山西潞安煤礦電壓調節型無功補償裝置
一、項目概況
潞安煤焦集團王莊煤礦各生產礦井用電設備主要是通風、排水、提升、膠帶運輸和采掘機械，絕大部分為感性負荷，單機功率大。隨著礦井生產系統的不斷延伸，供電距離不斷延長。由于受現場使用條件的限制．大功率用電設備不能采取無功就地補償方式，供電系統自然功率因數低。潞安煤焦集團地面變電所全部采取集中無功補償的方式．在35kV母線上各裝一組容量相等、均衡配置的電容器組．人工手動整組投切電容器，不能根據系統用電負荷波動、無功補償需求、功率因數和系統電壓的變化適時調整供電系統的無功補償容量．無法滿足調節系統電壓和保持功率因數的要求。國家實行分時電價結算政策后．各生產礦井為了減少電費支出。采取了早班整修、夜班滿負荷生產的措施，除通風機外。排水、提升、膠帶運輸等主要大功率用電設備都集中在夜班(電網谷期)運行。由于白天電網峰期用電負荷小，夜間電網谷期用電負荷大，造成供電系統電壓波動較大．甚至超出允許范圍，曾出現系統過電壓。造成部分高、低壓開關控制元件燒壞，甚至部分用電設備無法正常運行。同時，由于王莊煤礦變電站規劃時間早，空間有限，對于35kV分組電容器自動補償無法滿足占地要求。
二、選型分析
根據潞安焦煤集團王莊變電站的用電情況及分析，我們提出了使用我公司KVQC電壓調節型無功補償裝置的方案，根據電壓調節型無功補償方式的特點，可得出此補償方式為最佳補償方案：
1、裝置電容器固定接入，不采用投切電容方式調節無功，避免了電容投切瞬間的沖擊，而是根據Q=2πfCU2改變電容器端電壓來調節無功輸出，滿足系統無功出力要求；
2、可實現多達9級或16級無功調節，調節階梯小；
3、無功在調節過程中無過電壓產生，可以保證電容器安全，延長其使用壽命
4、可采用電容器低電壓接入，有效降低電容器合閘涌流對系統及電容器本身的沖擊
5、調壓過程電容器并未脫離電網，無充放電過程，故無調節延時，可實現適時調節
6、裝置輔助損耗小，僅為電容器容量的2‰左右
7、占地空間較相同級數的電容器分組投切方式的占地空間小50%以上
三、技術原理
3.1 系統結構
KVQC系統組成示意圖
1. 隔離開關2.有載調壓變壓器3.避雷器4.熔斷器5.放電線圈6.串聯電抗器（可選）7.高壓并聯電容器
如上面原理圖所示，系統主要組成部分有：
1)控制器：KWWB-3000型高壓無功補償控制器
2)調壓裝置：自耦變壓器，有載調壓分接開關，電動執行機構，檔位控制器
3)電容器組：高壓并聯電容器，串聯電抗器，放電線圈，熔斷器，避雷器
4)開關：使用隔離開關，或斷路器配和隔離開關
5)控制柜：儀表、指示燈、繼電器、轉換開關等
3.2 功能特點
a、使用新型電壓無功補償原理。
b、電壓無功補償與電容器保護一體化。
c、多種補償控制方案，適用于不同接線形式,補償控制與接線和運行方式的自適應。
d、控制器工作的穩定性及可靠性較高。
e、采用圖形液晶，全中文顯示菜單式人機交互；可實時顯示各種運行狀態及數據，信息詳細直觀，操作、調試方便。
f、可獨立整定系統定值，定值區切換安全方便。
g、通信規約采用IEC-60870-5-103規約或MODBUS規約可選，設有雙RS-485通信接口；組網經濟、方便，可直接與微機監控或保護管理機聯網通訊。
h、具有錄波功能，裝置記錄保護跳閘前4周波，跳閘后6周波（每周波24點）的采樣數據，保護跳閘后上送變電站自動化主站，也可以通過故障分析軟件進行故障分析。
i、保護方式可以按照保護配置，出口設置方便靈活。
3.3 控制原理
電壓無功綜合控制原理按系統電壓無功構成的九區圖進行控制，電壓上、下限可按GB12325-1990標準整定，以10kV為例，系統上限可為10.7kV，下限為9.3kV；無功以功率因數為判據，按要求110kV變電站COSΦ應不低于0.95，可為下限，上限為0.98，以不向系統倒無功為準。無功（COSΦ）九區圖如下圖所示：
1、2、3、4、5、6、7、8區為調節區，9區為運行區。
電壓無功控制九區圖
1區時：U<下限9.3kV，COSΦ<下限0.9，無功延時時間到，調節電壓調節器，增大電容器無功出力，即COSΦ上升；若調節后有一項仍不滿足要求，以“調第二項T”為延時調主變分接頭，升電壓。
2區時：U滿足要求：COSΦ<下限0.9；升無功延時時間到，調節電壓調節器，升無功，此時主變分接頭不動作。
3區時：U>10.7 kV，COSΦ<下限0.9；降電壓延時時間到，調主變分接頭，減小電壓，若調節后有一項仍不滿足要求，以“調第二項T”為延時調電壓調節器，升無功。
4區時：U>10.7 kV， COSΦ滿足要求；降電壓延時時間到，調主變分接頭，減小電壓，此時電壓調節器不動作。
5區時：U>10.7kV，COSΦ>上限0.98時，降無功延時時間到，調節電壓調節器，減小無功，調節后有一項仍不滿足要求，以“調節二項T”為延時調主變分接頭，降電壓。
6區時：U滿足要求：COSΦ>上限0.98時；降無功延時時間到，調節電壓調節器，減小無功出力，此時主變分接頭不動作。
7區時：U <下限9.3kV,COSΦ>上限0.98；降無功延時時間到，調節電壓調節器，減小電容器無功出力，若調節后有一項仍不滿足要求，則以“調節二項T”為延時調節主變分接頭，升電壓。
8區時：U<下限9.3kV，COSΦ滿足要求，升電壓延時時間到，先調節主變分接頭，升電壓。若調節后有一項仍不滿足要求，以“調第二項T”為延時調電壓調節器，強行增加無功。
控制器調節原則：保證供電電壓在允許的變動（整定值）范圍內的前提下，充分調節控制無功補償控制器，實現電網無功功率就地平衡。
四、應用效果分析
4.1 投運時間：2008年6月
4.2 供電電壓質量提高
王莊煤礦在電壓調節式高壓無功自動補償技術應用前。35kV供電系統電壓不穩定。早班用電低谷期電壓最高達到39.2 kV．多次造成井下使用的某品牌低壓開關電源模塊燒壞。拉切原有固定投入的分組電容器，35kV供電系統電壓稍有下降，但系統電壓仍然偏高，影響供電系統安全和設備安全運行。該技術應用后．35kV供電系統電壓一直穩定在35.8-36.7 kV之間．系統電壓非常穩定。未再出現過電壓燒壞低壓開關電源模塊現象。我司KVQC電壓調節式高壓無功自動補償技術后．35kV供電系統電壓得到了明顯改善，未出現供電系統過、欠電壓現象。
4.3 功率因數提高
王莊煤礦在應用KVQC電壓調節型高壓無功自動補償技術前．系統功率因數最低時只能達到0.8．高時達到0.92。電壓調節型高壓無功自動補償技術應用后，35kV供電系統功率因數早班用電低谷期達到0.98．夜班用電高峰期達到0.92以上。平均功率因數達到0.95以上。王莊煤礦35kV供電系統的平均功率因數由原來的0.86提高到現在的0.95。
4.4 節電效益明顯
王莊煤礦110 kV變電所應用電壓調節型高壓無功自動補償技術后．一年可節電200萬kwh，節約電費支出113.2萬元，技改投資一年即可收回，達到了預期效果。
附圖：
