MSCV动态无功补偿成套系统在煤矿供电系统的应用

MSCV动态无功补偿成套系统在煤矿供电系统的应用
钱法宪;徐新法
【摘要】MSVC动态无功补偿成套系统,技术可靠性高,占地面积小、维护量小,是煤矿供电理想的动态无功补偿装置。

从煤矿供电应用情况来看,对6kV的功率因数起到明显改善作用,同时有效滤除系统谐波,动态无功补偿效果良好。

【期刊名称】《水力采煤与管道运输》
【年(卷),期】2012(000)004
【总页数】3页(P53-55)
【关键词】动态无功补偿;供电;功率因数
【作者】钱法宪;徐新法
【作者单位】神火庇山煤业有限责任公司,河南汝州467500;新密煤炭学校,河南新密452370
【正文语种】中文
【中图分类】TD714.3
神火集团庇山煤业有限公司于2009年8月整改投产，年产量30万t。

矿区设有35kV变电所1处，2条35kV电源进线，全部供电。

变电所内有3150kVA变压器2台分列运行，低压侧6kV母线分为2段。

根据煤炭行业特点和《煤矿安全规程》对煤矿供电的要求，煤矿供电系统必须满足供电的安全性、可靠性、技术合理（供电质量良好）、经济性。

确保矿井提升机、通风机、井下主排水系统、压风自救系统等一、二类负荷的安全供电。

一、二类负荷使用大型电动机，在工作过程中需要消耗大量的无功功率来建立和维持电动机所需要的励磁电流和励磁转矩，这就使得供电系统的功率因数很低，同时在电动机启动时对供电系统造成无功冲击，减少设备的使用寿命。

原电容器室使用的是山东泰开电子的手动投切设备，分1号、2号电容器室，每组电容器组总投运量为900kVAR，各分为两组，各由300kVAR+600kVAR组成。

现场使用情况是2号电容器室投运了300kVAR的一组，功率因数能达到0.96左右，运行基本稳定;1号电容器室投运300kVar电容器时，投运初期，补偿功率因数达到0.94左右，随后功率因数出现波动，10min左右出现过补偿情况，显示负数，电容器组跳闸断开，随之出现功率因数持续下降0.65左右，电容器完全断开时，功率因数最低至0.35左右。

目前正常运行时功率因数在0.94左右，最大时有功功率在2700kW左右，正常运行功率因数在0.65～0.70。

有功功率最小时不到200kW。

原有采用的电容器手动投切方案，技术落后，电容器投切技术的无功补偿只能进行离散控制补偿而不能进行连续控制补偿，从而造成无功过补而引起跳闸。

①频繁投切电容器会使系统无功离散调节，从而使系统电压波动较大，造成负荷无功过补或者欠补。

无功过补会抬高系统电压，长时间过补会使电容器自动跳闸，而且还会影响系统供电安全;无功欠补时功率因数低，而且不稳定，达不到动态无功补偿的效果。

②在煤矿供电负荷变动频繁的情况下频繁投切电容器组，造成断路器开关使用寿命缩短，故障率增加。

自动投切电容器组也存在这种技术缺陷。

③电容器投切的时候，会产生大量的谐波，谐波在系统中流通，会对系统各种设备产生影响。

自动投切电容器组同样存在这种缺陷。

④人工投切电容器不具备动态无功补偿的功能，使用操作麻烦，并且增大开关的动作次数，减少开关寿命。

神火庇山煤业原使用的手动投切电容器组的无功补偿设备，由于不能实现连续的自动无功调节，造成系统无功过补或欠补。

过补会使电容器组跳闸，并且手动调节使系统电压随负荷变动而变化很大，可能造成母线过压而损坏设备，减少设备使用寿命，其无功补偿设备也失去了无功补偿的意义。

根据现场数据的实际情况，可采用磁控电抗器式动态无功补偿装置（MSVC）解决方案。

在供电系统两端6kV侧各安装1套（总共两台）磁控电抗器，容量为
900kVAR，原有电容器组不变，从而达到稳定电压在6kV和功率因数在0.95以
上恒定不变的目的。

MCR动态无功补偿器配合原有的电容器组，组成MSVC无功补偿成套设备，实现：①MSVC无功补偿成套设备实现无功连续平滑调节补偿，使系统功率因数提高至
国家标准，并且能够使系统电压稳定，达到提高变电站电能质量的目的。

②可靠性高，免维护，使用寿命长达25a，以适应在任何恶劣电网工作环境下（如电压波形畸变、幅值波动大等）稳定可靠工作。

③响应速度快。

从空载到额定容量的过渡时间为0.15s，完全可以满足煤矿供电快速动态无功补偿的要求。

④连续（无级）容量调节范围广，最大（额定）与最小（空载）容量之比可至100，过载能力强可
达1.5倍。

⑤有功功率损耗低，平均为0.5%～0.8%。

⑥占地面积小，仅为同类产品的1/15。

利用附加直流励磁磁化铁心，通过控制MCR励磁装置晶闸管的导通角来控制附加直流励磁电流的大小，改变铁心的磁导率，以致改变磁控电抗器电抗值的大小，使感性无功功率容量连续调节输出。

磁控电抗器铁心采用小截面铁心和极限磁饱和技术，在中间套有线圈的两个工作铁心柱分布着多个小截面段，在电抗器的整个容量调节范围内，大截面段始终工作于未饱和线性区，仅有小截面段铁心磁路饱和，且饱和的程度很高，这样使得磁控电抗器的损耗和噪音都大大降低，优势表现更为突出。

磁控电抗器控制原理接线图如图1所示。

在磁控电抗器的工作铁心柱分别对称地
绕有两个线圈，其上有抽头，之间接有可控硅T1、T2，不同铁心上下两个主绕组交叉连接后并联至电源，续流二极管D接在两个线圈的中间。

当磁控电抗器主绕组接至电源电压时，在可控硅两端感应出1%～2%的系统电压。

在电源电压正半周触发导通可控硅T1，在电源电压负半周触发导通可控硅T2，在回路中产生直流控制电流。

两个可控硅在一个工频周期轮流触发导通，产生直流控制电流，使电抗器工作铁心饱和，输出电流增加。

因此，改变可控硅控制角，可平滑调节电抗器容量。

以上分析可知，磁控电抗器具有自耦励磁功能，省去了单独的外部控制电源。

图2为铁心理想磁化曲线示意图。

线中间部分为未饱和线性区，左、右两边为极
限饱和线性区。

若使电抗器工作在极限饱和线性区，不仅可以减小谐波含量，同时也能大幅降低铁心磁滞损耗，电抗铁损控制在理想状态。

MSVC补偿效果示意图如图3。

磁控电抗器内部为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高。

磁控电抗器式动态无功补偿装置（MSVC）的运用，实现连续的对无功功率进行自动补偿，稳定系统电压，提高电能质量，从而达到安全可靠供电、节能，延长设备的使用寿命。