山西潞安煤礦電壓調(diào)節(jié)型無(wú)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(zhǎng),。由于受現(xiàn)場(chǎng)使用條件的限制．大功率用電設(shè)備不能采取無(wú)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(wú)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(dòng)整組投切電容器,，不能根據(jù)系統(tǒng)用電負(fù)荷波動(dòng)、無(wú)功補(bǔ)償需求,、功率因數(shù)和系統(tǒng)電壓的變化適時(shí)調(diào)整供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償容量．無(wú)法滿足調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓和保持功率因數(shù)的要求,。國(guó)家實(shí)行分時(shí)電價(jià)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(dòng)較大．甚至超出允許范圍，曾出現(xiàn)系統(tǒng)過(guò)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(wú)法正常運(yùn)行,。同時(shí)，由于王莊煤礦變電站規(guī)劃時(shí)間早,，空間有限,，對(duì)于35kV分組電容器自動(dòng)補(bǔ)償無(wú)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(wú)功補(bǔ)償裝置的方案，根據(jù)電壓調(diào)節(jié)型無(wú)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(wú)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(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出,，滿足系統(tǒng)無(wú)功出力要求；
2,、可實(shí)現(xiàn)多達(dá)9級(jí)或16級(jí)無(wú)功調(diào)節(jié),，調(diào)節(jié)階梯小,；
3,、無(wú)功在調(diào)節(jié)過(guò)程中無(wú)過(guò)電壓產(chǎn)生，可以保證電容器安全,，延長(zhǎng)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(duì)系統(tǒng)及電容器本身的沖擊
5,、調(diào)壓過(guò)程電容器并未脫離電網(wǎng),，無(wú)充放電過(guò)程，故無(wú)調(diào)節(jié)延時(shí),，可實(shí)現(xiàn)適時(shí)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(jí)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(wú)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(dòng)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(wú)功補(bǔ)償原理,。
b,、電壓無(wú)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(shí)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(dòng)化主站,，也可以通過(guò)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(wú)功綜合控制原理按系統(tǒng)電壓無(wú)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(wú)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(wú)功為準(zhǔn),。無(wú)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(wú)功控制九區(qū)圖
1區(qū)時(shí)：U<下限9.3kV,，COSΦ<下限0.9，無(wú)功延時(shí)時(shí)間到,，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器,，增大電容器無(wú)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(shí)調(diào)主變分接頭，升電壓,。
2區(qū)時(shí)：U滿足要求：COSΦ<下限0.9,；升無(wú)功延時(shí)時(shí)間到，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器,，升無(wú)功,，此時(shí)主變分接頭不動(dòng)作。
3區(qū)時(shí)：U>10.7 kV,，COSΦ<下限0.9,；降電壓延時(shí)時(shí)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(shí)調(diào)電壓調(diào)節(jié)器,，升無(wú)功,。
4區(qū)時(shí)：U>10.7 kV， COSΦ滿足要求,；降電壓延時(shí)時(shí)間到,，調(diào)主變分接頭，減小電壓,，此時(shí)電壓調(diào)節(jié)器不動(dòng)作,。
5區(qū)時(shí)：U>10.7kV,，COSΦ>上限0.98時(shí)，降無(wú)功延時(shí)時(shí)間到,，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器,，減小無(wú)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(shí)調(diào)主變分接頭,，降電壓。
6區(qū)時(shí)：U滿足要求：COSΦ>上限0.98時(shí),；降無(wú)功延時(shí)時(shí)間到,，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器，減小無(wú)功出力,，此時(shí)主變分接頭不動(dòng)作,。
7區(qū)時(shí)：U <下限9.3kV,COSΦ>上限0.98；降無(wú)功延時(shí)時(shí)間到,，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器,，減小電容器無(wú)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(shí)調(diào)節(jié)主變分接頭,，升電壓。
8區(qū)時(shí)：U<下限9.3kV,，COSΦ滿足要求,，升電壓延時(shí)時(shí)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(shí)調(diào)電壓調(diào)節(jié)器,，強(qiáng)行增加無(wú)功,。
控制器調(diào)節(jié)原則：保證供電電壓在允許的變動(dòng)（整定值）范圍內(nèi)的前提下，充分調(diào)節(jié)控制無(wú)功補(bǔ)償控制器,，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無(wú)功功率就地平衡,。
四、應(yīng)用效果分析
4.1 投運(yùn)時(shí)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(wú)功自動(dòng)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(guò)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(wú)功自動(dòng)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(guò),、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(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)前．系統(tǒng)功率因數(shù)最低時(shí)只能達(dá)到0.8．高時(shí)達(dá)到0.92,。電壓調(diào)節(jié)型高壓無(wú)功自動(dòng)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(lái)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(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)后．一年可節(jié)電200萬(wàn)kwh，節(jié)約電費(fèi)支出113.2萬(wàn)元,，技改投資一年即可收回,，達(dá)到了預(yù)期效果。
附圖：
