【关联词】：节能 功率因数 电容补偿 技术方案比较

　　【摘要】：节能，这是国家的重大决策。随着煤矿的发展，煤矿技术装备越来越大，运行状况越来越复杂化，而功率因数一般都仅在0.8以下，达不到大于0.9以上的要求。沿革和套用传统的电容补偿方式、遇到了挑战。本文对目前国内电容补偿的诸多技术方案进行比较分析。提出了应用于煤矿的电容补偿的关键问题是：电容器的无功出力必须与负荷变化相匹配的观点。

　　一、概述

　　2、单机小负荷机组群。例如：选煤厂，综采、机采工作面。其特点是：非生产班次的负荷几乎为零，生产班次的负荷，在1～3分钟内就要求达到最大负荷，特别是选煤厂类。

　　因此煤矿的电气负荷变化很大，平均负荷/最大负荷仅为0.3～0.7，最大负荷/最低负荷为3～8倍。短路(容量)电流大，是工作负荷(容量)电流的7.8～18倍左右。运行环境恶劣，停电时间受到《煤矿安全规程》的严格限制。给电网的供用电造成如下问题：

　　1.1 无功冲击产生的不良影响

　　1) 使供电母线的电压产生波动，降低机电设备的运行效率。供电母线电压产生波动时，将使用户的异步电机类负荷转矩随之变化，输入负荷的有功功率下降，影响生产和设备的出力。

　　2) 特别是变蘋设备的率与电压平方成正比，当电压降低时，大大降低了设备的效率，生产效率下降，同时增加成本。

　　3) 快速无功冲击引起母线电压剧烈波动，严重时影响自动化装置的正常工作，闪变将造成设备的二次启动，产生比正常运行大十几倍的电流，危及人身及设备安全。

　　1.2 低功率因数将导致如下不良影响

　　1)根据《电力系统电压和无功电力技术导则》的规定，高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数应大于0.9以上，否则，用户将遭受低功率因数罚款，直接影响企业的经济效益。

　　2)低功率因数负载从系统吸收大量无功功率，增加了线损和变压器的损耗。

　　1.3 谐波电流对电气设备的危害，

　　1) 谐波对旋转电机的影响谐波对旋转电机的主要影响是产生附加损耗，其次产生机械振动，噪声和谐波过电压。

　　将因过电流及过电压而损坏，严重时将危及整个供电系统的安全运行。

　　5) 谐波对通信产生干扰，使电度计量产生误差。

　　谐波及无功冲击导致的电压波动。严重影响用户本身及电网用电设备的安全运行，降低了供电电网的电能质量。特别是电压波动超标，引起供电系统电能质量的变化将会对其他动力负荷产生严重影响，甚至造成其不能正常工作。必须按电能质量有关标准的规定，应采取综合治理措施。

　　二、电容补偿原则及补偿方式

　　电容补偿原则

　　4、并联电抗器补偿

　　5、无功自动调节—分组分段可控自动调节方案及固定投入电容器容量，自动调节电容器两端的电压以改变无功电容电流方案

　　6、动态无功电容补偿

　　三 方案比较分析及选择

　　过去的年代，应用于煤矿的是并联电容器方式，不论是就地补偿与集中补偿，固定电容器容量方式或是静态自动、手动调节电容器容量方式，都是通过改变电容器容量(将电容器分组分段分相安装布置，运用可控硅技术，自动调节改变电容器投入的数量、容量)，或调节变压器的电压分接开关，来实现无功电流量及电压调节的，其问题在于：负载调节特性较差，不能连续平滑调节，不能随负载变化而调节电容器的无功电流(出力)，特别是在煤矿，平均负荷/最大负荷为0.3～0.75，最大负荷/最低负荷为3～8倍的运行状况下，欠补偿和过补偿现象都同时存在，特别是在低负荷时，过补偿现象非常严重，由于过补偿而造成过电压及对电网倒送无功功率。投切电容器的操作过程会产生严重的操作过电压和合闸涌流，对系统中的高次谐波有放大现象，在谐波电流过大时可能引发电容器爆炸事故。采用串联电抗器的做法又提高了电容器的运行端电压，同时又需要增加电容器容量来直接补偿串联电抗器的无功损耗。过电压和过电流直接影响供电安全及电容器寿命。

　　无功自动调节为固定投入电容器容量，按设计容量固定接入系统中。其中无功自动调节，采用自动调节电容器两端的电压以改变无功电容电流方式。

　　动态无功电容补偿：动态无功电容补偿为固定投入电容器容量，按设计容量固定接入系统中。晶闸管相控电抗器(TCR)型静止型动态无功补偿装置(SVC)方式由TCR(并联可调电抗器)+FC(补偿电容)两部分组成。其中TCR由DSP全数字控制系统、晶闸管功率阀组、相控电抗器、BOD保护模块等组成，通过晶闸管调整电抗器的电流，从而使TCR回路产生可变感性负载;FC回路由滤波电容器和滤波电抗器组成特定的滤波通道，向系统提供恒定容性无功功率，兼有滤除谐波的作用。

　　1). 固定电容补偿

　　①固定无功补偿方案是补偿无功功率的常规方法。装置具有结构简单、经济方便等优点，其补偿无功的容量是设计根据计算的平均负荷大小而确定的，是一个不可调的固定量，通常由电抗器和电容器串联组成，其功能主要是补偿负荷产生的感性无功，并对三次谐波有一定的抑制作用。一般采用机械开关控制电容器的投切，投切时的冲击电流和操作过电压大，易发生谐振，因此不能频繁投切。

　　3) 晶闸管分级投切电容器方案(TSC)

　　晶闸管分级投切电容器方案这里研究两个，一是带降压变压器的晶闸管投切电容器方案，二是带降压变压器及分接开关的晶闸管投切电容器方案。

　　1)、带降压变压器的晶闸管投切电容器方案

　　无过渡过程投切电容器，理论上电容器在峰值时导通，在峰值时关断。晶闸管关断后，电容器保持峰值电压值，由于电源电压随时变化，电容器电压也在缓慢地放电，要做到安全、无过渡投切比较困难。具体控制有二种方法：

　　该方案的特点与带降压变压器的晶闸管投切电容器方案相似，但投资更少，只需一组晶闸管开关，但其过分依赖变压器分接开关，分接开关每天频繁调节，其寿命能否有保证还需进一步研究，另外目前国内尚无此类方案运行，需要研究开发。

　　3) 无功功率补偿装置(SVC)

　　晶闸管相控电抗器(TCR)型静止型动态无功补偿装置(SVC)是目前最先进的一种补偿技术，技术含量高，过去以进口产品居多，导致设备造价昂贵，同时，由于普遍采用的复杂的水冷系统，造成可靠性差以及日后的维护费用增加。