煤矿供电系统应用SVG无功补偿装置技术研究.pdf

2 0 2 0年第0 5期 煤矿供电系统应用S V G无功补偿装置技术研究 李魏魏 潞安集团潞宁煤业有限责任公司电力科, 山西 忻州 0 3 6 7 0 6 摘 要 随着现代化煤矿发展, 煤矿内部用电负荷种类增加, 大功率用电设备数量增多, 谐波分量和无功冲击对煤 矿供电系统产生了较大影响, 导致电机工作效率下降以及整个供电系统供电质量不高等问题。基于此, 提 出了将S V G静止型无功补偿装置运用于煤矿供电系统的解决方案, 并进行合理设计。实际应用效果表 明 S V G静止型无功补偿装置能提高煤矿电网的供电效率, 稳定各个用电设备的作业功率, 保障煤矿安全 供电。 关键词 煤矿供电系统;S V G; 无功补偿 中图分类号 T D 6 1 1 D O I 1 0. 1 9 7 6 9/j . z d h y . 2 0 2 0. 0 5. 0 4 5 0 引言 现代化煤矿企业开采系统的设备安全性、 稳定性较 高, 但作业功率较大。开采系统主要包括带式输送机、 滚 筒式开采机以及倾斜式输送带等大型设备。不仅增加了 电网的输电负荷, 当设备停止运行和开始启动时, 还会造 成电网大量无效电功率输出, 加大了整个电网的电能损 耗[ 1]。当前, 煤矿常用的电网功率补偿技术能维持整个 电网系统的稳定性。通过查阅大量资料并进行现场调研 后可知, S V G无功补偿技术能满足实际应用要求, 本文以 西南地区某大型现代化煤矿6 k V线路为研究对象, 通过 S V G无功补偿技术有效地抑制该电网线路的谐波影响, 保障整个电网的运转功率稳定, 降低各个设备的电能损 耗率[ 2]。 1 供电工况 本文所研究的西南地区某大型煤矿整个负载系统分 为5个模块, 包括运输模块、 送风模块、 提升模块、 排水模 块和压封模块。该煤矿的供电系统与其余煤矿供电系统 大体相似, 总进站线路为1 1 0 k V的电压直供。为确保整 个生产过程的平稳运行, 全部采用直流电机对4台提升 机进行直接驱动, 并设置有三台通风风扇, 由3 k W的三 相异步电机驱动。该煤矿装有6台排水水泵 其中3台 备用 , 每台排水泵均由1 5 0 0 k W的电机驱动。通过现 场测试可知该供电系统存在功率因数不足和电容回路发 生频繁震荡等供电问题, 整个供电系统如图1所示。 图1 煤矿供电系统示意图 011 自动化应用 工矿自动化 收稿日期 2 0 2 0 - 0 3 - 2 8 作者简介 李魏魏 1 9 8 5 , 男, 山西长治人, 现为潞安集团潞宁煤业公司电力科科员, 助理工程师, 煤矿供电方向。 2 0 2 0年第0 5期 2 S V G无功补偿技术方案确定及原理 2. 1 方案要求 根据图1所示, 针对煤矿供电系统所存在的电压波 动较大、 功率因数偏低的问题, 应通过安装静止型无功补 偿器进行动态无功补偿, 抑制无效电压波动及谐波问题, 补偿装置应满足以下几类要求[ 3] 1 能及时补偿供电电网中的无功功率; 2 因为煤矿所处地区较远, 所以装置应具备维护检 修方便的特点; 3 智能化程度较高, 能远程进行操作并自动完成补 偿任务; 4 补偿装置的经济性较好; 5 响应时间较短, 能有效保证供电系统的电压长效 持续稳定。 2. 2 方案原理 S V G静止型无功补偿技术相较于其他无功补偿技术 具有以下特点 1S V G无功补偿技术是一个可逆向进行调整的电 源, 电网电压波动对其影响较小, 能够保持最大无功电流 并且能通过调整输出的电位信号的相位来减小电网谐波 的含量。S V G无功补偿技术还能完成动态的补偿任务, 在整个电网负荷不对称运载时也能保持安全稳定。 2S V G无功补偿技术主要采用三相全控桥式电路, 分为电压型和电流型两种形式[ 4]。通过对两者的比较得 知电压型的工作效率更高, 操作控制更为简捷方便, 故本 文采用电压型桥式电路的S V G主电路, 其结构形式如图 2所示。 图2 S V G电压型无功补偿技术电路图 该电路通过电抗器并联到交流一侧, 通过控制I G B T 导通开关, 交流侧的电压输出也随之发生改变, 从而完成 对主要电路无功功率的输入和输出, 以完成整个电网补 偿工作。 2. 3 工作特性 通过对S V G无功补偿工作技术的原理进行分析, 得 到了其电流电压特性关系, 如图3所示。 通过图3可知, 当S V G内部能满足电流供应需求 时, 该供电系统能够保证无功电流的指标数据不变, 有效 地稳定整个电网电压。即使当电网电压出现一侧不平衡 时, S V G仍然可补偿较大的电流维持平衡。由目前煤矿 应用测试可知, S V G无功补偿系统具有较高的灵敏性, 可 抵御来自外界的电流电压干扰, 通过补偿最大电流保障 持续工作。S V G系统可靠性较高, 出现故障的概率较小, 该系统的最大优点为不仅能够调整无功功率, 还能调整 有功功率[ 5]。 图3 S V G电压电流特性关系示意图 3 S V G在煤矿6 k V电网的应用 3. 1 煤矿现有无功补偿情况 现有煤矿供电系统的电压稳定指数在1 1 0 k V, 为了 补偿电网电路中的无功功率, 在煤矿内部设置有两个电 容室, 主要对电网中6 k V的4段线路进行补偿, 具体无 功补偿情况如表1所示。 表1 西南地区某煤矿无功补偿情况 6 k V母线段 投入电容室1投入电容室2 投入F C谐波 补偿装置 功率因素 Ⅰ、Ⅱ段 否否是 0. 9 5 是否是 0. 9 8 Ⅲ、Ⅳ段 否否否 0. 8 5 否是否 0. 9 3 由表1可知, 现有煤矿无功补偿装置仅采用F C谐波 补偿, 同时辅以电容室补偿, 补偿效果不佳, 无法达到国 家标准要求。采用S V G静止型无功补偿装置对现有的 F C谐波补偿装置进行替代。 3. 2 高压6 k V无功补偿S V G装置 S V G静止型无功补偿装置在煤矿电网6 0 0 V高压线 路上运用时, 其整体结构比较简单, 主要包括充电柜、 控 制柜、 功率单元柜。 充电柜主要由充电电阻及三相抗电器组成, 每次运 行S V G无功补偿装置之前应先对充电柜进行开启并对 111 工矿自动化 自动化应用 2 0 2 0年第0 5期 补偿电容进行续电, 对无功发生器的初始电流进行控制。 控制柜是S V G无功补偿装置的人机交互接口, 完成 系统的整个无功补偿过程, 监控无功功率大小及走向, 可 以使S V G无功补偿系统自行完成无功补偿任务。 功率单元柜主要由单元板、 I G B T模块组成, 是高压 静止型无功补偿装置的重要构件。 3. 3 S V G装置监控系统 S V G装置的监控系统是通过P L C工业控制机上实 现的, 系统界面如图4所示。煤矿电力管理人员通过该 系统实时查看装置的运行情况, 对电流电压的实时数据 以及历史曲线进行分析。同时该系统还具有远传功能, 可实现远程监控及操作。系统的主要功能特点如下[ 6] 1S VG A相电流;2S V G C相电流; 3网侧供电C相电流;4网侧回路 A相电流 图4 网侧电流和S V G电流 1 显示设备的各个参数, 并对其数据进行整合分析 形成数据曲线; 2 具有报警功能, 可设定限值, 一旦数据超过限值 可及时报警; 3 储存大量历史监控记录, 历史数据可随时方便地 供管理人员查阅; 4 可以显示功率因数在每一个时间节点的数据 情况; 5 配置曲线绘制工具, 可随时对数据曲线进行绘 制、 修改、 标注。 3. 4 应用测试结果分析 对S V G无功补偿系统投入煤矿电网后的相关数据 进行测试, 电网中6 k V母线的功率因数的平均值提高到 了0. 9 9, 无功冲击的最大数值已降低为0. 4 2 M v a r .具体 电网供电质量指标结果如表2所示。 表2 S V G系统使用后电能质量指标 最大值最小值 9 5概率大值国际标准 谐波电压突变率/ 1. 8 00. 1 71. 2 24. 0 长时闪变/ 0. 6 40. 2 80. 6 41. 0 电压三相不平衡率/ 0. 2 90. 1 80. 2 82. 0 由图4可以看出S V G装置输出的三相电流可随网 侧三相电流的变化趋势进行及时改变, 说明S V G装置输 出的三相电流对网侧三相电流可进行动态的跟踪补偿。 4 结语 通过S V G无功补偿技术在煤矿6 k V线路中的实际 测试得知, 该系统方案对整个煤矿的电压稳定、 抑制谐波 产生取得了良好的效果并且提高了设备的功率因数, 对 整个系供电系统的谐波污染有着重要的抑制作用, 使煤 矿电网的各个性能指标保持在国家标准范围内, 提高了 整个供电系统的输送效率和供电质量。在给煤矿企业供 电带来 经 济 效 益 的 同 时 也 保 障 了 整 个 供 电 系 统 的 安 全性。 参考文献 [ 1] 李宏生.矿井 电力 系 统无 功功 率补 偿 技术 的应 用 研究 [D].北京 华北电力大学, 2 0 1 1. [ 2] 罗承廉, 纪勇, 刘遵义.静止同步补偿器S T A T C OM 的 原理与实现[M].北京 中国电力出版社, 2 0 0 5. [ 3] 白金.浅谈无功补偿及消谐装置在3 5 k V油田供电系统 中的应用[ J].中国高新技术企业,2 0 1 15 6 8 - 6 9. [ 4] 欧剑波, 罗安, 唐杰, 等.静止同步补偿器的系统参数设计 及应用[ J].电力电子技术,2 0 0 78 3 4 - 3 6. [ 5] 张永刚, 肖彦君, 吴茂杉.适用于电气化铁道的静止无功 发生器S V G的 研 究 [J].铁 道 机 车 车 辆,2 0 1 2,3 25 7 8 - 8 1. [ 6] 金黎明.静止无功补偿系统动态特性与控制策略的仿真 研究[D].北京 华北电为大学, 2 0 0 7 211 自动化应用 工矿自动化