產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
少用電 用好電 再生電 存儲電 防爆電
解決方案
級聯(lián)式高壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVG)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用
1用戶現(xiàn)場情況
1.1現(xiàn)場概況
該煤礦是兗礦集團(tuán)的下屬煤礦之一。該煤礦某礦井變電所系統(tǒng)采用兩回路6kV進(jìn)線,中間有聯(lián)絡(luò)開關(guān),每段母線上各有Y3555-4/250kW/6kV壓風(fēng)機(jī)2臺、Y4504-6/630kW/6kV扇風(fēng)機(jī)1臺、350kVA和1250kVA(生活區(qū)供電)變壓器各1臺、井下供電回路1回(采煤、掘進(jìn)等)。負(fù)載主要為感性負(fù)載,井下有低壓變頻器。
圖1 礦井變電所系統(tǒng)6kVⅠ框圖
圖2 礦井變電所系統(tǒng)6kVⅡ框圖
圖1、圖2為礦井變電所系統(tǒng)6kVⅠ段、6kVⅡ段示意圖,Ⅰ、Ⅱ段母線通過母聯(lián)開關(guān)19和隔離開關(guān)20相連,當(dāng)其中一段母線出現(xiàn)問題時,可以通過將兩個開關(guān)合上用另一段母線實(shí)現(xiàn)供電。
1.2 現(xiàn)場電網(wǎng)實(shí)際測量結(jié)果
礦方對礦井變電所實(shí)際電網(wǎng)的運(yùn)行工況,進(jìn)行了測量,數(shù)據(jù)測量結(jié)果如下:
(1)6kVⅠ段母線系統(tǒng)有功、無功及功率因數(shù)運(yùn)行情況
6kVⅠ段母線系統(tǒng)有功、無功及功率因數(shù)測量數(shù)據(jù)如圖3所示。
圖3 6kVⅠ段母線系統(tǒng)有功、無功及功率因數(shù)運(yùn)行情況
補(bǔ)償前:cosφ1=0.78,則tgφ1=0.802
補(bǔ)償后:cosφ2=0.95,則tgφ2=0.328
系統(tǒng)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(shù)的總趨勢圖可以算出Ⅰ段母線所需補(bǔ)償容量約為1.2Mvar。
(2)6kVⅡ母線系統(tǒng)有功功率、無功功率及功率因數(shù)運(yùn)行情況
6kVⅡ段母線系統(tǒng)有功、無功及功率因數(shù)測量數(shù)據(jù)如圖4所示。
圖4 6kVⅡ段母線系統(tǒng)有功、無功及功率因數(shù)運(yùn)行情況
補(bǔ)償前:cosφ1=0.78,則tgφ1=0.802
補(bǔ)償后:cosφ2=0.95,則tgφ2=0.328
系統(tǒng)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(shù)的總趨勢圖可以算出Ⅱ段母線所需補(bǔ)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(jù)現(xiàn)場兩段母線測得的運(yùn)行記錄分析,該煤礦井變電所兩段母線若要將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95,該煤礦領(lǐng)導(dǎo)綜合考慮系統(tǒng)的投資和造價,在母線上選購了1套新風(fēng)光自主研制的高壓動態(tài)無功補(bǔ)償及諧波治理系統(tǒng),規(guī)格型號為FGSVG-C3.0/6(3Mvar/6kV),補(bǔ)償點(diǎn)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(bǔ)償系統(tǒng),F(xiàn)GSVG可實(shí)現(xiàn)全自動投切,做到無人值守。
配置的無功補(bǔ)償容量比實(shí)際每段母線所需的容量要大,這樣就為Ⅰ、Ⅱ段母線上的擴(kuò)容提供了方便,F(xiàn)GSVG裝置能夠完全滿足煤礦電能質(zhì)量治理的需求,改造達(dá)到了預(yù)期目的。
3新風(fēng)光公司FGSVG系列高壓動態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)
新風(fēng)光公司FGSVG系列高壓動態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)采用現(xiàn)代電力電子、自動化、微電子及網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù),采用先進(jìn)的瞬時無功功率理論和給予同步坐標(biāo)變換的功率解耦算法,以設(shè)定的無功性質(zhì)及大小、功率因數(shù)、電網(wǎng)電壓為控制目標(biāo)運(yùn)行,動態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化調(diào)節(jié)無功輸出,并能實(shí)現(xiàn)曲線設(shè)定運(yùn)行,提升電網(wǎng)質(zhì)量。
FGSVG系列高壓動態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)為滿足用戶對提高輸配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)、治理諧波、補(bǔ)償負(fù)序電流的迫切需要,做出相應(yīng)設(shè)計(jì),具有以下特點(diǎn):
(1)動態(tài)響應(yīng)速度快,響應(yīng)時間≤5ms。
(2)在補(bǔ)償容量足夠的前提下,輸出電流諧波(THD)≤3%。
(3)多種運(yùn)行模式極大的滿足用戶需求,運(yùn)行模式有:恒裝置無功功率模式、恒考核點(diǎn)無功功率模式、恒考核點(diǎn)功率因數(shù)模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、負(fù)載補(bǔ)償模式,目標(biāo)值可實(shí)時更改。
(4)實(shí)時跟蹤負(fù)荷變化,動態(tài)連續(xù)平滑補(bǔ)償無功功率,提高系統(tǒng)的功率因數(shù),實(shí)時治理諧波,補(bǔ)償負(fù)序電流,提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。
(5)抑制電壓閃變,改善電壓質(zhì)量,穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。
(6)FGSVG電路參數(shù)精心設(shè)計(jì),發(fā)熱量小,效率高,運(yùn)行成本低。
(7)FGSVG采用冗余性設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì),滿足系統(tǒng)高可靠性的要求。
(8)保護(hù)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(hù),并能實(shí)現(xiàn)故障瞬間的波形錄制,便于確定故障點(diǎn),易維護(hù),運(yùn)行可靠性高。
(9)投切時無暫態(tài)沖擊,無合閘涌流,無電弧重燃,無需放電即可再投。
(10)與系統(tǒng)連接時,自適應(yīng)交流系統(tǒng)相序,調(diào)試使用方便。
(11)人機(jī)界面友好顯示,對外通訊提供了RS485、以太網(wǎng)等接口,采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊協(xié)議。除具有實(shí)時數(shù)字量及模擬量的顯示、運(yùn)行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢、單元狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)信息查詢、歷史故障查詢等功能外,還具有送電后系統(tǒng)自檢、一鍵開停機(jī)、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(lián)安裝,極易擴(kuò)展容量。并機(jī)運(yùn)行使用光纖通訊,通訊速度快,能夠完好的滿足實(shí)時補(bǔ)償?shù)囊蟆?a>
4方案實(shí)施
4.1安裝地點(diǎn)
FGSVG高壓動態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)采用戶內(nèi)柜式安裝。輸出電抗器器采用戶內(nèi)安裝。FGSVG在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生熱量,而熱量又是危害電力電子設(shè)備的一種因素,因此必須要保證設(shè)備的通風(fēng)散熱。FGSVG設(shè)備采用室內(nèi)安裝方式,不需要額外在室內(nèi)增加空調(diào)等設(shè)施,不額外增加用戶費(fèi)用,只需要現(xiàn)場在FGSVG設(shè)備的風(fēng)機(jī)上加裝風(fēng)道引出室外,F(xiàn)GSVG設(shè)備產(chǎn)生的熱量被風(fēng)機(jī)排出室外,只需要保證室內(nèi)的空氣流通即可。風(fēng)道現(xiàn)場安裝如圖5所示。
圖5 風(fēng)道現(xiàn)場安裝圖
FGSVG高壓動態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)現(xiàn)場連接方式如圖6所示。
圖6 FGSVG高壓動態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)現(xiàn)場連接方式圖
變電所Ⅰ、Ⅱ段母線分別由1臺高壓開關(guān)柜接出高壓電纜引入到SVG裝置進(jìn)線柜接線端;分別取6kV母線Ⅰ段進(jìn)線柜和Ⅱ段進(jìn)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(yùn)行方案
(1)當(dāng)SVG裝置需要在Ⅰ段母線進(jìn)行補(bǔ)償時,合上Ⅰ段母線SVG開關(guān)柜(此時禁止合Ⅱ段母線SVG開關(guān)柜),SVG裝置可以根據(jù)取得的Ⅰ段母線PT信號及其進(jìn)線柜三相電流信號實(shí)時計(jì)算出的無功及諧波進(jìn)行自動補(bǔ)償。
(2)當(dāng)SVG裝置需要在Ⅱ段母線進(jìn)行補(bǔ)償時,合上Ⅱ段母線SVG開關(guān)柜(此時禁止合Ⅰ段母線SVG開關(guān)柜),SVG裝置可以根據(jù)取得的Ⅱ段母線PT信號及其進(jìn)線柜三相電流信號實(shí)時計(jì)算出的無功及諧波進(jìn)行自動補(bǔ)償。
(3)裝置并入電網(wǎng)后可24小時掛網(wǎng)運(yùn)行。裝置會自動跟蹤電網(wǎng)功率因數(shù)的變化,使電網(wǎng)功率因數(shù)維持在0.95-1的某個設(shè)定值(無過補(bǔ))。
(4)以母線電壓為目標(biāo)運(yùn)行時,根據(jù)用戶設(shè)定的目標(biāo)值運(yùn)行。
(5)裝置并網(wǎng)補(bǔ)償后可以解決功率因數(shù)低及諧波等情況。
4.4控制電源
需要現(xiàn)場提供單獨(dú)10kVA的380VAC三相四線制控制電源,控制電源經(jīng)過FGSVG內(nèi)部電源模塊后給裝置供電。
4.5 輸出諧波特性
新風(fēng)光公司FGSVG采用了載波移相PWM技術(shù)和功率單元級聯(lián)多電平技術(shù),自身產(chǎn)生的諧波含量≤3%,裝置輸出側(cè)無需濾波器。
4.6 散熱方案
該礦FGSVG主功率器件IGBT采用強(qiáng)迫風(fēng)冷,風(fēng)機(jī)由風(fēng)道抽風(fēng),外部冷空氣流過散熱器進(jìn)入風(fēng)道帶走熱量。風(fēng)機(jī)出口對外設(shè)置風(fēng)道,保證設(shè)備產(chǎn)生熱量順利排出室外。
4.7 通信及監(jiān)控功能
控制器具有和上位機(jī)通信的標(biāo)準(zhǔn)化接口,具備與變電站綜合自動化聯(lián)網(wǎng)的功能,裝置的運(yùn)行狀態(tài)和故障類型均可上傳。通訊采用RS485等通訊接口,采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus或用戶自定義等多種通訊協(xié)議。
5 改造后應(yīng)用效果
2018年2月初,新風(fēng)光FGSVG高壓動態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)一次成功投運(yùn),至今運(yùn)行正常。改造后,該礦供電系統(tǒng)功率因數(shù)實(shí)測0.98以上,滿足0.95的考核要求,降低了流經(jīng)變壓器和線路的電流,保證了其他負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
5.1直接經(jīng)濟(jì)效益
經(jīng)過測算,全年可節(jié)省電費(fèi)30多萬元。同時,減少了由功率因數(shù)引起的電費(fèi)罰款。
5.2社會效益
該煤礦井變電所無功補(bǔ)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(shù)等滿足電能質(zhì)量有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求,保障了煤礦其他的自動化儀表,監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行,降低了相應(yīng)的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用,為煤礦的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。
6結(jié)論
新風(fēng)光公司FGSVG系列級聯(lián)式高壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVG)改善了煤礦電網(wǎng)電能質(zhì)量,具有效率高、響應(yīng)快、可靠性高、諧波補(bǔ)償、閃變抑制能力強(qiáng),負(fù)序補(bǔ)償、高低電壓穿越等優(yōu)點(diǎn),值得在煤礦等行業(yè)大力推廣。