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煤矿电网的无功补偿装置配置方案 朱福桥,王崇林 中国矿业大学 信息与电气工程学院,江苏 徐州221008 摘要随着无功补偿装置和煤矿综合电厂的投运,煤矿电网的无功源增多,很难实现无功功率的经济补 偿。本文比较了静止型动态无功补偿装置、 分组投切电容器组和利用发电机调节无功的经济性,实现了 无功补偿的优化配置。 关键词无功补偿;优化;经济 中图分类号TM714. 3 文献标识码B 文章编号1004 - 7948200707 - 0037 - 03 1引言 在煤矿企业中,由于大量电动机负荷和大型综 采设备的投入,造成煤矿电网供电质量下降,即功率 因数较低、 电压波动较大,所以许多矿井都安装了无 功补偿装置。再加上煤矿自备电厂和同步电机以及 滤波装置的投入运行,并且这些设备大都是手动调 节和投切的,因现场工作人员操作水平有限,很难实 现无功功率的经济补偿。所以有必要对无功补偿装 置进行优化配置。下面以新集一矿具体实际来进行 论述。 2无功现状及问题 新集一矿现在无功负荷情况为 高 峰 负 荷 15Mvar ,低谷负荷为5Mvar ;有功负荷情况为高峰 负荷19MW ,低谷负荷为10MW。该矿现有无功电 源情况为自备电厂一座,装机容量为26MW ,额 定无功容量为2415MVar ;低通滤波器和高通滤 波器各1台,可以兼作为无功补偿用,补偿容量为 218MVar和312MVar ;4台同步电动机,其中2台 功率550kW ,型号为TK550 - 12/ 1430 ,另外2台功 率为250kW ,型号为TK250 - 14/ 1180 ,4台电机额 定功率因数都为01 9 超前。该矿35kV主变电所 进线经常由于功率因数低被当地供电部门罚款。 3问题分析 该矿无功源有发电机、 同步电机和并联电容器 组。由于同步电机负荷比较稳定,所以根据以下公 式预先计算出其无功出力为 Qs SN[sinφNβ1-Kfz ] 式中 Qs同步电动机在某一负载下所发无功; SN同步电动机额定视在容量; sinφN同步电动机额定功率因数角所对应 的正弦函数值; β取决于以电动机额定功率因数所表示的 结构性能,见表1; Kfz电动机的负载系数。 表1 电动机额定功率因数和β的关系 cosφN βcosφN βcosφN β 018 012019 0136110 014 运行的2台电机可补偿39511kvar的无功功 率。基于该矿无功功率现状,考虑用PSASPPower System Analysis Software Package软件进行最优无 功潮流仿真计算,从而可以求出该矿的最佳无功补 偿容量。 PSASP软件是由中国电科院研制的电力系统 分析软件,功能强大,能够实现潮流仿真计算和最优 潮流计算。考虑到系统仿真实际需要,就该矿发电 机、 无功补偿装置和无功负荷建立了以下模型见图 1 。通过该模型对系统的最大和最小运行方式下的 几种运行状态进行仿真计算,根据计算结果对该矿 电网的无功进行相应的分析,结合现有无功补偿装 置得出该矿无功补偿装置的最佳配置方案,实现无 功功率最优化发电机负荷按额定负荷设定,最大负 荷和最小负荷按新集一矿所给的最大和最小负荷计 算,补偿电容器按实际铭牌参数设定。 根据仿真结果可以得出如下结论在最小负荷 运行方式下均能通过相应的调节来满足运行的要 求。但是,在最大负荷时只有在2台发电机满负荷 运行,并且并联补偿电容器全部投入时才可以满足 运行的要求。而且在实际生产过程中还存在下列问 题。 73 2007年第7期 总第300期 节 能 ENERGY CONSERVATION 图1 新集一矿无功模型 135kV变电所和电厂的联系问题。如果通过 调节发电机的励磁电流来调节发电机的无功功率, 从而调节联络线进线的功率因数,这里存在一个发 电厂和变电所之间的联系问题。由于励磁电流是由 电厂电气运行人员调节的,而联络线的功率因数是 由35kV变电所的运行人员来监视、 调节的,35kV 变电所的运行人员不能调节发电机的励磁电流,而 电厂运行人员无法监视联络线的功率因数,即使两 者能通过电话联络来进行调节,但负荷是变化的,很 难实现对其进行经济补偿。 2低通滤波器和高通滤波器作为无功补偿装 置,其调节无功功率的方式是固定的,只能全部投入 和切除两种运行方式,调节手段简单,不能很好地调 节新集一矿电网的无功功率。另外由于补偿容量是 固定的,对冲击无功功率造成的无功功率变化无能 为力,造成6kV母线电压变化大。 3在外部系统电压高时会造成低通滤波器和 高通滤波器不能投入,从而造成从系统吸收无功功 率过多,功率因数降低,这样就达不到供电部门下达 的运行指标。 总之,新集一矿电网的无功功率调节方式简单, 并且在负荷较大时没有无功功率裕量,在外部系统 电压高时无功补偿装置不能投运,不能满足该电网 的无功功率的动态经济补偿。所以有必要再上一套 无功补偿装置,能满足煤矿各种运行工况下均能进 行无功补偿,从而代替原有补偿装置。该装置要达 到下面要求能够智能控制无功补偿容量,解决人工 投切无功补偿装置的弊端;能够满足各种运行工况, 避免出现在外部系统电压较高时无功补偿装置无法 投运;能够利用现有滤波兼无功补偿电容器,最大限 度节约投资。 煤矿变电站无功补偿方式主要是集中补偿。现 在变电所集中补偿方式主要有下列几种自动无功补 偿装置分组投切电容器组,调压调无功容量补偿, 动态无功补偿SVC。 表2 电容电抗器组合、 静止无功补偿装置的技术经济比较 指标电容电抗器组合静止无功补偿装置 过负荷能力无无 有功损耗0113 0187 维护检修维护工作量小,检修不影响供电维护工作量较小 响应时间普通断路器25Hz以上1～2Hz 调压精度阶跃变化同调相机 对系统稳定的影响出力受电压影响,事故时出力降低,对维持电压不利响应时间快,对系统静态动态稳定均有益 装置的谐波量不计需装设5、7次谐波器消除谐波 4经济技术分析 三种方案技术经济比较见表 2 。 在三种方案中,从系统中吸收电量平均按每月 650万kWh。在现有设备情况下联络线的功率因数 平均按9个月的功率因数为019 ,其他3个月的功 率因数为0185计算功率因数调节电费。无功补偿 容量按计算出的6Mvar计算。调节电费按照国家 标准规定数据计算,运行费用按技术经济比较如表 2中有功损耗计算。 Z C M Tn C iM 式中 Z计算支出; C年运行费用; M投资额; Tn折回年限,一般取6～8a,这里取7。 i标准效益参数; 1加装静止型动态无功补偿装置方案。 加装静止型动态无功补偿装置需投资250万元; 减少功率因数调节电费 6500145215 3 211938万元; 功率因数为0195时电费减少 65001450175 12 261325万元; 运行、 管理费用 0187 6 000014524365 10 000 201577万元; 83 节 能 ENERGY CONSERVATION 2007 年第7期 总第300期 计算支出Z - 211938 261325 201577 250 7 81028万元。 2利用发电机减少有功、 增加无功方案。 按照每月平均从系统中吸收电量650万kWh , 要将功率因数从0185提高到019需要多发无功功 率880Mvar ,利用压风机房2台压风机功率因数调 节至01 9 超前 , 其余的无功功率由发电机供给,折 合每台发电机01222Mvar/ h。根据汽轮发电机通用 P-Q曲线图可得要在原来额定无功功率基础上 增加01222Mvar的无功功率,需要在原来额定有功 功率基础上至少减少0124MW ,2台发电机共减少 0148MW的有功功率。该方案投资0元。发电机 减少有功时多支付电费 01048243030106 6122万元; 运行、 管理费用 0113 6 000014524365 10 000 3107万元, 117 800243030. 45 10 000 11322万元; 支出Z 6122 3107 11322 0 7 101612万元。 3加装分组投切电容器组方案。 加装分组投切电容器组需投资40万元。减少 功率因数调节电费 6500145215 3 211938万元; 功率因数为0195时电费减少 65001450175 12 261325万元; 运行、 管理费用 0113 6 000014524365 10 000 3107万元; 支出Z - 211938 261325 3107 40 7 - 391479万元。 从以上比较可以看出方案3计算支出最小,所 以从经济上看应选择该方案。这样不仅设备投资经 济合算,可以满足各种运行工况下的无功经济补偿, 而且矿自备电厂运行就更加经济,提高了整个企业 的经济效益。 5结语 在本方案中充分利用了同步电动机,并分析了 三种方案的经济性,从而确定了采用分组投切电容 器组代替原有固定投切电容器,既保证了该矿的供 电质量和功率因数,又保证了发电机的经济运行。 作者简介朱福桥1976 - ,男,安徽萧县人,在读研究生,研 究方向无功补偿。 收稿日期2007 - 01 - 21 ;修回日期2007 - 05 - 15 上接第40页 3纯低温余热发电系统运行评价 一般来讲,当熟料热耗增加7～8kcal/ kg ,吨熟 料发电量相应增加1kWh ,即窑系统多消耗1～ 1112kg标准煤此耗煤指标明显高于大型燃煤电 站。因此,采用 “吨熟料发电量/ kg熟料热耗” 来评 价余热电站的发电水平更加合理。 4纯低温余热发电系统特点 山水集团2500t/ d水泥窑纯余热发电系统投运 后,熟料热耗控制在750kcal/ kg以下,发电量稳定 在4 200kW以上,水泥窑余热发电技术水平得到了 大幅度提高,达到了全新的水平。 1减少主蒸汽参数的波动,满足汽轮机长期稳 定、 高效运行的要求。第二代余热发电系统采用单 独设置的过热器,过热器的取风可瞬时调整。在窑 头熟料冷却机废气参数周期性变化时,可瞬时调整 过热器的取风量来调节主蒸汽参数;在过热器积灰 情况变化时,也可通过调整风量来控制主蒸汽参数。 2系统采用双压参数,实现了能源的梯度利 用,在满足除尘器运行的前提下,尽可能降低窑头的 废气温度,充分利用余热。在水泥窑余热条件发生 较大变化时,采用滑参数运行;当余热条件下降时, 相应降低蒸汽压力参数,保证有效换热,充分利用余 热。 3水泥窑冷却机采用多级取废气方式,各级之 间可以根据水泥窑及电站运行情况进行调整。当水 泥窑系统生产需要调整冷却机时,可以很方便简单 地调整,使电站系统对水泥窑生产的影响降到最低。 5存在问题 窑尾锅炉废气是用于物料的烘干,不同的季节 物料所需烘干的温度不一样,现按220℃ 设计,当烘 干温度只需要180℃ 时,就有40℃ 的热量没有很好 利用。 作者简介曲业岭1976 - ,男,山东泰安人,本科,学士,助 理工程师,从事电站运行工作。 93 2007年第7期 总第300期 节 能 ENERGY CONSERVATION Frequency conversion velocity modulation in catalytic cracking installment applied analysis WANG Li-jian Chinese Petroleum and Chemical Incorporated CompanyJinan Branch Company ,Ji′nan250101,China Abstract Carried on the summary to the frequency conversion velocity modulation in the catalytic cracking installment use effect ,and the ques2 tion which appears to the application process in has carried on the analy2 sis ,proposed frequency changer questionand suggestion which should pay attention in the actual operationprocess. Key words Frequency conversion velocity modulation;Application ef2 fect ;question and suggestion 30 Reactive compensation configuration project of coal mine ZHU Fu2qiao ,WANG CHong2lin China University of Mining and Technology , Xuzhou221008,China Abstract With the use of reactive compensation equipment and power plant of coal mine ,the reactive compensation power supply increase.Due to lower management level ,it is difficult to achieve economical compen2 sation ,so it is necessary to optimize the reactive compensations. The pa2 per compared economy of the dynamic reactive compensation , group2 switch capacitor and electrical machine ,and optimizes the reactive com2 pensations. Key words reactive compensation;optimize ;economy 37 Theory and application of regulation and monitoring device of hot water central heating systemsFENG Guan2jun ,LIU Guan Shenyang Huaxin International Property Management Co. ,Ltd. Shenyang110015,China AbstractDevelop a set central heating operation and regulation sys2 tem. The system changes the traditional ways of feeling the temperature by body or making the temperature control on heating way and regulat2 ing the rate of flow by starting the valves bigger or smaller by weather forecast. The system can automatically provide real - time and standard heating temperature and accurately control circulation volume by fre2 quency converter. Key words Central Heating;Central Regulation 44 Discuss of Regenerative Alteration on Little Heating Furance LUO Guo-min Guangdong songshan Polytechnic College , Qujiang512122,China Abstract It is confined by height and width when the little heating fu2 rance regenerative alteration. The viable project was found that separate regenerative applied on the little heating furance. Key words regenerative ;little heating furance ;alteration 48 The present conditions of cold storage and the way of saving energy in cold storage SUN Zhong-yu ,CHENG You-kai Dalian Fisheries University ,Dalian116023,China Abstract Discussed the present conditions of cold storage of our coun2 try ,pointed out some problems which existed in designing ,constructing and managing our country’s cold storage and gave some s of en2 ergy saving. Key words cold storage ;present conditions;saving energy;way 53 The experience about design and selection of inferior coal fired boiler YUAN Fu-lin ,REN Bo ,JIA Zhen-yuan Changchun Hexin Boiler Manufacture Co.Ltd , Changchun130113,China AbstractAnalysised the combustion characteristic of high - ash ,low heat value ,inferior bituminous. detailly introduced the selection of layer combustion fashion about high - ash ,low heat value ,inferior bituminous fired boiler ,general layout ,selection of auxiliary and operation adjusting. Key words high - ash;low heat value ;inferior bituminous fired boiler ; design;selection 55 An elementary introduction to prevention and cure of scale from low- pressure boiler ZHANG Jin Tianjin North China Geolegical Burea , Tianjin300181,China Abstract Prevention and cure of incrustation scale is not only with an eye to controlling water quality and monitoring antiscale index ,but also based on bringing the scale handling ,boilers pollution discharge and de2 vice overhaul etc. under control. Key words Low - pressure boiler ;scale ;prevention;bring under con2 trol 58 声 明 本刊已被CNKI中国期刊全文数据库、 中国科技期刊数据库、 万方数据-数字化期刊群收录,作者文章 著作权使用费与本刊稿酬一次性给付。若作者不同意文章被收录,请在来稿时以书面形式向本刊声明,本刊 将做适当处理。 3 2007年第7期 总第300期 节 能 ENERGY CONSERVATION