山西潞安煤礦電壓調(diào)節(jié)型無功補(bǔ)償裝置
一、項(xiàng)目概況
潞安煤焦集團(tuán)王莊煤礦各生產(chǎn)礦井用電設(shè)備主要是通風(fēng)、排水、提升、膠帶運(yùn)輸和采掘機(jī)械，絕大部分為感性負(fù)荷，單機(jī)功率大。隨著礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的不斷延伸，供電距離不斷延長。由于受現(xiàn)場使用條件的限制．大功率用電設(shè)備不能采取無功就地補(bǔ)償方式，供電系統(tǒng)自然功率因數(shù)低。潞安煤焦集團(tuán)地面變電所全部采取集中無功補(bǔ)償?shù)姆绞剑?5kV母線上各裝一組容量相等、均衡配置的電容器組．人工手動整組投切電容器，不能根據(jù)系統(tǒng)用電負(fù)荷波動、無功補(bǔ)償需求、功率因數(shù)和系統(tǒng)電壓的變化適時調(diào)整供電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償容量．無法滿足調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓和保持功率因數(shù)的要求。國家實(shí)行分時電價結(jié)算政策后．各生產(chǎn)礦井為了減少電費(fèi)支出。采取了早班整修、夜班滿負(fù)荷生產(chǎn)的措施，除通風(fēng)機(jī)外。排水、提升、膠帶運(yùn)輸?shù)戎饕蠊β视秒娫O(shè)備都集中在夜班(電網(wǎng)谷期)運(yùn)行。由于白天電網(wǎng)峰期用電負(fù)荷小，夜間電網(wǎng)谷期用電負(fù)荷大，造成供電系統(tǒng)電壓波動較大．甚至超出允許范圍，曾出現(xiàn)系統(tǒng)過電壓。造成部分高、低壓開關(guān)控制元件燒壞，甚至部分用電設(shè)備無法正常運(yùn)行。同時，由于王莊煤礦變電站規(guī)劃時間早，空間有限，對于35kV分組電容器自動補(bǔ)償無法滿足占地要求。
二、選型分析
根據(jù)潞安焦煤集團(tuán)王莊變電站的用電情況及分析，我們提出了使用我公司KVQC電壓調(diào)節(jié)型無功補(bǔ)償裝置的方案，根據(jù)電壓調(diào)節(jié)型無功補(bǔ)償方式的特點(diǎn)，可得出此補(bǔ)償方式為最佳補(bǔ)償方案：
1、裝置電容器固定接入，不采用投切電容方式調(diào)節(jié)無功，避免了電容投切瞬間的沖擊，而是根據(jù)Q=2πfCU2改變電容器端電壓來調(diào)節(jié)無功輸出，滿足系統(tǒng)無功出力要求；
2、可實(shí)現(xiàn)多達(dá)9級或16級無功調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)階梯小；
3、無功在調(diào)節(jié)過程中無過電壓產(chǎn)生，可以保證電容器安全，延長其使用壽命
4、可采用電容器低電壓接入，有效降低電容器合閘涌流對系統(tǒng)及電容器本身的沖擊
5、調(diào)壓過程電容器并未脫離電網(wǎng)，無充放電過程，故無調(diào)節(jié)延時，可實(shí)現(xiàn)適時調(diào)節(jié)
6、裝置輔助損耗小，僅為電容器容量的2‰左右
7、占地空間較相同級數(shù)的電容器分組投切方式的占地空間小50%以上
三、技術(shù)原理
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
KVQC系統(tǒng)組成示意圖
1. 隔離開關(guān)2.有載調(diào)壓變壓器3.避雷器4.熔斷器5.放電線圈6.串聯(lián)電抗器（可選）7.高壓并聯(lián)電容器
如上面原理圖所示，系統(tǒng)主要組成部分有：
1)控制器：KWWB-3000型高壓無功補(bǔ)償控制器
2)調(diào)壓裝置：自耦變壓器，有載調(diào)壓分接開關(guān)，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，檔位控制器
3)電容器組：高壓并聯(lián)電容器，串聯(lián)電抗器，放電線圈，熔斷器，避雷器
4)開關(guān)：使用隔離開關(guān)，或斷路器配和隔離開關(guān)
5)控制柜：儀表、指示燈、繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等
3.2 功能特點(diǎn)
a、使用新型電壓無功補(bǔ)償原理。
b、電壓無功補(bǔ)償與電容器保護(hù)一體化。
c、多種補(bǔ)償控制方案，適用于不同接線形式,補(bǔ)償控制與接線和運(yùn)行方式的自適應(yīng)。
d、控制器工作的穩(wěn)定性及可靠性較高。
e、采用圖形液晶，全中文顯示菜單式人機(jī)交互；可實(shí)時顯示各種運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)，信息詳細(xì)直觀，操作、調(diào)試方便。
f、可獨(dú)立整定系統(tǒng)定值，定值區(qū)切換安全方便。
g、通信規(guī)約采用IEC-60870-5-103規(guī)約或MODBUS規(guī)約可選，設(shè)有雙RS-485通信接口；組網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、方便，可直接與微機(jī)監(jiān)控或保護(hù)管理機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊。
h、具有錄波功能，裝置記錄保護(hù)跳閘前4周波，跳閘后6周波（每周波24點(diǎn)）的采樣數(shù)據(jù)，保護(hù)跳閘后上送變電站自動化主站，也可以通過故障分析軟件進(jìn)行故障分析。
i、保護(hù)方式可以按照保護(hù)配置，出口設(shè)置方便靈活。
3.3 控制原理
電壓無功綜合控制原理按系統(tǒng)電壓無功構(gòu)成的九區(qū)圖進(jìn)行控制，電壓上、下限可按GB12325-1990標(biāo)準(zhǔn)整定，以10kV為例，系統(tǒng)上限可為10.7kV，下限為9.3kV；無功以功率因數(shù)為判據(jù)，按要求110kV變電站COSΦ應(yīng)不低于0.95，可為下限，上限為0.98，以不向系統(tǒng)倒無功為準(zhǔn)。無功（COSΦ）九區(qū)圖如下圖所示：
1、2、3、4、5、6、7、8區(qū)為調(diào)節(jié)區(qū)，9區(qū)為運(yùn)行區(qū)。
電壓無功控制九區(qū)圖
1區(qū)時：U<下限9.3kV，COSΦ<下限0.9，無功延時時間到，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器，增大電容器無功出力，即COSΦ上升；若調(diào)節(jié)后有一項(xiàng)仍不滿足要求，以“調(diào)第二項(xiàng)T”為延時調(diào)主變分接頭，升電壓。
2區(qū)時：U滿足要求：COSΦ<下限0.9；升無功延時時間到，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器，升無功，此時主變分接頭不動作。
3區(qū)時：U>10.7 kV，COSΦ<下限0.9；降電壓延時時間到，調(diào)主變分接頭，減小電壓，若調(diào)節(jié)后有一項(xiàng)仍不滿足要求，以“調(diào)第二項(xiàng)T”為延時調(diào)電壓調(diào)節(jié)器，升無功。
4區(qū)時：U>10.7 kV， COSΦ滿足要求；降電壓延時時間到，調(diào)主變分接頭，減小電壓，此時電壓調(diào)節(jié)器不動作。
5區(qū)時：U>10.7kV，COSΦ>上限0.98時，降無功延時時間到，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器，減小無功，調(diào)節(jié)后有一項(xiàng)仍不滿足要求，以“調(diào)節(jié)二項(xiàng)T”為延時調(diào)主變分接頭，降電壓。
6區(qū)時：U滿足要求：COSΦ>上限0.98時；降無功延時時間到，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器，減小無功出力，此時主變分接頭不動作。
7區(qū)時：U <下限9.3kV,COSΦ>上限0.98；降無功延時時間到，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器，減小電容器無功出力，若調(diào)節(jié)后有一項(xiàng)仍不滿足要求，則以“調(diào)節(jié)二項(xiàng)T”為延時調(diào)節(jié)主變分接頭，升電壓。
8區(qū)時：U<下限9.3kV，COSΦ滿足要求，升電壓延時時間到，先調(diào)節(jié)主變分接頭，升電壓。若調(diào)節(jié)后有一項(xiàng)仍不滿足要求，以“調(diào)第二項(xiàng)T”為延時調(diào)電壓調(diào)節(jié)器，強(qiáng)行增加無功。
控制器調(diào)節(jié)原則：保證供電電壓在允許的變動（整定值）范圍內(nèi)的前提下，充分調(diào)節(jié)控制無功補(bǔ)償控制器，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無功功率就地平衡。
四、應(yīng)用效果分析
4.1 投運(yùn)時間：2008年6月
4.2 供電電壓質(zhì)量提高
王莊煤礦在電壓調(diào)節(jié)式高壓無功自動補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用前。35kV供電系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定。早班用電低谷期電壓最高達(dá)到39.2 kV．多次造成井下使用的某品牌低壓開關(guān)電源模塊燒壞。拉切原有固定投入的分組電容器，35kV供電系統(tǒng)電壓稍有下降，但系統(tǒng)電壓仍然偏高，影響供電系統(tǒng)安全和設(shè)備安全運(yùn)行。該技術(shù)應(yīng)用后．35kV供電系統(tǒng)電壓一直穩(wěn)定在35.8-36.7 kV之間．系統(tǒng)電壓非常穩(wěn)定。未再出現(xiàn)過電壓燒壞低壓開關(guān)電源模塊現(xiàn)象。我司KVQC電壓調(diào)節(jié)式高壓無功自動補(bǔ)償技術(shù)后．35kV供電系統(tǒng)電壓得到了明顯改善，未出現(xiàn)供電系統(tǒng)過、欠電壓現(xiàn)象。
4.3 功率因數(shù)提高
王莊煤礦在應(yīng)用KVQC電壓調(diào)節(jié)型高壓無功自動補(bǔ)償技術(shù)前．系統(tǒng)功率因數(shù)最低時只能達(dá)到0.8．高時達(dá)到0.92。電壓調(diào)節(jié)型高壓無功自動補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用后，35kV供電系統(tǒng)功率因數(shù)早班用電低谷期達(dá)到0.98．夜班用電高峰期達(dá)到0.92以上。平均功率因數(shù)達(dá)到0.95以上。王莊煤礦35kV供電系統(tǒng)的平均功率因數(shù)由原來的0.86提高到現(xiàn)在的0.95。
4.4 節(jié)電效益明顯
王莊煤礦110 kV變電所應(yīng)用電壓調(diào)節(jié)型高壓無功自動補(bǔ)償技術(shù)后．一年可節(jié)電200萬kwh，節(jié)約電費(fèi)支出113.2萬元，技改投資一年即可收回，達(dá)到了預(yù)期效果。
附圖：
