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【關(guān)聯(lián)詞】：節(jié)能 功率因數(shù) 電容補(bǔ)償 技術(shù)方案比較
【摘要】：節(jié)能，這是國家的重大決策。隨著煤礦的發(fā)展，煤礦技術(shù)裝備越來越大，運(yùn)行狀況越來越復(fù)雜化，而功率因數(shù)一般都僅在0.8以下，達(dá)不到大于0.9以上的要求。沿革和套用傳統(tǒng)的電容補(bǔ)償方式、遇到了挑戰(zhàn)。本文對(duì)目前國內(nèi)電容補(bǔ)償?shù)闹T多技術(shù)方案進(jìn)行比較分析。提出了應(yīng)用于煤礦的電容補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵問題是：電容器的無功出力必須與負(fù)荷變化相匹配的觀點(diǎn)。
一、概述
2、單機(jī)小負(fù)荷機(jī)組群。例如：選煤廠，綜采、機(jī)采工作面。其特點(diǎn)是：非生產(chǎn)班次的負(fù)荷幾乎為零，生產(chǎn)班次的負(fù)荷，在1～3分鐘內(nèi)就要求達(dá)到最大負(fù)荷，特別是選煤廠類。
因此煤礦的電氣負(fù)荷變化很大，平均負(fù)荷/最大負(fù)荷僅為0.3～0.7，最大負(fù)荷/最低負(fù)荷為3～8倍。短路(容量)電流大，是工作負(fù)荷(容量)電流的7.8～18倍左右。運(yùn)行環(huán)境惡劣，停電時(shí)間受到《煤礦安全規(guī)程》的嚴(yán)格限制。給電網(wǎng)的供用電造成如下問題：
1.1 無功沖擊產(chǎn)生的不良影響
1) 使供電母線的電壓產(chǎn)生波動(dòng)，降低機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率。供電母線電壓產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，將使用戶的異步電機(jī)類負(fù)荷轉(zhuǎn)矩隨之變化，輸入負(fù)荷的有功功率下降，影響生產(chǎn)和設(shè)備的出力。
2) 特別是變蘋設(shè)備的率與電壓平方成正比，當(dāng)電壓降低時(shí)，大大降低了設(shè)備的效率，生產(chǎn)效率下降，同時(shí)增加成本。
3) 快速無功沖擊引起母線電壓劇烈波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)影響自動(dòng)化裝置的正常工作，閃變將造成設(shè)備的二次啟動(dòng)，產(chǎn)生比正常運(yùn)行大十幾倍的電流，危及人身及設(shè)備安全。
1.2 低功率因數(shù)將導(dǎo)致如下不良影響
1)根據(jù)《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》的規(guī)定，高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶，功率因數(shù)應(yīng)大于0.9以上，否則，用戶將遭受低功率因數(shù)罰款，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
2)低功率因數(shù)負(fù)載從系統(tǒng)吸收大量無功功率，增加了線損和變壓器的損耗。
1.3 諧波電流對(duì)電氣設(shè)備的危害，
1) 諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的主要影響是產(chǎn)生附加損耗，其次產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，噪聲和諧波過電壓。
將因過電流及過電壓而損壞，嚴(yán)重時(shí)將危及整個(gè)供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
5) 諧波對(duì)通信產(chǎn)生干擾，使電度計(jì)量產(chǎn)生誤差。
諧波及無功沖擊導(dǎo)致的電壓波動(dòng)。嚴(yán)重影響用戶本身及電網(wǎng)用電設(shè)備的安全運(yùn)行，降低了供電電網(wǎng)的電能質(zhì)量。特別是電壓波動(dòng)超標(biāo)，引起供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的變化將會(huì)對(duì)其他動(dòng)力負(fù)荷產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至造成其不能正常工作。必須按電能質(zhì)量有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，應(yīng)采取綜合治理措施。
二、電容補(bǔ)償原則及補(bǔ)償方式
電容補(bǔ)償原則
4、并聯(lián)電抗器補(bǔ)償
5、無功自動(dòng)調(diào)節(jié)—分組分段可控自動(dòng)調(diào)節(jié)方案及固定投入電容器容量，自動(dòng)調(diào)節(jié)電容器兩端的電壓以改變無功電容電流方案
6、動(dòng)態(tài)無功電容補(bǔ)償
三 方案比較分析及選擇
過去的年代，應(yīng)用于煤礦的是并聯(lián)電容器方式，不論是就地補(bǔ)償與集中補(bǔ)償，固定電容器容量方式或是靜態(tài)自動(dòng)、手動(dòng)調(diào)節(jié)電容器容量方式，都是通過改變電容器容量(將電容器分組分段分相安裝布置，運(yùn)用可控硅技術(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)改變電容器投入的數(shù)量、容量)，或調(diào)節(jié)變壓器的電壓分接開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)無功電流量及電壓調(diào)節(jié)的，其問題在于：負(fù)載調(diào)節(jié)特性較差，不能連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，不能隨負(fù)載變化而調(diào)節(jié)電容器的無功電流(出力)，特別是在煤礦，平均負(fù)荷/最大負(fù)荷為0.3～0.75，最大負(fù)荷/最低負(fù)荷為3～8倍的運(yùn)行狀況下，欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償現(xiàn)象都同時(shí)存在，特別是在低負(fù)荷時(shí)，過補(bǔ)償現(xiàn)象非常嚴(yán)重，由于過補(bǔ)償而造成過電壓及對(duì)電網(wǎng)倒送無功功率。投切電容器的操作過程會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的操作過電壓和合閘涌流，對(duì)系統(tǒng)中的高次諧波有放大現(xiàn)象，在諧波電流過大時(shí)可能引發(fā)電容器爆炸事故。采用串聯(lián)電抗器的做法又提高了電容器的運(yùn)行端電壓，同時(shí)又需要增加電容器容量來直接補(bǔ)償串聯(lián)電抗器的無功損耗。過電壓和過電流直接影響供電安全及電容器壽命。
無功自動(dòng)調(diào)節(jié)為固定投入電容器容量，按設(shè)計(jì)容量固定接入系統(tǒng)中。其中無功自動(dòng)調(diào)節(jié)，采用自動(dòng)調(diào)節(jié)電容器兩端的電壓以改變無功電容電流方式。
動(dòng)態(tài)無功電容補(bǔ)償：動(dòng)態(tài)無功電容補(bǔ)償為固定投入電容器容量，按設(shè)計(jì)容量固定接入系統(tǒng)中。晶閘管相控電抗器(TCR)型靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)方式由TCR(并聯(lián)可調(diào)電抗器)+FC(補(bǔ)償電容)兩部分組成。其中TCR由DSP全數(shù)字控制系統(tǒng)、晶閘管功率閥組、相控電抗器、BOD保護(hù)模塊等組成，通過晶閘管調(diào)整電抗器的電流，從而使TCR回路產(chǎn)生可變感性負(fù)載;FC回路由濾波電容器和濾波電抗器組成特定的濾波通道，向系統(tǒng)提供恒定容性無功功率，兼有濾除諧波的作用。
1). 固定電容補(bǔ)償
�、俟潭o功補(bǔ)償方案是補(bǔ)償無功功率的常規(guī)方法。裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，其補(bǔ)償無功的容量是設(shè)計(jì)根據(jù)計(jì)算的平均負(fù)荷大小而確定的，是一個(gè)不可調(diào)的固定量，通常由電抗器和電容器串聯(lián)組成，其功能主要是補(bǔ)償負(fù)荷產(chǎn)生的感性無功，并對(duì)三次諧波有一定的抑制作用。一般采用機(jī)械開關(guān)控制電容器的投切，投切時(shí)的沖擊電流和操作過電壓大，易發(fā)生諧振，因此不能頻繁投切。
3) 晶閘管分級(jí)投切電容器方案(TSC)
晶閘管分級(jí)投切電容器方案這里研究兩個(gè)，一是帶降壓變壓器的晶閘管投切電容器方案，二是帶降壓變壓器及分接開關(guān)的晶閘管投切電容器方案。
1)、帶降壓變壓器的晶閘管投切電容器方案
無過渡過程投切電容器，理論上電容器在峰值時(shí)導(dǎo)通，在峰值時(shí)關(guān)斷。晶閘管關(guān)斷后，電容器保持峰值電壓值，由于電源電壓隨時(shí)變化，電容器電壓也在緩慢地放電，要做到安全、無過渡投切比較困難。具體控制有二種方法：
該方案的特點(diǎn)與帶降壓變壓器的晶閘管投切電容器方案相似，但投資更少，只需一組晶閘管開關(guān)，但其過分依賴變壓器分接開關(guān)，分接開關(guān)每天頻繁調(diào)節(jié)，其壽命能否有保證還需進(jìn)一步研究，另外目前國內(nèi)尚無此類方案運(yùn)行，需要研究開發(fā)。
3) 無功功率補(bǔ)償裝置(SVC)
晶閘管相控電抗器(TCR)型靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)是目前最先進(jìn)的一種補(bǔ)償技術(shù)，技術(shù)含量高，過去以進(jìn)口產(chǎn)品居多，導(dǎo)致設(shè)備造價(jià)昂貴，同時(shí)，由于普遍采用的復(fù)雜的水冷系統(tǒng)，造成可靠性差以及日后的維護(hù)費(fèi)用增加。
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