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SVG动态补偿装置在煤矿供电系统中的应用 韩振兴 开滦东欢坨矿业分公司 河北 唐山063000 摘要煤矿变频设备的大量使用,造成6kV供电系统中高次谐波的成分大大增强,严重影响供 电质量和安全,动态补偿装置大大改善了煤矿变电站的供电质量,提高了功率因数。本文对 引进无功功率补偿装置前后的电网装况进行了分析。 关键词 SVG 动态补偿装置 煤矿 供电系统 中图分类号 TD611 文献标识码 B 文章编号 1006 - 0898 2010 02 - 0043 - 03 近些年煤矿大量使用大功率交交变频机电 设备,致使煤矿电网中高次谐波分量迅速增加, 供电质量下降直接威胁煤矿供电系统的安全,随 着动态无功补偿技术的发展和成熟,使其在煤矿 应用成为可能。 1 无功功率对电网的影响 一般电力系统的结构如图1所示。 图1 简单的负荷连接 电源提供的有功功率Ps和无功功率Qs,忽 略变压器和线路损耗,则有Ps P1; Qs Q1。没 有足够的无功补偿的电网存在以下几个问题 1 电网无功由远端传输。 2 负荷的无功冲击影响本地电网和上级电 网的供电质量。 3 负荷的不平衡与谐波也会影响电网的电 能质量。 4 使供电母线的电压产生波动,降低了机电 设备的运行效率。 5 大量无功使系统功率因数较低,浪费大量 能源。变流设备的自然功率因数较低,一般只有 0. 7左右,造成供配电系统的电能损耗增加,发配 电设备的利用率下降,企业的电费支出增加,降 低了企业的经济效益。 因此,电力系统一般都要求对用电负荷进行 必要的无功、 不平衡与谐波补偿,以提高电力系 统的带载能力,净化电网,改善电网电能质量。 2 大功率交交变频设备对电网的影响 由于交交变频设备的的非线性和波形非正 弦的特点,电气传动装置的电源侧的电流不仅含 有基波,还包含大量的谐波,这些都会给供电系 统的安全运行和供电质量带来不良的影响,同时 会给系统中的其它用电设备带来很大的影响。 2. 1 交交变频提升机等大功率负荷对电网的影 响主要表现在 4 结论 根据前述总体思路及选型方案,从安全性、 可靠性、 维护检修等方面看,轴流式风机性能优 于防爆对旋式风机。王庄矿新区主通风机系统 已进入设计制做阶段,相信投运后的主通风机系 统能很好地适应新时期煤矿生产的需要,为煤矿 的安全生产保好驾护好航。 参考文献 [ 1 ] 主通风机司机 .北京.中国矿业大学出版社. 2007 [ 2 ] 煤矿安全操作口诀主通风机司机 北京.中国矿业大学 出版社. 2002 [ 3 ] 流体机械原理 .北京.机械工业出版社. 2000 作者简介 董宗斌1967 - ,河南人,高级工程师, 1990毕业于焦作矿 院,从事煤矿技术管理工作。 收稿日期 2009 - 12 - 09 34 第2期 2010年6月 水力采煤与管道运输 HYDRAUL IC COAL M I N I NG PIPEL I NE TRANSPORTATI ON No. 2 Jun. 2010 1 产生谐波电流。 2 平均功率因数低。 3 电压波动很大。 2. 2 谐波电流对电气设备的危害 1 谐波对供电变压器的影响主要是产生附 加损耗,温升增加,出力下降,影响绝缘寿命。 2 谐波对旋转电机的主要影响是产生附加 损耗,其次产生机械振动,噪声和谐波过电压。 3 谐波对电缆及并联电容器的影响,当产生 谐波放大时,并联电容器,将因过电流及过电压 而损坏,严重时将危及整个供电系统的安全运 行。 4 谐波对变流装置的影响交流电压畸变可 能引起不可逆变流设备控制角的时间间隔不等, 并通过正反馈而放大系统的电压畸变,使变流器 工作不稳定,而对逆变器则可能发生换流失败而 无法工作,甚至损坏变流设备。 5 谐波对通信产生干扰,使电度计量产生误 差。 6 谐波对继电保护自动装置和计算机等也 将产生不良影响,如系统电压升高缩短电气设备 寿命等。 7 部分谐波电流超过国标要求。 开滦东欢坨矿业分公司谐波分量如表1所 示。 表1 提升机注入6kV母线谐波电流数值表单位 A 谐波次数57111317192325 主井谐波28. 6819. 8439. 0630. 235. 894. 8110. 708. 37 副井谐波121. 1514. 6328. 8122. 304. 343. 547. 896. 17 副井谐波221. 1514. 6328. 8122. 304. 343. 547. 896. 17 总谐波值61. 136. 460. 4456. 96. 915. 512. 1 表2 公用电网谐波电压限值相电压 电网标称 电压/kV 电压总谐波 畸变率/ 奇次谐波电压 含有率/ 偶次谐波电压 含有率/ 64. 03. 21. 6 对比6kV母线的总谐波电流和国标电流允 许值表可以看出,部分谐波电流超过国标要求, 必须进行治理。针对此情况引进SVG动态补偿 系统。 3 SVG的基本工作原理 3. 1 SVG 固定式无功功率发生器 , 就是专指 用自由换相的电力半导体桥式变流器来进行的 动态无功补偿装置。SVG的组成如图2所示。 图2 SVG与系统连接示意图 设电网电压和SVG输出的交流电压分别用 向量Us和U1表示,则连接电抗X上的电压UL 即为Us和U1的向量差,而连接电抗的电流是可 以由其电压来控制的。这个电流就是SVG从电 网吸收的电流I。如果未计及连接电抗器和变流 器损耗, SVG的工作原理可以用图3所示的单相 等效电路图来说明。在这种情况下,只需U1与 Us同相,仅改变U1的幅值大小即可控制SVG从 电网吸收的电流是超前还是滞后90,并且能控 制该电流的大小。 a 单相等效电路 b 向量图 图3 SVG等效电路及工作原理未计及损耗 采用直接电流控制的有源滤波型中压SVG 的工作原理如图3所示。由图中可以得出Is IL Ic,即电源电流Is是负载电流IL和补偿电流Ic 的向量和。假设负载电流IL中含有基波正序电 流包括基波正序无功电流ILfq 和基波正序有功 电流ILfp 、 基波负序电流ILf -和谐波电流ILh,即 IL ILfq ILfp ILf - ILh。 为了使电源电流Is中不含有基波正序无功 44 2010年6月水力采煤与管道运输第2期 和基波负序电流,则需要控制SVG输出电流Ic 满足Ic - ILfq ILf -。这样电源电流中就只 含有基波正序有功和谐波电流,即Is ILfp ILh。 所以想要达到补偿的目的,关键是控制SVG 输出电流满足Ic - ILfq ILf -。 图4 SVG组成示意图 3. 2 恒无功控制系统,保证功率因数及抑制电 压波动 SVG连接到系统中,通过控制SVG输出电流 的幅值与相位来决定从SVG输出的无功性质与 大小QSVG, SVG输出的无功与系统负荷无功相抵 消,只要 Qs 系统 QL负载 - QSVG恒定值 或0 ,功率因数就能保持恒定,电压几乎不波 动。 最重要的是精确计算出负载中的瞬时无功 电流,采集的进线电流及母线电压,经运算后得 出要补偿的无功功率,计算机发出触发脉冲,经 光纤传输至脉冲放大单元,经放大后触发IGBT 或IGCT,获得所补偿的无功电流,得到所补偿的 无功功率。 4 设备投运后应用效果 1 电网实时因数数值 ≥0. 98 滞后,无过 补。 2 成套装置具有短时过载能力。 3 输出调节范围为- 100～ 100 无级 可调。 4 系统响应时间小于5m s。 5 故障时提供报警信息,严重故障时封锁 SVG驱动脉冲。同时装置退出运行。 6 装置运行过程中,最大有功损耗较低不 大于输出容量的0. 8 。 7 现场实测谐波分量大大低于国标相关要 求。 8 通过SVG装置现场视频信号和音频信号, 随时可以观察到现场的设备运行状况,包括维护 指导、 故障状态、 故障位置、 电压/电流指示值等, 配合厂家远程服务监控系统,大大降低了系统的 维护工作量和技术难度。 SVG应用前后的电源三相电流波形对比如 图5、 图6所示。 5 结语 通过以上分析,可以看到SVG系统对于煤矿 供电系统的安全和经济运行水平起到了很大的 促进作用,它将能大大加强煤矿电网一次、 二次 系统的效能和可靠性,对保证电网安全稳定运行 具有重大的意义。随着技术的进步和硬件软件 环境的改善,它的优越性必将进一步体现出来。 作者简介 韩振兴1973 - ,男,工程师, 1996年毕业于河北煤炭建筑 工程学院机电一体化专业,现任开滦东欢坨矿业分公司机电副 总。 收稿日期 2010 - 03 - 03 54 2010年6月韩振兴 SVG动态补偿装置在煤矿供电系统中的应用第2期