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静止型动态无功补偿装置_SVG_在煤矿供电系统中的应用

开 发 应 用

静止型动态无功补偿装置(SVG) 在煤矿供电系统中的应用
刘利涛 王海涛 张 熠
(河南神火煤电股份有限公司,河南 永城 476600) 摘 要:本文简要介绍了矿井电网中对频繁启动谐波源设备采取的无功补偿和谐波抑制的方法,提并出了安装SVG装置 系统的方案,分析了此系统原理、技术特点。经现场运行充分验证其技术经济合理性,提高了煤矿电网的功率因数、改 善了电能质量、起到了节能降耗的作用,解决了煤矿谐波及无功补偿的问题。 关键词:矿井;SVG装置;无功补偿和谐波抑制 DOI:10.3969/j.issn.1671-6396.2011.02.017 1 引言 跟踪补偿。基本原理如图1所示。

随着煤矿现代化程度的提高,井下采掘、运输等工作 向机械化自动化的方向发展,煤矿供电系统存在着功率因 数低,谐波含量大,冲击压降大,供电损耗大等问题。因 此,为确保整个矿井的供电质量,必须对矿井电能质量进 行综合的改善。 基于补偿和滤波的谐波治理,手段和方法也在不断的 更新和发展。以大功率电力电子器件的高频开关实现无功 能量变换的静止型动态无功补偿装置(SVG),其不仅能 动态补偿功率因数,降低线损,节能降耗,而且能动态补 偿谐波,抑制电压波动,改善电能质量,是无功补偿控制 领域内的新一代改善供电质量的方法。 2 SVG装置用于矿井电网无功补偿和谐波抑制方法 2.1 设计方案 薛 湖 煤 矿 110kV变 电 所 , 变 压 器 型 号 : SZ10- 16000/110,额定容量:16000KVA,短路阻抗:10.4%,谐 波源设备主要为主井和副井提升机,频繁启动。 静止型动态无功补偿成套系统的设计方案是:无功补 偿与无源谐波吸收相结合,使系统具备有源滤波和无功补 偿双重功效。该方案按照煤矿需要补偿的无功功率来选配 SVG和电容器的容量,补偿容量既包括了SVG设备运行时产 生的无功功率,又包括母线上其余感性负荷产生的无功功 率。 2.2 SVG基本原理 SVG装置通常由VSC逆变器、直流电容器、连接变压器 (或电抗器)、断路器及冷却系统等辅助装置组成。其原 理是将电压源型逆变器经过变压器(或电抗器)并联在电 网上,通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位,或 直接控制其交流侧电流的幅值和相位,迅速吸收或发出所 需的无功功率,实现快速动态调节无功的目的;当采用直 接电流控制时,直接对交流侧电流进行控制,不仅可以跟 踪补偿冲击型负载的冲击电流,而且可以对谐波电流进行
收稿日期:2010-11-19 修回日期:2010-12-18 作者简介:刘利涛(1980-),男,大专,助理工程师,薛湖矿110kV变电站静止型动态无功补偿装置(SVG)项目的负责人之一,从事于 煤矿供电的生产技术管理工作。
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图1 基本原理图

图2

2.3 技术特点 SVG是基于电压源型变流器的补偿装置,实现了无功补 偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件,而 是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变 换。从技术方面讲,SVG无功补偿装置有如下特点:(1)补 偿性能强:动态快速连续调节无功输出,最大限度满足功率

中国西部科技

2011年01月(中旬)第10卷第02期总 第235期
善,其中危害较大的11次谐波电流由13.15A下降到2.53A。 各次谐波电流符合国标要求。

因数补偿要求,任意时刻的功率因数近1.0,设备投资效 益高。(2)谐波特性好:SVG自身不产生谐波电流,而且 能有源滤除负载产生的各次谐波电流,很好的满足无功补 偿与谐波治理的综合需求。(3)运行安全性可靠性高: SVG是可控电流源,不会产生过电流、不会产生谐波电压 放大,尤其适合煤矿等对安全性要求高的用户使用。 (4)运行损耗小,运行效率高,节能效果显著。(5)占 地面积小:由于自身没有谐波,不需要滤波器组,占地面 积大大减小。(6)可靠性高、维护量小:满足IGBT功率 模块N+1运行方式,一个模块故障旁路 可继续运行,可靠 性大大提高;模块化设计,安装、调试、维护工作量小。 2.4 成套系统构成 根据无功功率接地平衡的原则,在6kV母线装设一组 容量为6Mvar静止型动态无功补偿成套装置。其中,包括 一 套 调 节 容 量 从 感 性 3Mkvar到 容 性 3Mkvar连 续 可 调 的 SVG型静止无功发生器和一套额定容量为3Mkvar电容组成 套装置。如图2所示。 3 SVG装置投运后产生的效益分析 3.1 谐波电压 从下表可以看出,各次主要特征电压谐波及电压谐波 总畸变率均有明显改善,并符合国标要求。

补偿前后主要特征谐波电流

3.3 功率 SVG投运后,系统电能利用率得到提高,功率因数由 0.82提高到0.985。

补偿前后功率



结束语 SVG是新一代静止型动态无功补偿装置,代表国际第三

代电能质量治理技术。通过对SVG成套装置进行动态无功补 偿和谐波治理情况的分析看出,SVG可以提高煤矿电网功率 因数、治理谐波、抑制电压波动,达到节能降耗和改善电能 质量的效果,是一种经济实用改善供电质量的方法。
参考文献: [1] 王兆安,杨 版社,2003. [2] 张 学 松 . 煤 矿 电 能 质 量 分 析 与 控 制 [J].期 刊 论 文 - 工 矿 自 动 化,2009(9). 君.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出

补偿前后主要特征谐波电压

[3] 夏祖华,沈 裴,胡爱军等.动态无功补偿技术应用综述[J].电力 设备,2004.

3.2 谐波电流 从下表可以看出,各主要特征谐波电流均有明显改

(上接第09页) 数。
70 60 50 40 30 20 10

式中A,B为土样试验结果确定的回归参

水量的不同而不同:含水率越小,土体的基质吸力就越 大,抗剪强度亦越大;反之,含水率越大,非饱和土的基 质吸力就越小,抗剪强度亦越小。含水量趋于饱和时,非 饱和土的抗剪强度逐渐接近于饱和土的抗剪强度。 5 结语 考虑试验土体遇水软化,强度随含水率的增加而下

2 y = -0.033x - 0 . 1 1 2 x + 6 6 . 9 1

降,为保证路矩边坡、路堤地基及路堤边坡稳定,必须采 取有效的措施减少土体含水率的变化。在土边坡和地基处
40



10

20 30 含 水 率 (%)

理设计中,应充分考虑含水率变化对土体强度的影响。根 据本文试验结果,工程应注意防止降雨及地下水引起土层 含水率的变化而导致土体边坡的滑塌,应放缓边坡、降低 坡高和加宽平台以减小荷载,同时做好土体边坡表层防 水,并建立相应的排水系统。
参考文献: [1] 胡 昕 . 含 水 率 对 煤 系 土 抗 剪 强 度 的 影 响 [J].岩 土 力 学,2009,30(8):2291~2294. [2] 余 丽.含水量对非饱和土抗剪强度和单桩承载力的影响 [D].南昌大学硕士论文,南昌,2007.

图1 粘聚力大小与含水率的回归曲线

虽然影响土的抗剪强度指标的因素有很多,土体的结 构、密度、含水量等因素都与抗剪强度指标有很大的联 系。 对于某一土体工程来说,土体的结构与密度在局部范 围内的变化不会太大,相对而言,含水量的变化对强度参 数的影响可能要大于其它因素,尤其对非饱和土体来说, 由三相组成的土体体系中对三相之一的液相来说含水量的 变化对非饱和土体的强度参数有很大的影响,进而对非饱 和土体的工程性质有明显的影响。但是,总体来说,随着 含水量的增加,非饱和土的强度大大降低 。抗剪强度随含

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