1用戶現(xiàn)場情況

該煤礦是兗礦集團下屬的第一座設計年產(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，有時功率因數(shù)低于0.9，低于供電部門要求，每月都存在電費罰款現(xiàn)象，也影響了變壓器、導線等的帶載能力，線路損耗大。隨著煤礦負荷的變化，煤礦電壓有閃變現(xiàn)象嚴重。

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

另外，該煤礦原有的無功補償?shù)碾娙萜鲗χC波會有放大作用，使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴重。諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會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，減少對電網(wǎng)污染，保證礦井的安全供電，同時通過提高系統(tǒng)功率因數(shù)，減少電能資源的浪費，有必要采用SVG對該煤礦電網(wǎng)進行無功補償及諧波治理。

2控制方案

該煤礦領導綜合考慮系統(tǒng)的投資和造價及以后系統(tǒng)的擴容，選購了2套新風光公司自主研制的高壓動態(tài)無功補償及諧波治理系統(tǒng)，規(guī)格型號為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)場供電系統(tǒng)三臺變壓器任意運行方式下運行，可單獨分段補償，也可以主從控制，實行并列補償；可實現(xiàn)任意情況下的自動、手動運行可控；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新風光公司FGSVG系列高壓動態(tài)無功補償系統(tǒng)

新風光公司FGSVG系列產(chǎn)品采用現(xiàn)代電力電子、自動化、微電子及網(wǎng)絡通訊等技術，采用先進的瞬時無功功率理論和給予同步坐標變換的功率解耦算法，以設定的無功性質(zhì)及大小、功率因數(shù)、電網(wǎng)電壓為控制目標運行，動態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化調(diào)節(jié)無功輸出，并能實現(xiàn)曲線設定運行，提升電網(wǎng)質(zhì)量。

3.1FGSVG-C6.5/6（6.5Mvar/6kV）高壓動態(tài)無功補償系統(tǒng)技術特點

●模塊化設計，安裝、調(diào)試、設定簡便。

●動態(tài)響應速度快，響應時間≤5ms。

●在補償容量足夠的前提下，輸出電流諧波（THD）≤3%。

●多種運行模式極大的滿足用戶需求，運行模式有：恒裝置無功功率模式、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數(shù)模式、恒考核點電壓模式、負載補償模式，目標值可實時更改。

●實時跟蹤負荷變化，動態(tài)連續(xù)平滑補償無功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，實時治理諧波，補償負序電流，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)精心設計，發(fā)熱量小，效率高，運行成本低。

●設備結構緊湊，占地面積小。

●主電路采用IGBT組成的H橋功率單元鏈式串聯(lián)結構,每相由多個相同功率單元組成，整機輸出由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。

●自動調(diào)整載波頻率，自適應環(huán)境和功率變化。

●小于0.2A的補償精度。

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

●功率電路模塊化設計，維護簡單，互換性好。

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

●人機界面設計采用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慣設計。界面友好顯示，對外通訊提供了RS485等接口，采用標準Modbus通訊協(xié)議。除具有實時數(shù)字量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、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、分時控制、示波器（AD通道強制錄波）、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。

●FGSVG設計包含與FC配合使用的接口，實現(xiàn)定補和動補的有效結合，為用戶提供更經(jīng)濟，更靈活的補償方案。具有4組FC接口控制功能，在控制上可以根據(jù)實際情況設置4組FC支路的投切順序，并實時監(jiān)測FC的故障狀態(tài)，實現(xiàn)了SVG+FC系統(tǒng)的智能控制。

●投切時無暫態(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TI和ALTERA公司的優(yōu)質(zhì)DSP芯片和FPGA芯片，實現(xiàn)了3核控制技術，其中3片DSP芯片分別處理對外通訊，主控計算，功率單元控制，三片F(xiàn)PGA配合DSP實現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)交換，基于這種構架的產(chǎn)品，整機響應速度達到了容性功率到感性功率突變時間只需要3.7ms。

●與系統(tǒng)連接時，不需要考慮交流系統(tǒng)相序，連接方便。

●可并聯(lián)安裝，極易擴展容量。并機運行使用光纖通訊，通訊速度快，能夠完好的滿足實時補償?shù)囊?。整機擴容簡單易行，特別是改造現(xiàn)場和未生產(chǎn)現(xiàn)場，若SVG投運后發(fā)現(xiàn)功率不能滿足生產(chǎn)要求，可以隨意擴容，不需要將設備完全拆除，只需要更換功率單元即可實現(xiàn)增容，另外在一個現(xiàn)場若有多臺設備，可以十分方便的實現(xiàn)以太網(wǎng)組網(wǎng)，或通過高速光纖實現(xiàn)主從控制。

3.2新風光FGSVG-6.5/6高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)技術指標

新風光FGSVG-6.5/6高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)技術指標如表1所示。

表1

3.3控制及保護系統(tǒng)

（1）控制屏結構及組成

控制屏采用柜式結構，采用靜電噴塑工藝處理。柜體選用優(yōu)質(zhì)“三防”產(chǎn)品，抗強電磁干擾能力強?？刂葡到y(tǒng)中的附件，均采用國內(nèi)外的知名公司產(chǎn)品。

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

主控機箱：由各功能板卡組成。具有自主知識產(chǎn)權的全數(shù)字化控制器，以DSP+FPGA組成的控制核心，充分發(fā)揮DSP超強的計算能力和FPGA出色的數(shù)據(jù)處理能力，實時計算電網(wǎng)所需的無功功率，動態(tài)跟蹤與補償，實現(xiàn)了準確計算，高速響應，精確補償?shù)男Ч?/p>

PLC：高可靠性的工業(yè)級PLC，實現(xiàn)整機的邏輯控制，實時與主控部分、觸摸屏通訊，把裝置的運行狀態(tài)實時的傳給觸摸屏顯示，完成觸摸屏、柜門按鈕對裝置的控制。

人機界面：實時顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，查詢與設定系統(tǒng)運行參數(shù)以及整機邏輯控制等功能。

（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，實現(xiàn)脈沖發(fā)生和分配功能，自動調(diào)節(jié)裝置無功輸出；具有供值班員使用的參數(shù)設置功能，所有設置的內(nèi)容不受停電和干擾信號的影響。

（3）通訊功能

控制系統(tǒng)具有和上位機通訊的標準化接口，實現(xiàn)就地和遠方通訊。同時控制系統(tǒng)具備與變電站綜合自動化聯(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）保護功能

動態(tài)無功補償裝置采用綜合保護策略，以提高裝置可靠性。動態(tài)裝置保護類型如下：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保護、丟脈沖、觸發(fā)異常、過壓擊穿、單元模塊功率柜超溫、保護輸入接口、保護輸出接口控制和系統(tǒng)電源異常等保護功能。

（5）閉鎖功能

控制器具有CT斷線檢測及閉鎖調(diào)節(jié)功能，具有PT斷線檢測及閉鎖調(diào)節(jié)功能，內(nèi)部電路具有完善的保護功能，內(nèi)部出現(xiàn)任何電路故障均不會有誤動作輸出。SVG開關跳閘時，報警并閉鎖微機控制器的無功出口。

（6）事件順序記錄

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

4現(xiàn)場與FGSVG對接的信號

4.1現(xiàn)場提供給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之間的開關量

FGSVG與DCS之間的開關量信號如表3所示。

表3

4.3FGSVG與高壓開關柜之間的開關量

FGSVG與高壓開關柜之間的開關量信號如表4所示。

表4

4.4與FGSVG連接的模擬信號

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

CT信號：采集考核點電流，用于系統(tǒng)計算補償無功。采集35kVCT信號時，F(xiàn)GSVG需要變壓器差動保護時，接入給FGSVG供電的高壓開關柜需提供CT信號，與FGSVG柜內(nèi)電流檢測，配合做變壓器差動保護；CT次級電流5A。CT精度要求：0.2級。

1#主變，SFZ-20000/35，連接組別：Ynd11，接2851開關柜，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號柜子任意一個可選。原電流變比為400/5，需更換電流互感器為800/5。

FGSVG信號采樣位置：2852柜，及2851柜的電流信號，電流應采集35kV母線PT信號。

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

4.5FGSVG與現(xiàn)場的通訊接口

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改造后應用效果

2018年8月中旬，新風光2套FGSVG-C6.5/6（6.5Mvar/6kV）高壓動態(tài)無功補償系統(tǒng)一次成功投運，至今運行正常。改造后，該礦供電系統(tǒng)功率因數(shù)實測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，保證了其他負載設備的正常運行，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。感性額定電流到容性額定電流響應時間測試波形如圖1所示。

圖1

5.1直接經(jīng)濟效益

經(jīng)過測算，全年可節(jié)省電費100多萬元。同時，F(xiàn)GSVG投運后，保證了6kV側功率因數(shù)符合要求，減少了由功率因數(shù)引起的電費罰款。

5.2社會效益

該煤礦變電所無功補償改造后，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、功率因數(shù)等滿足電能質(zhì)量有關國家標準的要求，保障了煤礦其他的自動化儀表，監(jiān)控系統(tǒng)設備的正常運行，降低了相應的維護保養(yǎng)費用，為煤礦的安全生產(chǎn)保駕護航。

6結論

新風光公司FGSVG系列級聯(lián)式高壓動態(tài)無功補償裝置（SVG）改善了煤礦電網(wǎng)電能質(zhì)量，具有效率高、響應快、可靠性高、諧波補償功能、閃變抑制能力強，負序補償、高低電壓穿越等優(yōu)點，值得在煤礦等行業(yè)大力推廣。

參考文獻

新風光電子使用手冊[Z]新風光電子科技股份有限公司。

作者簡介：

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

地址：山東省汶上經(jīng)濟開發(fā)區(qū)

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文章聯(lián)系人：郭培彬

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