H.SVG++高压动态无功补偿的应用 |
| 2012-08-29 21:36 作者：邓兴全 张伟 朱胜杰 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网8月29日消息 《硅谷》杂志2012年第14期刊文称，介绍无功功率的影响及无功补偿的相关法律法规，阐述在矿山生产中无功补偿的重要意义，简要介绍H.SVG++高压动态无功补偿装置的基本原理及使用效果。H.SVG++的性价比突出，响应快速、能实现连续、双向补偿，补偿效果良好，将成为高压无功补偿的发展主流。
电力是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电力生产与消费系统，是现代社会不可或缺的主要能源形式，随着现代电力电子技术的迅速发展，特别是近年来制造、化工、冶金等现代化大工业和家电领域中电气设施的广泛使用，使电能质量受到严重影响，直接影响到了供用电设备的经济、安全、稳定运行，甚至危及整个电力系统的安全运行。同时，数字化、现代化、自动化企业使用了越来越多的精密电子设备，电能质量的下降，使得部分电子设备不能正常工作，所以改善电能质量对于电力部门及企业的正常运转有着重要意义。
在衡量电网质量时，无功功率是其中一个重要指标，无功补偿在供电系统中能提高电网的功率因数，降低输电送线路的损耗，提高供电效率，提高电网质量，改善供电环境。
2无功补偿应遵循的法律法规
《中华人民共和国电力法》第三章第十八条规定：“电力生产与电网运行应当遵循安全、优质、经济的原则。”第四章第二十八条规定：“供电企业应当保证供给用户的供电质量符合国家标准。对公用供电设施引起的供电质量问题，应当及时处理。”【1】
《电力系统安全稳定导则》中第2.1.1条规定“为保持电力系统正常运行的稳定性和频率、电压的正常水平，系统应有足够的静态稳定储备和有功、无功备用容量，并有必要的调节手段。”【2】
《供电营业规则》中第四十一条规定：“无功电力应就地平衡。用户应在提高用电自然功率因数的基础上，按有关标准设计和安装无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。凡功率因数不能达到规定的新用户，供电企业可拒绝接电。”【3】
根据上述规定，若企业用电自然功率因数达不到相关规定，需安装无功补偿设备进行无功功率补偿，来降低网络损耗、提高电网质量。企业作为社会的组成部分，必须遵守国家法律法规，诚信经营、规范管理，自觉履行社会责任，才能获得良好的发展，为社会创造更多的财富。
无功补偿装置的安装应用十分重要，在电力供电系统中占有重要的位置。补偿装置的合理选择，可以最大限度的减少网络的损耗，提高电网质量。
3H.SVG++介绍
无功补偿装置种类很多，包括：同步调相、并联电容器、SVC（静止式无功补偿装置）、SVG、STATCOM等，下面就山东黄金集团下属某金矿使用的H.SVG++做简单介绍。
3.1H.SVG++概述
H.SVG++（高压动态无功综合补偿装置）由控制柜、HVC电容柜、H.SVG柜三部分组成，采用IGBT功率管来搭建整流和逆变器，组成动态无功发生电源，对系统负荷实现连续调节和双向补偿，将功率因数控制在0.98-1。
该无功补偿装置优点：
1）输出标准正弦波电流，自身不产生谐波，具有无功和谐波综合补偿功能。
2）没有跳跃阶梯式分组补偿，实现动态、双向无功功率连续调节，补偿系统中的感性无功及容性无功，稳定系统电压。
3）动态特性好，对系统电流、电压进行实时跟踪，响应快速，适用于负荷频繁变化的场合。
4）不使用电抗器、电容器进行无功补偿，不会因系统运行模式改变、参数变化与系统发生并联或串联谐振。
5）保护功能齐全，拥有过流、过压、欠压、过温、缺相、IGBT管故障、直流过压等多种保护报警功能，能保存并查询历史故障信息。
6）配有氧化锌避雷器保护功率模块，能有效防止操作过电压。
3.2基本原理
电流在电容元件中做功时，电流相位超前电压相位90°角，而电流在电感元件中做功时，电流相位滞后电压相位90°角。在同一电路中，电容电流与电感电流方向相反，相差180°。在电路中有比例地安装电容、电感元件，使两者的电流相互抵消，电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，从而提高电能做功的能力，这就是无功补偿的原理。
HVC高压无功补偿装置：根据电网电压和功率因数的实际运行水平，自动投入最佳容量的电容器和调节有载调压变压器分接头，从而实现对系统电压和无功的综合调控，功率因数可控制在0.9以上，由于投切固定容量电容器的原因，对系统补偿效果不连续，容易出现欠补或过补现象。
SVG（StaticVarGenerator）静止无功发生器，是利用自换相桥式电路通过电抗器或变压器并联在电网上，根据无功需求动态调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制桥式电路交流侧电流，来满足电路对无功电流发出或者吸收的要求，实现动态无功补偿。
适当控制逆变器的输出电压就可以灵活地改变SVG的运行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。SVG的响应速度快，运行范围宽，谐波电流含量小，更为重要的是，在电压较低时SVG仍可向系统输入较大的无功电流。【4】
HVC采用真空接触器自动控制、投切补偿电容器的模式，控制及结构都比较简单，响应较慢，不能频繁投切，而且分组与分组之间级差较大，补偿精度差。H.SVG动态无功连续补偿装置能做到感性、容性无功功率的连续、双向、快速实时跟踪补偿，是各种无功补偿装置的最佳选择。但SVG做到2000Kvar以上的大容量，SVG的设备一次投资将大大增加，性价比下降，H.SVG++解决了这一问题，它将H.SVG与HVC组合在一起，发挥各自的优势，具有连续补偿的功效，装置中的H.SVG的容量只要做到HVC电容量的1/2～1/3，充分发挥H.SVG能连续、双向补偿的特点，装置既能完成从0～1范围内的动态连续补偿，又节约了设备的投资成本，实现了更好的补偿效果。
4效益分析
冶金工业在电力系统中是用电大户，也是整个国民经济中的耗能大户。在采选作业的能耗中，电耗占80%，因此在矿山生产中降低电力消耗是降低整体能耗的一个重要方面，抓好节电调荷，在节约矿山能源成本上，有很大意义。矿山用电的主要特点是：设备数量多、型号杂，容量大，地点相对分散，自然功率因数低，用电负荷率不高以及设备效率达不到设计要求等，节约用电和调整负荷的潜力比较大。
因此保证供用电设备在经济状态下运行，提高机械设备的使用效率，降低产品的电力消耗，降低企业的最大需用电量，积极开展调荷避峰不断提高用电的负荷率，进行无功功率补偿，提高企业用电力率，这都是矿山企业迫切需要解决的问题。
山东黄金集团下属某矿山，在未安装无功补偿装置时，综合功率因数在74%-89%，其中空压机无功功率因数为82.5%，井下用电功率因数约为70%，单绳缠绕式斜井提升机功率因数为-62%-69%，另外还有一竖井提升机，副井提升机，这些设备的综合功率因数远远达不到供电部门的要求，造成了以下几点影响：
1）力率（功率因数）达不到供电部门的要求，每月需缴纳额外罚款。当电力用户感性负载无功消耗量过大，造成功率因数低于国家标准，从而按电费总额的百分比追收的电费（详见功率因数调整电费表）。其中高压计量的用户：力率电费＝（电度电费+基本电费）×罚款比例；奖励电费＝（电度电费+基本电费）×奖励比例。
2）设备及线路损耗增加。线路中的电流随着无功功率的增加而增大，电流的增大又导致设备及线路损耗的增加，电气设备的运行效率也随之降低，使得企业每月需缴纳更多的电费。
3）使线路、变压器的电压降增大。该企业三条提升系统均使用直流电机，启动功率大、启动频繁，卷扬机启动和正常工作时都需要大量的无功功率，产生冲击性无功功率负荷，引起电压剧烈波动，严重影响供电质量，同时也造成提升机过电流、欠电压等急停故障的发生，严重影响了矿井正常生产。
4）供电质量的降低，将大大缩短设备的使用寿命，无形中增加了企业的生产成本。
因此对矿山供电系统进行无功动态补偿，对于提高矿山设备和电网的安全运行可靠性、提高企业的经济效益意义巨大。经过相关技术人员研究论证，该矿最终安装H.SVG++动态无功综合补偿装置，该装置输出无功容量是连续的，没有跳跃阶梯式分组补偿，补偿精度高，能保证功率因数0.98-1，经过一年多的使用，完全保证功率因数符合电力部门的要求，单月节省电费数万元，节能效果显著，设备投资成本预计将在2年内完全收回。
作者简介：
邓兴全（1985-），男，本科学历，在读工程硕士，助理工程师，从事矿山电气技术管理工作；张伟，男，焦家金矿物资装备分部经理助理，负责全矿电气自动化技术管理；朱胜杰，男，焦家金矿电气副主任工程师，从事电气技术管理工作。（原文载于《硅谷》杂志2012年第14期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载）
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