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引言

在煤礦井下供配電系統中廣泛存在大量的感性負荷，如三相異步電動(dòng)機和變壓器，這些感性負荷在配電系統中會(huì )消耗大量的無(wú)功功率，降低系統的功率因素，造成線(xiàn)路電壓損失加大和電能損耗增加。此外，對于一些沖擊性無(wú)功負荷，還會(huì )產(chǎn)生劇烈的電壓波動(dòng)，使電網(wǎng)的供電質(zhì)量惡化，造成電機啟動(dòng)困難或頻繁燒毀，特別是在大功率電動(dòng)機使用上表現尤為明顯。另外，因無(wú)功電流的增大會(huì )引起供電線(xiàn)路、用電設備絕緣下降，老化，易造成漏電、短路等故障。隨著(zhù)現代化礦井快速發(fā)展，機械化程度不斷提升，大功率電機大量使用，普通應用電子原件產(chǎn)品，各種感性負荷及用電設備與地面電網(wǎng)供電電源之間必然循環(huán)著(zhù)大量無(wú)功功率，同時(shí)產(chǎn)生各類(lèi)諧波，造成供電質(zhì)量惡化和電能?chē)乐乩速M，直接影響電網(wǎng)及用電設備正常。

采用無(wú)功補償后具有如下意義：
（1）降低無(wú)功損耗，減少電能浪費
采用補償后，系統功率因數提高，使變壓器及供電線(xiàn)路中電流下降，降低了無(wú)功損耗，達到節能降耗的目的。

（2）提高功率因數
用容性無(wú)功電流就近實(shí)時(shí)抵消負荷產(chǎn)生的感性無(wú)功電流，達到提高井下供電系統功率因數的目的。
（3）治理諧波，凈化井下電網(wǎng)
各補償支路具備限制涌流，治理諧波的功能，達到裝置內電氣元件安全運行和凈化井下電網(wǎng)的目的。
（4）提高了供電系統的利用率
井下用電設備與地面電源之間存在大量往復循環(huán)的無(wú)功功率，這些無(wú)功功率必然占用供電系統許多容量，造成供電線(xiàn)路帶負荷能力下降，井下變壓器容量利用率下降，各級控制開(kāi)關(guān)帶載能力下降，加裝無(wú)功補償后，使井下變壓器視在功率接近于有功功率，有效提高了視在功率利用率，供電線(xiàn)路及各級控制開(kāi)關(guān)因減少了無(wú)功電流，大大提高了承載能力。
（5）穩定電網(wǎng)電壓
井下感性負荷大量產(chǎn)生無(wú)功功率，必然導致供電系統電網(wǎng)電壓波動(dòng)。無(wú)功功率大，電網(wǎng)電壓波動(dòng)幅度大，無(wú)功量變化頻率快，電網(wǎng)電壓波動(dòng)頻率隨之加快。安裝使用無(wú)功補償后，將大部分無(wú)功功率就近補償，勢必導致供電網(wǎng)無(wú)功功率顯著(zhù)減少，減小了電網(wǎng)電壓及井下變壓器二次電壓波動(dòng)范圍。
（6）減少電氣事故率，延長(cháng)設備使用壽命。
變壓器、供電線(xiàn)路、各級控制保護開(kāi)關(guān)及供電系統所有主回路連接點(diǎn)的溫升與流過(guò)該系統的視在電流成正比，視在電流大，必然導致溫度升高快，溫度超越絕緣強度后，勢必引起老化、接地、放電、弧光短路等各類(lèi)事故，甚至引起漏電傷人，導致設備壽命縮短，維修工作量加大，增加維修資金支出，縮短設備更新周期，增加設備投資費用。經(jīng)無(wú)功補償后，系統視在電流下降30％左右，所有電氣設備承受實(shí)際電流減小，減少了因電流大造成各類(lèi)電氣事故的幾率，事故率下降必然提高設備的開(kāi)機率，減少事故處理時(shí)間必然增加正常生產(chǎn)時(shí)間。總之，安裝補償達到了減少費用，節約投資，減少事故，增產(chǎn)增效的目的。
2靜止無(wú)功發(fā)生器技術(shù)

無(wú)功補償技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從同步調相機→開(kāi)關(guān)投切固定電容→動(dòng)態(tài)投切電容器（SVC）→無(wú)功發(fā)生器（SVG）的過(guò)程。靜止無(wú)功補償器（SVG，又稱(chēng)STATCOM)采用了全控型開(kāi)關(guān)器件（如IGBT），所以其動(dòng)態(tài)補償效果是早期的同步調相機、電容器等無(wú)功補償裝置不能比擬的。靜止無(wú)功發(fā)生器以其較低的諧波，較高的效率，較快速的動(dòng)態(tài)響應，將成為輸電系統中的重要設備。

傳統補償諧波和無(wú)功的一種方法是裝設無(wú)源濾波器，通常由電力電容器、電抗器和電阻器串并聯(lián)組合而成，該方法既可補償諧波，又可補償無(wú)功功率。目前我國常用的無(wú)功調節設備仍為機械式并聯(lián)電抗器、投切電容器，這些靜止型調壓手段，因調節不連續、響應速度慢，很難滿(mǎn)足系統運行方式快速變化時(shí)的需求。另一種補償裝置SVC，響應速度相比電容器速度快，但對電網(wǎng)來(lái)說(shuō)仍呈阻抗特性，在電壓低時(shí)，無(wú)法提供系統所需的無(wú)功支持，應付電網(wǎng)異常的能力較弱；由于SVC會(huì )對系統中的某些特征諧波放大，有時(shí)必須裝設濾波器，占地面積較大；過(guò)多的SVC裝置容易引發(fā)系統振蕩。高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置SVG則是較為有效的調壓手段，它的無(wú)功電流輸出可在很大電壓變化范圍內恒定，在電壓低時(shí)仍能提供較強的無(wú)功支撐，并且可從感性到容性全范圍內連續調節。
3新風(fēng)光公司高壓動(dòng)態(tài)補償系統(FGSVG)

FGSVG系列產(chǎn)品采用現代電力電子、自動(dòng)化、微電子及網(wǎng)絡(luò )通訊等技術(shù)，采用先進(jìn)的瞬時(shí)無(wú)功功率理論和給予同步坐標變換的功率解耦算法，以設定的無(wú)功性質(zhì)及大小、功率因數、電網(wǎng)電壓為控制目標運行，動(dòng)態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化調節無(wú)功輸出，并能實(shí)現曲線(xiàn)設定運行，提升電網(wǎng)質(zhì)量。
3.1  FGSVG系列產(chǎn)品特點(diǎn)：

FGSVG系列產(chǎn)品為滿(mǎn)足用戶(hù)對提高輸配電網(wǎng)絡(luò )的功率因數、治理諧波、補償負序電流的迫切需要，做出相應設計，具有以下特點(diǎn)：
（1）模塊化設計，安裝、調試、設定方便。
（2）動(dòng)態(tài)響應速度快，響應時(shí)間≤5ms。
（3）在補償容量足夠的前提下，輸出電流諧波(THD)≤3%。
（4）多種運行模式極大的滿(mǎn)足用戶(hù)需求，運行模式有：恒裝置無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)功率因數模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式2,目標值可實(shí)時(shí)更改。
（5）實(shí)時(shí)跟蹤負荷變化，動(dòng)態(tài)連續平滑補償無(wú)功功率，提高系統的功率因數，實(shí)時(shí)治理諧波，補償負序電流，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。
（6）抑制電壓閃變，改善電壓質(zhì)量，穩定系統電壓。
（7）FGSVG電路參數精心設計，發(fā)熱量小，效率高，運行成本低。
（8）設備結構緊湊，占地面積小。
（9）主電路采用IGBT組成的H橋功率單元串聯(lián)結構，每組由多個(gè)相同的功率單元組成，整機輸出由PWM波形疊加而成的階梯波，逼近正弦，經(jīng)輸出電抗器濾波后正弦度好。
（10）FGSVG采用冗余性設計和模塊化設計，滿(mǎn)足系統高可靠性的要求。
（11）功率電路模塊化設計，維護簡(jiǎn)單，互換性好。
（12）保護功能齊全，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、光纖通訊故障、單元過(guò)熱、不均壓等保護，并能實(shí)現故障瞬間的波形錄制，便于確定故障點(diǎn)，易維護，運行可靠性高。
（13）人機界面友好顯示，對外通訊提供了RS485、以太網(wǎng)等接口，采用標準MODBUS通訊協(xié)議。除具有實(shí)時(shí)數字量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線(xiàn)記錄查詢(xún)、單元狀態(tài)監控、系統信息查詢(xún)、歷史故障查詢(xún)等功能外，還具有送電后系統自檢、一鍵開(kāi)停機、分時(shí)控制、示波器（AD通道強制錄波）、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。
（14）FGSVG設計包含與FC配合使用的接口，實(shí)現定補和動(dòng)補的有效結合，為用戶(hù)提供更經(jīng)濟、更靈活的方案。
（15）投切時(shí)無(wú)暫態(tài)沖擊，無(wú)合閘涌流，無(wú)電弧重燃，無(wú)需放電即可再投。
（16）與系統連接時(shí)，不需要考慮交流系統相序，連接方便。
（17）可并聯(lián)安裝，極易擴展容量。并機運行使用光纖通訊，通訊速度快，能夠完好的滿(mǎn)足實(shí)時(shí)補償的要求。
3.2  FGSVG原理

在交流電路中，電壓和電流的相位有三種情況，當負載是純電阻特性時(shí)，電壓和電流相位相同；當負載是（或含有）電感特性時(shí)，電壓相位超前電流相位；當負載是（或含有）容性特性時(shí)，電壓相位滯后電流相位。

基本原理就是將自換相橋式電路通過(guò)變壓器或者電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿(mǎn)足要求的無(wú)功電流，實(shí)現動(dòng)態(tài)無(wú)功補償的目的，如表1所示。

表1  SVG運行模式原理示意圖

3.3系統結構

FGSVG系統主電路結構如圖2所示:

 圖 2  系統主電路結構圖

4煤礦應用案例

某煤礦礦井供電系統采用10kV雙回路供電，主供線(xiàn)路來(lái)自新玉35kV變電站10kV出線(xiàn)，備用線(xiàn)路來(lái)自自備電廠(chǎng)35kV直供站10kV直新線(xiàn)。井下中央變電所安裝KBSG-630/10變壓器兩臺，供電電壓660V，其供電系統如圖3所示。

為了對電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補償，該煤礦采用新風(fēng)光公司生產(chǎn)的2套FGSVG-C3.0/10，其中一套掛在1號電容柜，取玉基線(xiàn)和直新線(xiàn)的CT電流信號并在10kV一段母線(xiàn)進(jìn)行無(wú)功補償；另外一套掛在2號電容柜，取玉礦線(xiàn)電流信號并于10kV母線(xiàn)2段進(jìn)行無(wú)功補償。
該SVG工程成功投運之后效果明顯，采集裝機前后的數據記錄如圖4所示。

圖4

圖4為記錄的玉礦線(xiàn)SVG投運前功率因數，有圖4可以看出未投運SVG，功率因數為0.83左右，對電網(wǎng)的穩定性不利。

圖5

圖5左半部分為SVG投運后玉礦線(xiàn)功率因數曲線(xiàn)，可以看出投運無(wú)功補償后功率因數達到1，右半部分是SVG未投運功率因數曲線(xiàn)，可以看出退出SVG無(wú)功補償裝置后，功率因數僅為0.84，由此可以看出SVG對改善功率因數有很好的效果。

圖6

圖6是記錄10kV2段玉礦線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)柜的無(wú)功值，有圖6可以看出進(jìn)線(xiàn)上無(wú)功值可以達到450kvar，且波動(dòng)較大，此時(shí)無(wú)功值較大會(huì )增加線(xiàn)路的損耗，降低線(xiàn)路的供電能力。

圖7

圖7左半部分為SVG未投運時(shí)系統無(wú)功值，最大可以到0.45Mvar，且波動(dòng)較大，右半部分為SVG投運后系統無(wú)功值，可以看出無(wú)功補償投運后系統的無(wú)功值近乎為0，且波動(dòng)較小，由此可以看出SVG對補償系統無(wú)功，提高線(xiàn)路供電能力有顯著(zhù)地效果。

圖8

圖8是記錄的10kv1段直新線(xiàn)上的SVG投運前后系統的功率因數曲線(xiàn)，左半部分是投運前，可以看出功率因數較低，波動(dòng)較大；右半部分為SVG投運后的功率因數，可以看出功率因數為1，可見(jiàn)SVG對改善功率因數效果顯著(zhù)。

圖9

圖9是記錄的10kV1段直新線(xiàn)SVG投運前后系統的無(wú)功值，左半部分為SVG未投運時(shí)系統的無(wú)功值，可以看出系統無(wú)功值波動(dòng)較大，且最大值到了1.25Mvar；右半部分是SVG投運后系統的無(wú)功值，可以看出無(wú)功值近乎為0，較小，且波動(dòng)較小，由此可以看出SVG對補償系統無(wú)功效果顯著(zhù)。
以上圖片及說(shuō)明為記錄10kV1段（直新線(xiàn)）（玉基線(xiàn)維修，未投運，未測量）、10kV2段SVG投運前后系統上的無(wú)功值與功率因數，有以上可以看出SVG并在1段、2段電網(wǎng)，對改善系統功率因數、補償系統無(wú)功、提高線(xiàn)路供電質(zhì)量有顯著(zhù)的效果，值得推廣。
5結論

新風(fēng)光公司高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置（SVG）作為高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償領(lǐng)域的較新技術(shù)與其他無(wú)功補償裝置相比具有調節速度快、運行范圍寬、吸收無(wú)功連續、諧波電流小、損耗低、所用電容器和電抗器容量和體積大為降低等優(yōu)點(diǎn)。
該裝置對煤礦功率因數的改善起到了明顯的作用。能夠長(cháng)時(shí)間穩定無(wú)自身故障的運行也體現了該SVG對煤礦電網(wǎng)的強適應力。同時(shí)可以看到SVG裝置對于改善煤礦電網(wǎng)特性，提高電網(wǎng)穩定性發(fā)揮了積極的作用，值得在電力系統大力推廣。