【關聯詞】：節能 功率因數 電容補償 技術方案比較

　　【摘要】：節能，這是國家的重大決策。隨著煤礦的發展，煤礦技術裝備越來越大，運行狀況越來越復雜化，而功率因數一般都僅在0.8以下，達不到大于0.9以上的要求。沿革和套用傳統的電容補償方式、遇到了挑戰。本文對目前國內電容補償的諸多技術方案進行比較分析。提出了應用于煤礦的電容補償的關鍵問題是：電容器的無功出力必須與負荷變化相匹配的觀點。

　　一、概述

　　2、單機小負荷機組群。例如：選煤廠，綜采、機采工作面。其特點是：非生產班次的負荷幾乎為零，生產班次的負荷，在1～3分鐘內就要求達到最大負荷，特別是選煤廠類。

　　因此煤礦的電氣負荷變化很大，平均負荷/最大負荷僅為0.3～0.7，最大負荷/最低負荷為3～8倍。短路(容量)電流大，是工作負荷(容量)電流的7.8～18倍左右。運行環境惡劣，停電時間受到《煤礦安全規程》的嚴格限制。給電網的供用電造成如下問題：

　　1.1 無功沖擊產生的不良影響

　　1) 使供電母線的電壓產生波動，降低機電設備的運行效率。供電母線電壓產生波動時，將使用戶的異步電機類負荷轉矩隨之變化，輸入負荷的有功功率下降，影響生產和設備的出力。

　　2) 特別是變蘋設備的率與電壓平方成正比，當電壓降低時，大大降低了設備的效率，生產效率下降，同時增加成本。

　　3) 快速無功沖擊引起母線電壓劇烈波動，嚴重時影響自動化裝置的正常工作，閃變將造成設備的二次啟動，產生比正常運行大十幾倍的電流，危及人身及設備安全。

　　1.2 低功率因數將導致如下不良影響

　　1)根據《電力系統電壓和無功電力技術導則》的規定，高壓供電的工業用戶和高壓供電裝有帶負荷調整電壓裝置的電力用戶，功率因數應大于0.9以上，否則，用戶將遭受低功率因數罰款，直接影響企業的經濟效益。

　　2)低功率因數負載從系統吸收大量無功功率，增加了線損和變壓器的損耗。

　　1.3 諧波電流對電氣設備的危害，

　　1) 諧波對旋轉電機的影響諧波對旋轉電機的主要影響是產生附加損耗，其次產生機械振動，噪聲和諧波過電壓。

　　將因過電流及過電壓而損壞，嚴重時將危及整個供電系統的安全運行。

　　5) 諧波對通信產生干擾，使電度計量產生誤差。

　　諧波及無功沖擊導致的電壓波動。嚴重影響用戶本身及電網用電設備的安全運行，降低了供電電網的電能質量。特別是電壓波動超標，引起供電系統電能質量的變化將會對其他動力負荷產生嚴重影響，甚至造成其不能正常工作。必須按電能質量有關標準的規定，應采取綜合治理措施。

　　二、電容補償原則及補償方式

　　電容補償原則

　　4、并聯電抗器補償

　　5、無功自動調節—分組分段可控自動調節方案及固定投入電容器容量，自動調節電容器兩端的電壓以改變無功電容電流方案

　　6、動態無功電容補償

　　三 方案比較分析及選擇

　　過去的年代，應用于煤礦的是并聯電容器方式，不論是就地補償與集中補償，固定電容器容量方式或是靜態自動、手動調節電容器容量方式，都是通過改變電容器容量(將電容器分組分段分相安裝布置，運用可控硅技術，自動調節改變電容器投入的數量、容量)，或調節變壓器的電壓分接開關，來實現無功電流量及電壓調節的，其問題在于：負載調節特性較差，不能連續平滑調節，不能隨負載變化而調節電容器的無功電流(出力)，特別是在煤礦，平均負荷/最大負荷為0.3～0.75，最大負荷/最低負荷為3～8倍的運行狀況下，欠補償和過補償現象都同時存在，特別是在低負荷時，過補償現象非常嚴重，由于過補償而造成過電壓及對電網倒送無功功率。投切電容器的操作過程會產生嚴重的操作過電壓和合閘涌流，對系統中的高次諧波有放大現象，在諧波電流過大時可能引發電容器爆炸事故。采用串聯電抗器的做法又提高了電容器的運行端電壓，同時又需要增加電容器容量來直接補償串聯電抗器的無功損耗。過電壓和過電流直接影響供電安全及電容器壽命。

　　無功自動調節為固定投入電容器容量，按設計容量固定接入系統中。其中無功自動調節，采用自動調節電容器兩端的電壓以改變無功電容電流方式。

　　動態無功電容補償：動態無功電容補償為固定投入電容器容量，按設計容量固定接入系統中。晶閘管相控電抗器(TCR)型靜止型動態無功補償裝置(SVC)方式由TCR(并聯可調電抗器)+FC(補償電容)兩部分組成。其中TCR由DSP全數字控制系統、晶閘管功率閥組、相控電抗器、BOD保護模塊等組成，通過晶閘管調整電抗器的電流，從而使TCR回路產生可變感性負載;FC回路由濾波電容器和濾波電抗器組成特定的濾波通道，向系統提供恒定容性無功功率，兼有濾除諧波的作用。

　　1). 固定電容補償

　　①固定無功補償方案是補償無功功率的常規方法。裝置具有結構簡單、經濟方便等優點，其補償無功的容量是設計根據計算的平均負荷大小而確定的，是一個不可調的固定量，通常由電抗器和電容器串聯組成，其功能主要是補償負荷產生的感性無功，并對三次諧波有一定的抑制作用。一般采用機械開關控制電容器的投切，投切時的沖擊電流和操作過電壓大，易發生諧振，因此不能頻繁投切。

　　3) 晶閘管分級投切電容器方案(TSC)

　　晶閘管分級投切電容器方案這里研究兩個，一是帶降壓變壓器的晶閘管投切電容器方案，二是帶降壓變壓器及分接開關的晶閘管投切電容器方案。

　　1)、帶降壓變壓器的晶閘管投切電容器方案

　　無過渡過程投切電容器，理論上電容器在峰值時導通，在峰值時關斷。晶閘管關斷后，電容器保持峰值電壓值，由于電源電壓隨時變化，電容器電壓也在緩慢地放電，要做到安全、無過渡投切比較困難。具體控制有二種方法：

　　該方案的特點與帶降壓變壓器的晶閘管投切電容器方案相似，但投資更少，只需一組晶閘管開關，但其過分依賴變壓器分接開關，分接開關每天頻繁調節，其壽命能否有保證還需進一步研究，另外目前國內尚無此類方案運行，需要研究開發。

　　3) 無功功率補償裝置(SVC)

　　晶閘管相控電抗器(TCR)型靜止型動態無功補償裝置(SVC)是目前最先進的一種補償技術，技術含量高，過去以進口產品居多，導致設備造價昂貴，同時，由于普遍采用的復雜的水冷系統，造成可靠性差以及日后的維護費用增加。