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解決方案

級聯式高壓動態無功補償裝置(SVG)在煤礦生產中的應用

發布時間:2020-04-18 作者:新風光

1用戶現場情況

1.1現場概況

該煤礦是兗礦集團的下屬煤礦之一。該煤礦某礦井變電所系統采用兩回路6kV進線,中間有聯絡開關,每段母線上各有Y3555-4/250kW/6kV壓風機2臺、Y4504-6/630kW/6kV扇風機1臺、350kVA和1250kVA(生活區供電)變壓器各1臺、井下供電回路1回(采煤、掘進等)。負載主要為感性負載,井下有低壓變頻器。

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圖1 礦井變電所系統6kVⅠ框圖

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圖2 礦井變電所系統6kVⅡ框圖

圖1、圖2為礦井變電所系統6kVⅠ段、6kVⅡ段示意圖,Ⅰ、Ⅱ段母線通過母聯開關19和隔離開關20相連,當其中一段母線出現問題時,可以通過將兩個開關合上用另一段母線實現供電。

1.2 現場電網實際測量結果

礦方對礦井變電所實際電網的運行工況,進行了測量,數據測量結果如下:

(1)6kVⅠ段母線系統有功、無功及功率因數運行情況

6kVⅠ段母線系統有功、無功及功率因數測量數據如圖3所示。

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圖3 6kVⅠ段母線系統有功、無功及功率因數運行情況

補償前:cosφ1=0.78,則tgφ1=0.802

補償后:cosφ2=0.95,則tgφ2=0.328

系統無功功率Qc=P*(tgφ1-tgφ2)=2513*(0.802-0.328)=1191kvar

通過有功、無功及功率因數的總趨勢圖可以算出Ⅰ段母線所需補償容量約為1.2Mvar。

(2)6kVⅡ母線系統有功功率、無功功率及功率因數運行情況

6kVⅡ段母線系統有功、無功及功率因數測量數據如圖4所示。

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圖4 6kVⅡ段母線系統有功、無功及功率因數運行情況

補償前:cosφ1=0.78,則tgφ1=0.802

補償后:cosφ2=0.95,則tgφ2=0.328

系統無功功率Qc=P*(tgφ1-tgφ2)=1645*(0.802-0.328)=780kvar

通過有功、無功及功率因數的總趨勢圖可以算出Ⅱ段母線所需補償容量約為780kvar。加上Ⅱ段存在一定諧波,所需容量約為200kvar。Ⅱ段所需總無功約為1Mvar。

2控制方案

根據現場兩段母線測得的運行記錄分析,該煤礦井變電所兩段母線若要將功率因數補償到0.95,該煤礦領導綜合考慮系統的投資和造價,在母線上選購了1套新風光自主研制的高壓動態無功補償及諧波治理系統,規格型號為FGSVG-C3.0/6(3Mvar/6kV),補償點可以在兩段母線上切換,并且能夠治理諧波形成一個完整的無功補償系統,FGSVG可實現全自動投切,做到無人值守。

配置的無功補償容量比實際每段母線所需的容量要大,這樣就為Ⅰ、Ⅱ段母線上的擴容提供了方便,FGSVG裝置能夠完全滿足煤礦電能質量治理的需求,改造達到了預期目的。

3新風光公司FGSVG系列高壓動態無功補償系統

新風光公司FGSVG系列高壓動態無功補償系統采用現代電力電子、自動化、微電子及網絡通訊等技術,采用先進的瞬時無功功率理論和給予同步坐標變換的功率解耦算法,以設定的無功性質及大小、功率因數、電網電壓為控制目標運行,動態的跟蹤電網電能質量變化調節無功輸出,并能實現曲線設定運行,提升電網質量。

FGSVG系列高壓動態無功補償系統為滿足用戶對提高輸配電網絡的功率因數、治理諧波、補償負序電流的迫切需要,做出相應設計,具有以下特點:

(1)動態響應速度快,響應時間≤5ms。

(2)在補償容量足夠的前提下,輸出電流諧波(THD)≤3%。

(3)多種運行模式極大的滿足用戶需求,運行模式有:恒裝置無功功率模式、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數模式、恒考核點電壓模式、負載補償模式,目標值可實時更改。

(4)實時跟蹤負荷變化,動態連續平滑補償無功功率,提高系統的功率因數,實時治理諧波,補償負序電流,提高電網供電質量。

(5)抑制電壓閃變,改善電壓質量,穩定系統電壓。

(6)FGSVG電路參數精心設計,發熱量小,效率高,運行成本低。

(7)FGSVG采用冗余性設計和模塊化設計,滿足系統高可靠性的要求。

(8)保護功能齊全,具有過壓、欠壓、過流、光纖通訊故障、單元過熱、不均壓等保護,并能實現故障瞬間的波形錄制,便于確定故障點,易維護,運行可靠性高。

(9)投切時無暫態沖擊,無合閘涌流,無電弧重燃,無需放電即可再投。

(10)與系統連接時,自適應交流系統相序,調試使用方便。

(11)人機界面友好顯示,對外通訊提供了RS485、以太網等接口,采用標準MODBUS通訊協議。除具有實時數字量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢、單元狀態監控、系統信息查詢、歷史故障查詢等功能外,還具有送電后系統自檢、一鍵開停機、分時控制、示波器、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。

(12)可并聯安裝,極易擴展容量。并機運行使用光纖通訊,通訊速度快,能夠完好的滿足實時補償的要求。

4方案實施

4.1安裝地點

FGSVG高壓動態無功補償系統采用戶內柜式安裝。輸出電抗器器采用戶內安裝。FGSVG在運行過程中會產生熱量,而熱量又是危害電力電子設備的一種因素,因此必須要保證設備的通風散熱。FGSVG設備采用室內安裝方式,不需要額外在室內增加空調等設施,不額外增加用戶費用,只需要現場在FGSVG設備的風機上加裝風道引出室外,FGSVG設備產生的熱量被風機排出室外,只需要保證室內的空氣流通即可。風道現場安裝如圖5所示。

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圖5 風道現場安裝圖

4.2 現場連接方式

FGSVG高壓動態無功補償系統現場連接方式如圖6所示。

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圖6 FGSVG高壓動態無功補償系統現場連接方式圖

變電所Ⅰ、Ⅱ段母線分別由1臺高壓開關柜接出高壓電纜引入到SVG裝置進線柜接線端;分別取6kV母線Ⅰ段進線柜和Ⅱ段進線柜的三相電流信號接入SVG控制柜;分別?、穸蜳T和Ⅱ段PT信號接入SVG控制柜。

4.3 裝置運行方案

(1)當SVG裝置需要在Ⅰ段母線進行補償時,合上Ⅰ段母線SVG開關柜(此時禁止合Ⅱ段母線SVG開關柜),SVG裝置可以根據取得的Ⅰ段母線PT信號及其進線柜三相電流信號實時計算出的無功及諧波進行自動補償。

(2)當SVG裝置需要在Ⅱ段母線進行補償時,合上Ⅱ段母線SVG開關柜(此時禁止合Ⅰ段母線SVG開關柜),SVG裝置可以根據取得的Ⅱ段母線PT信號及其進線柜三相電流信號實時計算出的無功及諧波進行自動補償。

(3)裝置并入電網后可24小時掛網運行。裝置會自動跟蹤電網功率因數的變化,使電網功率因數維持在0.95-1的某個設定值(無過補)。

(4)以母線電壓為目標運行時,根據用戶設定的目標值運行。

(5)裝置并網補償后可以解決功率因數低及諧波等情況。

4.4控制電源

需要現場提供單獨10kVA的380VAC三相四線制控制電源,控制電源經過FGSVG內部電源模塊后給裝置供電。

4.5 輸出諧波特性

新風光公司FGSVG采用了載波移相PWM技術和功率單元級聯多電平技術,自身產生的諧波含量≤3%,裝置輸出側無需濾波器。

4.6 散熱方案

該礦FGSVG主功率器件IGBT采用強迫風冷,風機由風道抽風,外部冷空氣流過散熱器進入風道帶走熱量。風機出口對外設置風道,保證設備產生熱量順利排出室外。

4.7 通信及監控功能

控制器具有和上位機通信的標準化接口,具備與變電站綜合自動化聯網的功能,裝置的運行狀態和故障類型均可上傳。通訊采用RS485等通訊接口,采用標準Modbus或用戶自定義等多種通訊協議。

5 改造后應用效果

2018年2月初,新風光FGSVG高壓動態無功補償系統一次成功投運,至今運行正常。改造后,該礦供電系統功率因數實測0.98以上,滿足0.95的考核要求,降低了流經變壓器和線路的電流,保證了其他負載設備的正常運行,具有顯著的經濟效益和社會效益。

5.1直接經濟效益

經過測算,全年可節省電費30多萬元。同時,減少了由功率因數引起的電費罰款。

5.2社會效益

該煤礦井變電所無功補償改造后,6kV母線的諧波電壓總畸變率、奇次諧波電壓含有率、偶次諧波電壓含有率、各次諧波電流、電壓不平衡度、電壓波動、功率因數等滿足電能質量有關國家標準的要求,保障了煤礦其他的自動化儀表,監控系統設備的正常運行,降低了相應的維護保養費用,為煤礦的安全生產保駕護航。

6結論

新風光公司FGSVG系列級聯式高壓動態無功補償裝置(SVG)改善了煤礦電網電能質量,具有效率高、響應快、可靠性高、諧波補償、閃變抑制能力強,負序補償、高低電壓穿越等優點,值得在煤礦等行業大力推廣。

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