1用戶現(xiàn)場(chǎng)情況

該煤礦是兗礦集團(tuán)下屬的第一座設(shè)計(jì)年產(chǎn)300萬噸的大型現(xiàn)代化礦井。該礦供電系統(tǒng)基本情況如下：來自電網(wǎng)的I線和來自該礦自備電廠的35kV并網(wǎng)I線組成該礦35kV變電站35kVI段母線；來自電網(wǎng)的II線和來該礦自備電廠的35kV并網(wǎng)II線組成該礦35kV變電站35kVII段母線；35kVIII段母線沒有直接的電網(wǎng)電源和電廠電源接入。35kVIII段母線和II段母線橋接，II段母線和I段母線橋接。35kVI段、II段、III段母線并列運(yùn)行。

35kVI段母線通過1#變壓器（SFZ9-20000/35Ynd11）形成6kVI段母線；35kVII段母線通過2#變壓器（SFZ9-20000/35Ynd11）形成6kVII段母線；35kVIII段母線通過3#變壓器（SFZ11-8000/35Ynd11）形成6kVIII段母線。

該煤礦線路中功率因數(shù)并不穩(wěn)定，有時(shí)功率因數(shù)低于0.9，低于供電部門要求，每月都存在電費(fèi)罰款現(xiàn)象，也影響了變壓器、導(dǎo)線等的帶載能力，線路損耗大。隨著煤礦負(fù)荷的變化，煤礦電壓有閃變現(xiàn)象嚴(yán)重。

此外，有些電力電子設(shè)備，如整流器、變頻器、開關(guān)電源等產(chǎn)生的諧波，影響了變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器等的使用壽命，主要表現(xiàn)為產(chǎn)生諧波附加損耗，使得設(shè)備過載過熱以及諧波過電壓加速設(shè)備的絕緣老化等。

另外，該煤礦原有的無功補(bǔ)償?shù)碾娙萜鲗?duì)諧波會(huì)有放大作用，使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴(yán)重。諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會(huì)使電容器的電流有效值增加，造成溫度升高，減少電容器的使用壽命。

為解決上述問題，提高礦井的供電質(zhì)量，減少對(duì)電網(wǎng)污染，保證礦井的安全供電，同時(shí)通過提高系統(tǒng)功率因數(shù)，減少電能資源的浪費(fèi)，有必要采用SVG對(duì)該煤礦電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償及諧波治理。

2控制方案

該煤礦領(lǐng)導(dǎo)綜合考慮系統(tǒng)的投資和造價(jià)及以后系統(tǒng)的擴(kuò)容，選購(gòu)了2套新風(fēng)光公司自主研制的高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償及諧波治理系統(tǒng)，規(guī)格型號(hào)為FGSVG-C6.5/6（6.5Mvar/6kV），分別安裝該煤礦35kV變電所6kVⅠ段母線、Ⅱ段母線，2套SVG可在現(xiàn)場(chǎng)供電系統(tǒng)三臺(tái)變壓器任意運(yùn)行方式下運(yùn)行，可單獨(dú)分段補(bǔ)償，也可以主從控制，實(shí)行并列補(bǔ)償；可實(shí)現(xiàn)任意情況下的自動(dòng)、手動(dòng)運(yùn)行可控；滿足無功功率、電壓調(diào)節(jié)、功率因數(shù)及諧波治理等控制要求，保證供電系統(tǒng)功率因數(shù)在0.9以上。

3新風(fēng)光公司FGSVG系列高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)

新風(fēng)光公司FGSVG系列產(chǎn)品采用現(xiàn)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)無功功率理論和給予同步坐標(biāo)變換的功率解耦算法，以設(shè)定的無功性質(zhì)及大小、功率因數(shù)、電網(wǎng)電壓為控制目標(biāo)運(yùn)行，動(dòng)態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化調(diào)節(jié)無功輸出，并能實(shí)現(xiàn)曲線設(shè)定運(yùn)行，提升電網(wǎng)質(zhì)量。

3.1FGSVG-C6.5/6（6.5Mvar/6kV）高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

●模塊化設(shè)計(jì)，安裝、調(diào)試、設(shè)定簡(jiǎn)便。

●動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間≤5ms。

●在補(bǔ)償容量足夠的前提下，輸出電流諧波（THD）≤3%。

●多種運(yùn)行模式極大的滿足用戶需求，運(yùn)行模式有：恒裝置無功功率模式、恒考核點(diǎn)無功功率模式、恒考核點(diǎn)功率因數(shù)模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、負(fù)載補(bǔ)償模式，目標(biāo)值可實(shí)時(shí)更改。

●實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷變化，動(dòng)態(tài)連續(xù)平滑補(bǔ)償無功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，實(shí)時(shí)治理諧波，補(bǔ)償負(fù)序電流，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。

●抑制電壓閃變，改善電壓質(zhì)量，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。

●FGSVG電路參數(shù)精心設(shè)計(jì)，發(fā)熱量小，效率高，運(yùn)行成本低。

●設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。

●主電路采用IGBT組成的H橋功率單元鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu),每相由多個(gè)相同功率單元組成，整機(jī)輸出由PWM波形疊加而成的階梯波，逼近正弦，經(jīng)輸出電抗濾波后正弦度良好。

●自動(dòng)調(diào)整載波頻率，自適應(yīng)環(huán)境和功率變化。

●小于0.2A的補(bǔ)償精度。

●FGSVG采用冗余性設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，滿足系統(tǒng)高可靠性的需求。

●功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單，互換性好。

●保護(hù)功能齊全，具有過壓、欠壓、過流、單元過熱、不均壓等保護(hù)，并能實(shí)現(xiàn)故障瞬間的波形錄制，便于確定故障點(diǎn)，易維護(hù)，運(yùn)行可靠性高。

●人機(jī)界面設(shè)計(jì)采用Windows系統(tǒng)的操作模式，功能菜單以及各種功能按鍵均按照電腦的操作習(xí)慣設(shè)計(jì)。界面友好顯示，對(duì)外通訊提供了RS485等接口，采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議。除具有實(shí)時(shí)數(shù)字量及模擬量的顯示、運(yùn)行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢、單元狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)信息查詢、歷史故障查詢等功能外，還具有送電后系統(tǒng)自檢、一鍵開停機(jī)、分時(shí)控制、示波器（AD通道強(qiáng)制錄波）、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。

●FGSVG設(shè)計(jì)包含與FC配合使用的接口，實(shí)現(xiàn)定補(bǔ)和動(dòng)補(bǔ)的有效結(jié)合，為用戶提供更經(jīng)濟(jì)，更靈活的補(bǔ)償方案。具有4組FC接口控制功能，在控制上可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置4組FC支路的投切順序，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)FC的故障狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了SVG+FC系統(tǒng)的智能控制。

●投切時(shí)無暫態(tài)沖擊，無合閘涌流，無電弧重燃，無需放電即可再投。

●采用美國(guó)TI和ALTERA公司的優(yōu)質(zhì)DSP芯片和FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)了3核控制技術(shù)，其中3片DSP芯片分別處理對(duì)外通訊，主控計(jì)算，功率單元控制，三片F(xiàn)PGA配合DSP實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)交換，基于這種構(gòu)架的產(chǎn)品，整機(jī)響應(yīng)速度達(dá)到了容性功率到感性功率突變時(shí)間只需要3.7ms。

●與系統(tǒng)連接時(shí)，不需要考慮交流系統(tǒng)相序，連接方便。

●可并聯(lián)安裝，極易擴(kuò)展容量。并機(jī)運(yùn)行使用光纖通訊，通訊速度快，能夠完好的滿足實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)囊?。整機(jī)擴(kuò)容簡(jiǎn)單易行，特別是改造現(xiàn)場(chǎng)和未生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，若SVG投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)功率不能滿足生產(chǎn)要求，可以隨意擴(kuò)容，不需要將設(shè)備完全拆除，只需要更換功率單元即可實(shí)現(xiàn)增容，另外在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)若有多臺(tái)設(shè)備，可以十分方便的實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)組網(wǎng)，或通過高速光纖實(shí)現(xiàn)主從控制。

3.2新風(fēng)光FGSVG-6.5/6高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

新風(fēng)光FGSVG-6.5/6高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1

3.3控制及保護(hù)系統(tǒng)

（1）控制屏結(jié)構(gòu)及組成

控制屏采用柜式結(jié)構(gòu)，采用靜電噴塑工藝處理。柜體選用優(yōu)質(zhì)“三防”產(chǎn)品，抗強(qiáng)電磁干擾能力強(qiáng)。控制系統(tǒng)中的附件，均采用國(guó)內(nèi)外的知名公司產(chǎn)品。

控制系統(tǒng)由主控機(jī)箱、PLC（可編程邏輯控制器）和人機(jī)界面等幾個(gè)主要部分組成。

主控機(jī)箱：由各功能板卡組成。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化控制器，以DSP+FPGA組成的控制核心，充分發(fā)揮DSP超強(qiáng)的計(jì)算能力和FPGA出色的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)所需的無功功率，動(dòng)態(tài)跟蹤與補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確計(jì)算，高速響應(yīng)，精確補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

PLC：高可靠性的工業(yè)級(jí)PLC，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的邏輯控制，實(shí)時(shí)與主控部分、觸摸屏通訊，把裝置的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)的傳給觸摸屏顯示，完成觸摸屏、柜門按鈕對(duì)裝置的控制。

人機(jī)界面：實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，查詢與設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)以及整機(jī)邏輯控制等功能。

（2）主控制器的基本功能

成套裝置控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)電壓/無功的變化情況，實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)生和分配功能，自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置無功輸出；具有供值班員使用的參數(shù)設(shè)置功能，所有設(shè)置的內(nèi)容不受停電和干擾信號(hào)的影響。

（3）通訊功能

控制系統(tǒng)具有和上位機(jī)通訊的標(biāo)準(zhǔn)化接口，實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)方通訊。同時(shí)控制系統(tǒng)具備與變電站綜合自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)的功能。控制系統(tǒng)采用RS485或以太網(wǎng)通訊方式，RS485接口可支持MODBUS通訊協(xié)議，電力CDT通訊規(guī)約，以太網(wǎng)通訊協(xié)議為IEC/104。

（4）保護(hù)功能

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置采用綜合保護(hù)策略，以提高裝置可靠性。動(dòng)態(tài)裝置保護(hù)類型如下：母線過壓、母線欠壓、過流、速斷、直流過壓、電力電子元件損壞檢測(cè)保護(hù)、丟脈沖、觸發(fā)異常、過壓擊穿、單元模塊功率柜超溫、保護(hù)輸入接口、保護(hù)輸出接口控制和系統(tǒng)電源異常等保護(hù)功能。

（5）閉鎖功能

控制器具有CT斷線檢測(cè)及閉鎖調(diào)節(jié)功能，具有PT斷線檢測(cè)及閉鎖調(diào)節(jié)功能，內(nèi)部電路具有完善的保護(hù)功能，內(nèi)部出現(xiàn)任何電路故障均不會(huì)有誤動(dòng)作輸出。SVG開關(guān)跳閘時(shí)，報(bào)警并閉鎖微機(jī)控制器的無功出口。

（6）事件順序記錄

當(dāng)各類保護(hù)動(dòng)作或監(jiān)視的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)將自動(dòng)記錄事件發(fā)生的類型、相別及動(dòng)作值，事件按順序記錄，可通過人機(jī)界面進(jìn)行查詢，并可以以通訊方式遠(yuǎn)傳。動(dòng)作次數(shù)可永久保存，即使掉電也不丟失。

4現(xiàn)場(chǎng)與FGSVG對(duì)接的信號(hào)

4.1現(xiàn)場(chǎng)提供給FGSVG的控制電源

提供給FGSVG的控制電源如表2所示。

表2

4.2FGSVG與DCS之間的開關(guān)量

FGSVG與DCS之間的開關(guān)量信號(hào)如表3所示。

表3

4.3FGSVG與高壓開關(guān)柜之間的開關(guān)量

FGSVG與高壓開關(guān)柜之間的開關(guān)量信號(hào)如表4所示。

表4

4.4與FGSVG連接的模擬信號(hào)

PT信號(hào)：采集系統(tǒng)電壓，用于系統(tǒng)計(jì)算以及電壓同步，接入考核點(diǎn)PT信號(hào)；裝置接入點(diǎn)電壓（PT）：AC100V，精度0.2級(jí)。

CT信號(hào)：采集考核點(diǎn)電流，用于系統(tǒng)計(jì)算補(bǔ)償無功。采集35kVCT信號(hào)時(shí)，F(xiàn)GSVG需要變壓器差動(dòng)保護(hù)時(shí)，接入給FGSVG供電的高壓開關(guān)柜需提供CT信號(hào)，與FGSVG柜內(nèi)電流檢測(cè)，配合做變壓器差動(dòng)保護(hù)；CT次級(jí)電流5A。CT精度要求：0.2級(jí)。

1#主變，SFZ-20000/35，連接組別：Ynd11，接2851開關(guān)柜，電壓變比：350/1，電流變比：2000/5。

2#主變，SFZ-20000/35，同1#主變。

I段FGSVG接入7、9、11、13號(hào)柜子任意一個(gè)可選。原電流變比為400/5，需更換電流互感器為800/5。

FGSVG信號(hào)采樣位置：2852柜，及2851柜的電流信號(hào)，電流應(yīng)采集35kV母線PT信號(hào)。

兩臺(tái)主變一備一用，35kV接入端為一段共母線，所以35kV電壓信號(hào)只取一組即可，350/1。電流分別取1#主變進(jìn)線和2#主變進(jìn)線的電流信號(hào)。600/5。

4.5FGSVG與現(xiàn)場(chǎng)的通訊接口

FGSVG控制系統(tǒng)采用一路RS485和以太網(wǎng)通訊方式，RS485接口支持Modbus-RTU通訊協(xié)議，以太網(wǎng)通訊協(xié)議為IEC/104。通訊接口如表5所示。

表5

5改造后應(yīng)用效果

2018年8月中旬，新風(fēng)光2套FGSVG-C6.5/6（6.5Mvar/6kV）高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)一次成功投運(yùn)，至今運(yùn)行正常。改造后，該礦供電系統(tǒng)功率因數(shù)實(shí)測(cè)0.98以上，滿足大于0.9的考核要求，降低了流經(jīng)變壓器和線路的電流，保證了其他負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。感性額定電流到容性額定電流響應(yīng)時(shí)間測(cè)試波形如圖1所示。

圖1

5.1直接經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)過測(cè)算，全年可節(jié)省電費(fèi)100多萬元。同時(shí)，F(xiàn)GSVG投運(yùn)后，保證了6kV側(cè)功率因數(shù)符合要求，減少了由功率因數(shù)引起的電費(fèi)罰款。

5.2社會(huì)效益

該煤礦變電所無功補(bǔ)償改造后，6kV母線的諧波電壓總畸變率、奇次諧波電壓含有率、偶次諧波電壓含有率、各次諧波電流、電壓不平衡度、電壓波動(dòng)、功率因數(shù)等滿足電能質(zhì)量有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，保障了煤礦其他的自動(dòng)化儀表，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行，降低了相應(yīng)的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，為煤礦的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

6結(jié)論

新風(fēng)光公司FGSVG系列級(jí)聯(lián)式高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVG）改善了煤礦電網(wǎng)電能質(zhì)量，具有效率高、響應(yīng)快、可靠性高、諧波補(bǔ)償功能、閃變抑制能力強(qiáng)，負(fù)序補(bǔ)償、高低電壓穿越等優(yōu)點(diǎn)，值得在煤礦等行業(yè)大力推廣。

參考文獻(xiàn)

新風(fēng)光電子使用手冊(cè)[Z]新風(fēng)光電子科技股份有限公司。

作者簡(jiǎn)介：

李志剛，男，本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)供職于新風(fēng)光電子科技股份有限公司技術(shù)中心從事SVG產(chǎn)品的研發(fā)工作。

地址：山東省汶上經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)

郵編：272500

文章聯(lián)系人：郭培彬

聯(lián)系電話：0537-7237007