汤占贺

摘 要：随着大功率晶闸管整流装置的普遍使用，非线性负载的增加，在我国的大型矿井供电系统中谐波含量已严重超限，谐波危害已成了安全供电的威胁，力率偏低造成大量能耗浪费。该文就东滩煤矿谐波污染治理及提高供电力率，节能实践进行了论述，对矿井供电节能及设备安全运行具有重要意义。

关键词：动态无功补偿；谐波治理

姚桥煤矿现有主井、东二风井、西风井35/6KV变配电系统，均为35kV、6kV各两段供电系统。随着我矿机电设备改造的进行，现代电力电子设备等非线性负荷大量接入电网，使电网供电质量受到严重影响，其中新、老井四台直流绞车及电子开关器件的大量应用和负载的频繁波动是最主要的干扰源，造成功率因数低，增加电网损耗，加大生产成本，降低生产率；产生的无功冲击引起电网电压降、电压波动及闪变，严重导致传动装置及保护装置无法正常工作甚至停产；产生高次谐波电流，导致电网电压畸变，是电网的“隐形杀手”；导致电网三相不平衡，產生负序电流使电机转子发生振动。最为典型的例子就是我矿主井35KV变电所的原1、2#主变使用了十来年就存在严重隐患而缩短了使用寿命，最主要的原因就是谐波的危害。

目前，治理谐波的主要手段就是采用高压电网动态无功补偿及谐波控制装置（以下称之为SVG）。采用SVG可以快速精确地进行无功补偿和矿井谐波治理，在稳定母线电压、提高功率因数的同时，可以彻底解决无功倒送和高次谐波的问题。

1 SVG系统主要内容、目标及关键技术

1.1 主要内容

SVG系统包括全数字控制系统，可实时计算电网无功控制晶闸管触发角大小，进而控制补偿无功量的大小；高压晶闸管变流装置，可接受来自控制系统的信号，改变晶闸管触发角的大小，产生相应的无功补偿电流；补偿电抗器，可通过晶闸管的电流流经补偿电抗器时，产生系统所需的感性无功，用于平衡系统无功，保持稳定的母线电压和功率因数；高次谐波滤波装置，可用于消除流经系统的高次谐波，向系统提供容性无功，提高功率因数。

1.2 目标

消除无功冲击，滤除高次谐波，提高电网质量。

1.3 关键技术

安装SVG系统，利用原有的电容器提供固定的容性无功QC，补偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出感性无功QTCR的大小，感性无功和容性无功相抵消，只要能做到系统无功QN=QV-QC+QTCR=常数（或0），则能实现电网功率因数=常数，电压几乎不波动。关键是准确控制晶闸管的触发角，得到所需的流过补偿电抗器的电流，晶闸管变流装置和控制系统能够实现这个功能，采集母线的无功电流值和电压值，合成无功值，和所设定的恒无功值（可能是0）进行比较，计算得触发角大小，通过晶闸管触发装置，使晶闸管流过所需电流。对于不对称负荷，利用steinmets理论实现分相调节，消除负序电流，平衡三相电网。

2 SVG系统效能分析

2.1 线损减少产生的经济效益分析

6kV侧无功补偿经济当量取0.090（6kV）。则补偿设备SVG投运后相当于减少的无功总量：2×6000kVar=12000kVar；实际的无功需求为波动状态，且不可能时刻处于满负荷状态，无功补偿平均系数按50%计算。折合成补偿相对于节省的有功能量：12000kVar×50%×0.090kW/kVar =540kW

6kV补偿系统设计方案为动态无功补偿SVG，可起到动态补偿的效果，跟踪系统无功变化使功率因数稳定在0.99以上。动态无功补偿设备始终投运在电力系统中，每年投运时间为：24h/d×30d/m×12m/y×1y = 8640h；检修时间，每年按照60天计算，为1440h。则实际运行时间：T = 8640h-1440h=7200 h

动态无功补偿系统投运后，每年可减少损耗为：7200h×540kW = 3，888，000kW·h；按照动力电的平均费率0.40元/kW·h计算，每年在损耗这一方面可减少的经济损失为：3，888，000kW·h×0.40元/kW·h =1，555，200元=155.52万元。即通过动态无功补偿，预计每年线损节约收益不低于155万元。

2.2 SVG运行损耗分析

SVG成套装置的运行损耗主要为连接电抗器和SVG换流阀损耗。在该项目中，设备为2套6MVar SVG，单套设备各部分额定损耗分别计算如下：①连接电抗器损耗：由电抗器厂家提供数据可知，该型号单台连接电抗器负载损耗4.9kW，3台共14.7kW；②换流阀损耗：SVG换流阀每个模块按2.3kW，每套SVG共计24个模块，损耗共约55.2kW，每个风机损耗按1.1kW计算，4个风机损耗共约4.4kW，满载时损耗共约59.6kW，空载时候损耗可忽略，且损耗与输出容量成正比。

若成套装置运行在满无功状态下，单套成套装置总损耗约为：14.7+59.6=74.3kW；事实上，SVG不可能一直处于满载运行状态。平均输出容量按照50%计，单机平均损耗小于装置额定容量的0.8%。每年投运时间按7200h计算，则SVG每年损耗为：2×74.3kW×50%×7200h =524960kW·h；电价按照0.40元/kW·h计算，则每年花费为：524960kW·h×0.40元/kW·h =213984元≈21.4万元；那么，每年可见的直接经济收益为：155.52 -21.4=134.12万元。

3 结语

SVG系统完成后可达到国际同期先进水平，应用前景很广。可使电网纯净，提高功率因数，减小生产成本，为企业节能降耗做出贡献；从社会效益看，能减小设备损耗，减少因电力设备绝缘老化而造成的电力事故，减小触电危险，达到安全生产的目的。