
2.八矿6KV电网谐波危害
随着八矿二水平的开发，八矿新副井二台1300KW直流提升机（ASCS-3晶闸管直流调速系统）投运后，八矿供电系统的谐波危害将更加严重，功率因数将进一步降低。
因此，八矿供电系统采用静止型动态无功补偿装置来进行无功补偿是一种比较切实可行的方案。其重要特点是能自动连续平滑调节补偿无功功率，改善电压波动、抑制谐波、提高功率因数。为保证SVC系统投入后八矿在二水平设备增容的情况下也能确保电能质量达到最佳效果，因此按照八矿投入110/6.3KV，25MVA变压器，2*1300KW直流绞车后的运行要求进行如下设计。
3. 八矿6KV电网供电系统参数
1）主变参数： 25MVA；
110/6.3KV；
209.9/3849A；
YN.d11；
调压范围：±2×2.5%
风冷；
空载损耗:25.28kw；
空载电流:0.4%；
负载损耗:118.8kw；
Ud=15%；
主接线方式：单母线分段。
6KV侧最小短路容量：177.78MVA。
2）主井提升机
（1）电机：2100KW
（2）数量2台
3）.副井提升机
（1）电机：800KW
（2）数量2台
4）新副井提升机
（1）电机：1300KW
（2）数量2台
5）脉动数
主、副井均为12脉动可控整流调速传动。
4. 八矿6KV母线上的无功负荷计算：
晶闸管变流器（直流供电主井和副井绞车）是6kV母线上的主要冲击负荷。绞车重载提升起动时，以较大的起动转矩拖动绞车电机从静止状态开始加速，产生最大的无功冲击，使供电系统出现很大的电压波动和幅值很大的谐波电流，此时功率因数很低仅0.1～0.2左右。在稳定运行阶段无功负荷减少，功率因数提高：主井、副井绞车为0.74左右。
1）主井绞车最大无功冲击（感性）
两台主井绞车在重载提升起动时，起动转矩（起动电流）约为电机额定转矩（额定电流）的1.37倍。电动机额定功率为：Pe=2100kW，参照设备的电机、供电变压器参数，计算出每台主井绞车起动时最大视在功率为。
在起动瞬间有功功率近似为0，故最大的无功冲击约为：
Qmax1≈4447kvar。
每台主井绞车稳态额定功率提升时，无功约为Qf1＝1852kvar。
2）副井绞车在稳定提升时的无功功率（感性）
另两台副井绞车电动机额定功率为Pe=800kW×2，cosφ=0.75，则在稳定提升时的无功功率为。
参照上述主井的计算方法可得每台额定功率为800kW的副井绞车在起动瞬间最大的无功冲击约为：Qmax2≈1694kvar。
每台副井绞车稳态额定功率提升时,无功约为Qf2=705.5kvar。
3）新副井绞车在稳定提升时的无功功率（感性）
二台新副井绞车电动机额定功率为Pe=1300kW，cosφ=0.75，则在稳定提升时的无功功率。
参照上述主井的计算方法可得每台额定功率为1300kW副井绞车在起动瞬间最大的无功冲击约为： Qmax3≈2097kvar。
每台副井绞车稳态额定功率提升时,无功约为Qf3=1147 kvar。
4）其它设备提高功率因数所需的无功补偿容量（容性）
为充分利用主变的供电能力，其它负荷总功率取：sqt=3717.5KVA。
补偿前：cosφ1=0.77，tgφ1=0.8286
补偿后：cosφ2=0.95， tgφ2=0.3287
所需的容性无功补偿容量为。
5）.电压波动在国标允许值时的允许无功波动
6kV系统允许的电压波动取d=2.5%，在最小短路容量Skmin=177.78MVA时允许的无功波动为。
表3 电压波动及闪变的限值
d%
LV MV HV
1r≤ 4 3
1＜r≤10 3 2.5
10＜r≤100 2 1.5
100＜r≤1000 1.25 1
6）容性无功补偿容量计算
最严重的情况确定为：一套主井绞车处于重载提升状态，一套副井绞车和其它负荷正常运行。此时为了把电压波动限制在2.5%以下，应该补偿的容性无功为。
=2×4447＋2×1694＋2×2097＋1430.97－4444.5
=13462.47kvar≈13000kvar
7）滤波器的基波补偿容量、晶闸管控制的相控电抗器容量
选取滤波器的基波有效补偿容量为11000kvar。
相控电抗器的可调容量为11000kvar。
5.SVC系统方案设计
1）SVC系统组成
宽带软件的状态界面如图1所示：
图1 宽带软件的状态界面
2）SVC控制系统的基本组成
SVC控制系统的基本组成如图2所示：
图2 SVC控制系统的基本组成简图
SVC连接到系统中，电容器（滤波器FC）提供固定容性无功功率Qc，补偿电抗器通过具有完好线性特征的的电流决定了从补偿电抗器输出的感性无功值QTCR，感性无功与容性无功相抵消，只要QN（系统）=QV（负载）-QC+QTCR=恒定值（或0），功率因数就能保持恒定，电压几乎不波动。最重要的是精确控制可控硅的触发角，获得所需要的电抗器的电流。根据采集的进线电流及母线电压经乘法器后得出要补偿的无功功率，计算机发出触发脉冲、光纤传输至脉冲放大单元，经放大后触发可控硅，得到所补偿的无功功率。
3）可调相控电抗器（TCR）产生连续变化感性无功的基本原理
SVC控制系统的基本组成如图3所示：
图3 SVC控制系统的基本组成简图
假设负荷消耗感性无功QL，负荷的最大感性无功为Qlmax，若取QC=Qlmax，即系统先将负荷的最大感性无功用电容补偿。当负荷变化时，电容与负载共同产生一个容性无功冲击，QP=QC-QL，这时，用一个可调电抗（电感）来产生相对应的感性无功QB，抵消容性无功冲击，这样在负荷波动过程中，就可以保证：QS=QC-QB-QL=0
6.安装前后的经济效益分析
1）靜止型动态无功功率补偿装置安装前
八矿在没有安装静止型动态无功功率补偿装置（SVC）前，每月有功电量平均值约为20万kwh，无功电量平均值约为50kvarh；平均功率因数为0.34；每月平均电度电费和基本电费总额12万元；按照“功率因数低于0.9标准按比例增收电费”的规定，每月平均增收电费比例69%，增加功率因数（俗称“力率”）电费多支出9.7万元。
2）静止型动态无功功率补偿装置SVC安装后
八矿在安装静止型动态无功功率补偿装置（SVC）后，使技术性能指标满足了中华人民共和国《电能质量 公用电网谐波》（GB/T 14549－93）的要求外，系统的平均功率因数也达到了0.90以上，按照“功率因数大于0.9标准按比例减收电费”的规定，企业每月减少电费支出约9万元以上。
参考文献：
1.中华人民共和国国家标准GB/T14549-93《电能质量 公用电网谐波》
2.中华人民共和国国家标准GB12326-90《电能质量 电压允许波动和闪变》
3.《电力系统谐波》 吴竞昌、孙树勤、宋文南、曲涛等编著
4.《钢铁企业电力设计手册》冶金工业出版社
关键词：静止型动态无功补偿装置；谐波电流；无功负荷
中图分类号：C35文献标识码： A
1．引言
原八矿6KVⅠ段母线电网谐波现状如下：
经过测试5、7、11次谐波电流超标，谐波电流值与国标值比较如表1所示。其他各项电能质量指标如表2所示。
表1谐波电流值与国标值比较
谐波次数 5 7 11
测试值（A） 82.29 38.76 36.81
国标值（A） 54.06 38.16 25.44
表2其他各项电能质量指标
最大值 最小值 95%概率大值 国标
限值
谐波电压畸变率(%) 3.89 1.13 3.36 4.0
短时闪变 0.75 0.20 0.50 0.9
长时闪变 0.50 0.35 0.50 0.7
电压三相不平衡度(%) 0.32 0.19 0.31 2.0
功率因数：平均功率因数约为0.57。
最大无功冲击：7.22Mvar。
经过测试，十二矿6kV母线Ⅰ段功率因数仅为0.57左右，未达到国家标准，此外5、7、11次谐波电流超标。
2.八矿6KV电网谐波危害
随着八矿二水平的开发，八矿新副井二台1300KW直流提升机（ASCS-3晶闸管直流调速系统）投运后，八矿供电系统的谐波危害将更加严重，功率因数将进一步降低。
因此，八矿供电系统采用静止型动态无功补偿装置来进行无功补偿是一种比较切实可行的方案。其重要特点是能自动连续平滑调节补偿无功功率，改善电压波动、抑制谐波、提高功率因数。为保证SVC系统投入后八矿在二水平设备增容的情况下也能确保电能质量达到最佳效果，因此按照八矿投入110/6.3KV，25MVA变压器，2*1300KW直流绞车后的运行要求进行如下设计。
3. 八矿6KV电网供电系统参数
1）主变参数： 25MVA；
110/6.3KV；
209.9/3849A；
YN.d11；
调压范围：±2×2.5%
风冷；
空载损耗:25.28kw；
空载电流:0.4%；
负载损耗:118.8kw；
Ud=15%；
主接线方式：单母线分段。
6KV侧最小短路容量：177.78MVA。
2）主井提升机
（1）电机：2100KW
（2）数量2台
3）.副井提升机
（1）电机：800KW
（2）数量2台
4）新副井提升机
（1）电机：1300KW
（2）数量2台
5）脉动数
主、副井均为12脉动可控整流调速传动。
4. 八矿6KV母线上的无功负荷计算：
晶闸管变流器（直流供电主井和副井绞车）是6kV母线上的主要冲击负荷。绞车重载提升起动时，以较大的起动转矩拖动绞车电机从静止状态开始加速，产生最大的无功冲击，使供电系统出现很大的电压波动和幅值很大的谐波电流，此时功率因数很低仅0.1～0.2左右。在稳定运行阶段无功负荷减少，功率因数提高：主井、副井绞车为0.74左右。
1）主井绞车最大无功冲击（感性）
两台主井绞车在重载提升起动时，起动转矩（起动电流）约为电机额定转矩（额定电流）的1.37倍。电动机额定功率为：Pe=2100kW，参照设备的电机、供电变压器参数，计算出每台主井绞车起动时最大视在功率为。
在起动瞬间有功功率近似为0，故最大的无功冲击约为：
Qmax1≈4447kvar。
每台主井绞车稳态额定功率提升时，无功约为Qf1＝1852kvar。
2）副井绞车在稳定提升时的无功功率（感性）
另两台副井绞车电动机额定功率为Pe=800kW×2，cosφ=0.75，则在稳定提升时的无功功率为。
参照上述主井的计算方法可得每台额定功率为800kW的副井绞车在起动瞬间最大的无功冲击约为：Qmax2≈1694kvar。
每台副井绞车稳态额定功率提升时,无功约为Qf2=705.5kvar。
3）新副井绞车在稳定提升时的无功功率（感性）
二台新副井绞车电动机额定功率为Pe=1300kW，cosφ=0.75，则在稳定提升时的无功功率。
参照上述主井的计算方法可得每台额定功率为1300kW副井绞车在起动瞬间最大的无功冲击约为： Qmax3≈2097kvar。
每台副井绞车稳态额定功率提升时,无功约为Qf3=1147 kvar。
4）其它设备提高功率因数所需的无功补偿容量（容性）
为充分利用主变的供电能力，其它负荷总功率取：sqt=3717.5KVA。
补偿前：cosφ1=0.77，tgφ1=0.8286
补偿后：cosφ2=0.95， tgφ2=0.3287
所需的容性无功补偿容量为。
5）.电压波动在国标允许值时的允许无功波动
6kV系统允许的电压波动取d=2.5%，在最小短路容量Skmin=177.78MVA时允许的无功波动为。
表3 电压波动及闪变的限值
d%
LV MV HV
1r≤ 4 3
1＜r≤10 3 2.5
10＜r≤100 2 1.5
100＜r≤1000 1.25 1
6）容性无功补偿容量计算
最严重的情况确定为：一套主井绞车处于重载提升状态，一套副井绞车和其它负荷正常运行。此时为了把电压波动限制在2.5%以下，应该补偿的容性无功为。
=2×4447＋2×1694＋2×2097＋1430.97－4444.5
=13462.47kvar≈13000kvar
7）滤波器的基波补偿容量、晶闸管控制的相控电抗器容量
选取滤波器的基波有效补偿容量为11000kvar。
相控电抗器的可调容量为11000kvar。
5.SVC系统方案设计
1）SVC系统组成
宽带软件的状态界面如图1所示：
图1 宽带软件的状态界面
2）SVC控制系统的基本组成
SVC控制系统的基本组成如图2所示：
图2 SVC控制系统的基本组成简图
SVC连接到系统中，电容器（滤波器FC）提供固定容性无功功率Qc，补偿电抗器通过具有完好线性特征的的电流决定了从补偿电抗器输出的感性无功值QTCR，感性无功与容性无功相抵消，只要QN（系统）=QV（负载）-QC+QTCR=恒定值（或0），功率因数就能保持恒定，电压几乎不波动。最重要的是精确控制可控硅的触发角，获得所需要的电抗器的电流。根据采集的进线电流及母线电压经乘法器后得出要补偿的无功功率，计算机发出触发脉冲、光纤传输至脉冲放大单元，经放大后触发可控硅，得到所补偿的无功功率。
3）可调相控电抗器（TCR）产生连续变化感性无功的基本原理
SVC控制系统的基本组成如图3所示：
图3 SVC控制系统的基本组成简图
假设负荷消耗感性无功QL，负荷的最大感性无功为Qlmax，若取QC=Qlmax，即系统先将负荷的最大感性无功用电容补偿。当负荷变化时，电容与负载共同产生一个容性无功冲击，QP=QC-QL，这时，用一个可调电抗（电感）来产生相对应的感性无功QB，抵消容性无功冲击，这样在负荷波动过程中，就可以保证：QS=QC-QB-QL=0
6.安装前后的经济效益分析
1）靜止型动态无功功率补偿装置安装前
八矿在没有安装静止型动态无功功率补偿装置（SVC）前，每月有功电量平均值约为20万kwh，无功电量平均值约为50kvarh；平均功率因数为0.34；每月平均电度电费和基本电费总额12万元；按照“功率因数低于0.9标准按比例增收电费”的规定，每月平均增收电费比例69%，增加功率因数（俗称“力率”）电费多支出9.7万元。
2）静止型动态无功功率补偿装置SVC安装后
八矿在安装静止型动态无功功率补偿装置（SVC）后，使技术性能指标满足了中华人民共和国《电能质量 公用电网谐波》（GB/T 14549－93）的要求外，系统的平均功率因数也达到了0.90以上，按照“功率因数大于0.9标准按比例减收电费”的规定，企业每月减少电费支出约9万元以上。
参考文献：
1.中华人民共和国国家标准GB/T14549-93《电能质量 公用电网谐波》
2.中华人民共和国国家标准GB12326-90《电能质量 电压允许波动和闪变》
3.《电力系统谐波》 吴竞昌、孙树勤、宋文南、曲涛等编著
4.《钢铁企业电力设计手册》冶金工业出版社