北宿煤矿6kV高压动态无功补偿装置系统改造

张祥明+张昭峰

摘 要：北宿煤矿35kV变电所主接线采用双母线結构分列运行，6kV母线为单母线分段，两段母线上分别安装有两台2400Kvar的电容器，靠人工投入或切除来实现无功功率的补偿。因原有电容器使用时间长、设备老化，不能实现动态无功补偿。随着变频设备及大功率设备的使用，无功功率增大，功率因数较低，达不到国家规定标准（水利电力部、国家物价局文件关于颁发《功率因数调整电费办法》水电财字第215号文件规定0.9），经研究讨论采用FC+SVG方式进行补偿，即在6kV两段母线上各装设一套2000Kvar固定补偿电容器，在6kV母线上装设一套容量不低于4Mvar SVG动态无功补偿装置，以实现平滑连续的无功功率调节，改善了变电站的供电质量，提高系统的功率因素，自动跟踪无功补偿局部控制技术上有较大的创新。

关键词：变电所；动态；无功补偿；功率因素

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.256

1 概述

北宿煤矿35kV变电所于1997年5月开始建设，1998年3月竣工，2000年4月15日正式投入使用，一回路电源线路（罗北线）来自罗厂区域220kV变电所，另一回路（南北线）来自南屯矿35KV变电所。35kV变电所主接线采用双母线结构分列运行，6kV母线为单母线分段，两段母线上分别安装有两台2400Kvar的电容器，靠人工投入或切除来实现无功功率的补偿。因原有电容器使用时间长、设备老化，不能实现动态无功补偿。

正常运行方式：35kV两段母线分列运行。6kV母线为单母线分段，罗北线带一段母线带2#主变运行。南北线带二段母线带1#主变备用。

2 存在的问题

北宿煤矿35kV变电所的主变容量为一台12500kVA、一台8000kVA，运行时最大负荷可达7500kVA，最小负荷 1500kVA，采用静态补偿，人工切换。静态补偿在电网并联电容器时，采取延时投切方式将电容器并联至电网中，对电网的无功功率进行补偿。这种补偿方式一般通过传统的专用接触器动作，静态补偿的接触器具有抑制电容器涌流的作用，同时静态补偿还能防止接触器过于频繁动作而损坏电容器，防止电容器不停地投切导致供电系统振荡。并且如果由于人工操作不及时或补偿量投入不当，会出现欠补或过补的问题。由于系统补偿不稳定，导致电压质量也不稳定，影响设备的正常使用。

对中压无功补偿系统的设备进行更换，对控制方式进行改善，将老化设备更换成较为先进的设备，将无功控制方式改造为自动无功补偿方式，以确保变电站的安全运行，并改善变电站的供电质量，提高系统的功率因素，显得尤为重要。

3 无功自动补偿系统技术改造

3.1 实现的技术要求

（1）装置采用先进的全控型IGBT，开关频率不低于500Hz。

（2）功率单元采用模块化的结构设计，使功率模块结构紧凑。

（3）每个功率模块预留模块测试端口，使得调试、维修方便。

（4）直流电容选用薄膜电力电容，并集成于每个功率模块内部。

（5）具有完善的保护功能和友好的人机界面。

（6）同时具有RS485和以太网接口，可远程监控设备运行，并记录运行数据。

（7）冷却方式采用强迫风冷。

（8）SVG本体采用单面维护和巡视，具备紧急停机按钮功能。

3.2 主要技术参数

（1）功率因数补偿。6kV母线进线点的功率因数值不低于0.95。

（2）输出容量。成套装置可实现总无功从-4Mvar（容性）～+8Mvar（感性）范围内平滑连续的快速调节。

（3）响应时间。成套装置可动态跟踪电网电压变化及负载变化，并根据变化情况动态调节无功输出，实现高功率因数运行。动态响应时间不大于5ms。

（4）过载能力。SVG应具有1.1倍过载应能连续运行，1.2倍过载运行时间不低于10秒，并提供过载能力的型式试验报告证明。

（5）谐波特性。SVG动态补偿装置额定功率下THDi≤3%；

（6）运行效率。装置运行过程中，SVG动态补偿装置总有功损耗不大于装置输出容量的1%。

3.3 确定项目配置方案

根据项目要求，以达到项目实施目的，实现变电站的自动无功补偿方式，项目设备配置如下：

电容器：型号BFM6.6√3-100-1W，总计3000 kvar，每段1500 kvar。

进线开关：KG8-12型控制开关柜两台，每段一台。

电容器投切真空开关：型号ZN12-12/630-12.5，总计6台，每段3台。

串联电抗器：型号CKDG-1/6-6，总计18台，每段各9台。

补偿控制器：型号GWk-1，一台。

电容微机保护：型号DSB2040，8套，每段各4套。

放电线圈：型号JDZ-6，24只，每段12只。

避雷器：型号HY5WR—10/27，6只，每段3只。

电力电缆：型号YJV6000-3×50，共100米。

4 关键技术与创新点

4.1 快速响应能力

采用了先进的算法，动态补偿电网无功功率的暂态响应时间为1ms。

4.2 高度的可靠性

具有输出过电流、直流侧过电压、直流侧欠电压、交流侧过电流、交流侧过电压、IGBT死区保护以及IGBT综合保护等多种保护功能，确保在系统或设备出现运行异常时，可靠地使设备退出运行或保护系统及设备。

4.3 大容量的补偿能力

做到不受限制地进行并柜扩容，使得对大容量谐波的补偿成为可能，并且大大降低了成本。

4.4 简单的操作方法和结构

操作简单，只需与负荷并联入系统，无需进行其他的操作。内部结构简洁，变流器为模块化结构，易于安装和维护，接入系统后，无需人工干预即可正常运行。

5 应用效果

（1）供电电能质量大幅度提高，电压稳定，电流谐波减少。

（2）功率因数提高到0.95，系统供电能耗降低。

作者简介：张祥明（1979-），男，本科，工程师、注册安全工程师，副区长。