井下矿提升机动态无功补偿方案的应用

井下矿提升机动态无功补偿方案的应用

赵勇

关键字：MSVC、谐波

1现状

新疆雅矿公司井下矿6kV供电系统目前变压器装机容量为4145kVA，安装有2套450kvar柜式手动电容器补偿装置，该补偿装置的运行方式是根据设备负荷变化，人工调度令操作电容器组投退。在空载和低负载时段无法投入容性补偿、高负载变化时段不能跟踪补偿。功率因数常年平均在0.65左右。（国家合格标准为0.90以上）

矿区主要工艺负荷为电气拖拽矿车以及提升设备，提升机采用六相全波整流，构成12脉动直流传动系统，它是通过两个三相桥式电路构成的12相整流电路，理论上仅会产生12P±1(P=1、2、3?)次特征谐波，但是根据实际情况来看，12脉动直流传动系统由于晶闸管触发脉冲不对称、系统阻抗不对称等原因，也会产生其他次别的谐波。造成谐波危害。

由于负荷变化量大而且频繁，坑口6kV电网有功电量及电压随之波动，引发两大问题，一是电压波动超标带来的安全生产隐患，二是视在功率利用率低下企业效益受损。

2补偿容量确定

母线无功功率的变化没有明显时间规律，波动范围很大，最大的时候达到2000KVar，而最小的时候是200KVar，在提升机启动的瞬间甚至更小，而且变化周期很短，其变化部分主要由提升机造成，当提升机启动的时候功率因数趋于零，正常运行后也只有0.65，而提升机的无功变化呈周期性变化。所以在满足系统要求下,需要补偿的最大无功功率为1800kvar。

3智能无功补偿成套装置

目前，无功补偿的主要装置是电容器、电抗器和少量的动态无功补偿装置。断路器投切电容器组的调节方式是离散的，不能取得理想的补偿效果。开关投切电容所造成的涌流和过电压对系统和设备本身都十分有害。现有静补装置如相控电抗器（TCR）型SVC不仅价格贵，而且占地面积大、结构复杂，不能推广。现在各企业开始研制新型磁控电抗器(MCR)型SVC（简称MSVC），该装置具有输出谐波小、功耗低、免维护、结构简单、可靠性高、价格低廉、占地面积小等显著优点，是理想的动态无功补偿和电压调节设备。

MSVC装置由补偿（滤波）支路和磁控电抗器（简称MCR）并联支路组成，其中补偿（滤波）支路经隔离开关固定接于母线，通过调节磁控电抗器的输出容量（感性无功），实现无功的柔性补偿。MSVC型动态无功补偿成套装置，并联连接于额定电压为6KV、10KV、27.5KV、35KV等交流电力系统中，是静止式动态无功补偿（SVC）的一种，可以提供正负连续可调的无功功率，采用专利技术生产的磁控式可调电抗器的方式，控制系统检测系统无功参数，根据程序设定控制MCR输出感性无功功率，调节MSVC的无功输出，实现系统无功功率的动态补偿。从而可以更精密地控制系统电压和无功，根据负荷变化情况，检测系统参数，并实现自动控制。

现代电力电子技术在MCR上的使用，使得快速响应成为可能，目前MCR的响应速度可以达到10ms，甚至更快。用于改善系统的功率因数、调整电网电压、降低线路损耗，提高电网的利用率。

?4设计思路及解决方案

?由于系统负荷变化较快，且有大量谐波存在，MSVC系统组成的在线动态补偿兼谐波治理设备不需要投切补偿滤波支路，每一个支路都工作在系统电网之内，实时有效滤除系统中存在的特征谐波效果明显；当系统所需补偿无功功率较小时，由磁控电抗器来吸收电容器过补偿的容性无功，整个系统无功功率不过补；响应时间很短，适合速度变化大的提升机工况使用。故本次改造采用MCR型SVC无功补偿兼滤波装置。

?由测试数据及运行工况分析，由于本提升系统为2组6脉整流串联为12脉运行，理论谐波组成为7次、11次及以上谐波，故5次谐波不存在超标情况。但存在1组6脉故障时，由单组6脉整流提供电源，此时，主要谐波组成为5次、7次谐波；另由于7次及以上滤波通道投入系统时，防止低次谐波被放大，故在考虑设计滤波装置时，应考虑设置5次滤波通道，补偿支路按5次及7次无源滤波器进行设计，对谐波进行治理，保障整个系统的设备安全及生产安全。

本方案是根据井下矿生产现状和配电系统实际情况，以解决现场问题为主要出发点，减少设备运行维修费用、减少生产成本及能耗为原则进行设计的优化方案。

应用该套补偿设备后，在停产无负荷及轻微负荷下，设备工作在5次滤波补偿支路下，在这个阶段有磁控电抗器伴随工作，容性无功输入量由0到900kvar无缝跟踪补偿。在负荷达到重载情况下时，第二组5次滤波补偿支路自动投入，容性无功输入量从900到1800kvar无缝智能跟踪补偿。负荷由重转轻时电容器组自动退出，设备属于无人值守微机保护状态。

5.电能质量治理后的经济效益

5.1井下矿电网由于谐波得到治理、功率因数得到无缝补偿而提升为高质量的安全生产电网。对矿山企业而言，这是首要的经济效益。

5.2对于5、7次谐波滤除率达80%以上；消除谐波对用电设备的危害；延长设备使用寿命，降低设备故障率，减少设备更新费用及维护维修费用；

5.3通过智能化无功补偿及谐波治理，企业电网将迎来因功率因数提升保持在0.95后的受奖区域，杜绝了因功率因数不达标供电公司惩罚性质的力调电费。

5.42018年24万余度可节约电费是真实的推算，目前变压器报装容量比当年增加55%，生产趋于正常、变压器出功率达到20%之后，其节约效果将是推算结果的三倍以上。每年电费减少开支最少在30万左右。

MSVC型动态无功补偿主电路接线下图所示

参考文献：

[1]童祯.矿井提升机常见故障及处理[J].设备管理与维修.2019(01)

[2]任文超.矿井提升机检修及常见故障分析与处理[J].现代制造技术与装备.2019(04)

[3]卢政辉.矿井提升机控制技术研究现状与发展[J].科技经济导刊.2018(12)

[4]罗伟刚.矿井提升机控制技术及应用[J].机械管理开发.2018(05)