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? 思源電氣大屯煤電集團姚橋煤礦動態無功補償與諧波治理技術方案思源電氣股份2023年九月n?目錄\l“_TOC_250016“—概述 3\l“_TOC_250015“功率因數低 3\l“_TOC_250014“供電線路長，損耗大 3\l“_TOC_250013“諧波問題 3\l“_TOC_250012“沖擊電壓降問題 3\l“_TOC_250011“二系統狀況與測試結果 4\l“_TOC_250010“大屯煤電集團姚橋煤礦根本狀況 4\l“_TOC_250009“I段母線測試結果 4\l“_TOC_250008“Ⅱ段母線測試結果 9\l“_TOC_250007“三電能質量限值 13\l“_TOC_250006“6KV諧波電壓限值 13\l“_TOC_250005“諧波電流值允許值 13\l“_TOC_250004“四測試結果分析及補償方案比較 13\l“_TOC_250003“測試結果分析 13\l“_TOC_250002“3MVARSVG+4MVARFC補償方案與6MVARSVG補償方案比較 14\l“_TOC_250001“補償效果分析比較 15\l“_TOC_250000“系統主接線原理圖 17大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第2 頁共18 頁nn?努力做到比用戶期盼的更好機功率也越來越大，供電距離也越來越長。大多存在以下問題：功率因數低煤礦開采設備耗能高，效率低。如井下輸送機負荷率小于40%，采煤機負荷率60%50%左右，存在大馬拉小車現象，使得設備容量得不到充分利用，煤礦自然功率因數偏低，噸煤能耗增大。供電線路長，損耗大隨著采煤距離的延長，供電線路越來越長，少則幾km,多則幾十km，由于線路機電事故增多。諧波問題現代化礦井大局部設備的把握系統均由電力電子器件組成，其中主、副井的絞車、提升機等都是典型的非線性沖擊負荷，它對電網電能質量污染嚴峻，使供電系統消滅很大的電壓波動和幅值很大的諧波電流，對設備的安全運行造成了很大的影16.1.13條規定：“電網中接有非線性用電設備的礦井，應實行措施將諧波電流危害限制在允許范圍內。設計濾波電路時，宜結合無功補償及把握因大容量諧波源所引起的電壓閃變等因素確定。”沖擊電壓降問題周期性重復起動，會造成電壓波動，甚至消滅“閃變”。電網電壓的穩定性是衡大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第3 頁共18 頁++- 10000.0V+- 2023.0A3wires-2023.0A-10000.0V大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案第4 頁共18 頁際《電能質量：電壓允許波動和閃變》規定10kV2.5%。對于礦井提升機這類負載，考慮到技術經濟的具體狀況，其引起的電壓波動一般應不3.5%。大屯煤電集團姚橋煤礦根本狀況135KV變電所，變電所內裝備兩臺SZ9-25000/3535/6KV容量分別為25MVA、20MVA的主變。6KV為單母線分段，1500kvar×2。I段母線測試結果測試時間：Ⅰ段母線：321日12：38～32119：58Ⅱ段母線：321日21：06～32205：20METRLPQAplus增加型電能質量測試單位：思源電氣股份瞬時電壓電流波形n?瞬時電壓、電流頻譜Voltages Magnitudes(20.03.2023.20:20:20) Currents5.0VoltagePh1(%)Thd=1.61%5.0CurrentPh1(%) Thd=3.06%4.54.54.04.03.53.53.03.02.52.52.02.01.51.51.01.00.50.50 004812162024283236404448525660 thd 04812162024283236404448525660 thd5.0VoltagePh2(%)Thd=1.49%5.0CurrentPh2(%) Thd=2.92%4.54.54.04.03.53.53.03.02.52.52.02.01.51.51.01.00.50.5004812162024283236404448525660

004812162024283236404448525660 thd5.0VoltagePh3(%)Thd=1.51%5.0CurrentPh3(%) Thd=3.03%4.54.54.04.03.53.53.03.02.52.52.02.01.51.51.01.00.50.5004812162024283236404448525660

004812162024283236404448525660 thd 三相電流1000A1500A；三相200A左右，母線電流波動較大。三相電壓6.18kV5.6kV6kV母線電壓波動較大。功率因數大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第5 頁共18 頁n?Periodics(1段母線.PMD)1.010.960.920.870.830.780.730.690.640.600.550.500.460.410.370.320.270.230.180.140.0921.03.2023.12:38:00Relation1:921.03.2023.19:58:00Pfti+Min1.00.40.8，需要對系統進展無功補償。d.無功波動11.70Periodics(1段母線.PMD)11.1110.539.949.368.778.197.607.026.435.855.264.684.093.512.922.341.751.170.58021.03.2023.12:38:00Relation1:921.03.2023.19:58:00Qti+(MVAr)Max11MVar2MVar，系統無功功率波動較大。e.諧波電壓總畸變率大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第6 頁共18 頁系統諧波電壓總畸變率最大值可達15%2%，系統電壓畸變嚴峻。f.5次諧波電流11.70Periodics(1段母線.PMD)11.1210.549.969.388.798.217.637.056.465.885.304.724.133.552.972.391.801.220.640.0621.03.2023.12:38:00Relation1:921.03.2023.19:58:00I1h5(A)511.5A。7次諧波電流Periodics(1段母線.PMD)34.5132.8231.1329.4427.7526.0624.3722.6820.9919.3017.6015.9114.2212.5310.849.157.465.774.082.390.7021.03.2023.12:38:00Relation1:921.03.2023.19:58:00I1h7(A)715A33A。大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第7 頁共18 頁11次諧波電流1160A36A。13次諧波電流Periodics(1段母線.PMD)27.2225.9024.5923.2721.9520.6319.3117.9916.6715.3514.0412.7211.4010.088.767.446.124.803.482.170.8521.03.2023.12:38:00Relation1:921.03.2023.19:58:00I1h13(A)1326A左右。23次諧波電流大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第8 頁共18 頁Periodics(1段母線.PMD)16.4015.6214.8314.0513.2612.4811.6910.9110.129.348.567.776.996.205.424.633.853.062.281.490.7121.03.2023.12:38:00Relation1:921.03.2023.19:58:00I1h23(A)2316A。25次諧波電流Periodics(1段母線.PMD)13.7813.1012.4111.7211.0310.349.658.968.277.586.896.205.514.824.143.452.762.071.380.69021.03.2023.12:38:00Relation1:921.03.2023.19:58:00I1h25(A)2513A。Ⅱ段母線測試結果大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第9 頁共18 頁n?II段母線〔主井絞車〕三相瞬時電壓電流波形+- 10000.0V+- 2023.0A3wires-2023.0A-10000.0VVoltages Magnitudes(21.03.2023.20:21:20) Currents5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50

VoltagePh1(%)Thd=2.13% 4.54.03.53.02.52.01.51.00.50

CurrentPh1(%)Thd=4.00%04812162024283236404448525660 thd 04812162024283236404448525660 thd5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50

VoltagePh2(%)Thd=2.12%04812162024283236404448525660

5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50

CurrentPh2(%)Thd=3.73%04812162024283236404448525660 thd5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50

VoltagePh3(%)Thd=2.02%04812162024283236404448525660

5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50

CurrentPh3(%)Thd=4.18%04812162024283236404448525660 thd三相電壓、電流三相電流〔A〕三相電流通常狀況最大值1060A1500A。三相電壓大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第10 頁共18 頁n?氣 努力做到比用戶期盼的更好6.15kV5.9kV，瞬時波動最5.67kV。c.功率因數0.93Periodics(2段母線.PMD)0.920.910.900.880.870.860.850.830.820.810.800.780.770.760.750.730.720.710.700.6821.03.2023.21:06:00Relation1:1022.03.2023.05:20:30Pfti+Min0.920.7左右。無功波動Periodics(2段母線.PMD)9.959.559.158.758.357.957.557.156.756.365.965.565.164.764.363.963.563.162.762.371.9721.03.2023.21:06:00Relation1:1022.03.2023.05:20:30Qti+(MVAr)Max無功功率通常狀況下最大值在5.5MVar，瞬時沖擊最大值可達9.8MVar。大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第11 頁共18 頁n?5次諧波(A)540A80A，5次諧波含量很大。7次諧波〔A〕0711A13.5A。11次諧波〔A〕119A15A。13次諧波〔A〕0134A9.5A。大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第12 頁共18 頁n?氣 努力做到比用戶期盼的更好6kV諧波電壓限值各次諧波電壓含有率，％各次諧波電壓含有率，％電網標稱電壓kＶ電壓總諧波畸變率％奇次偶次64.03.21.6諧波電流值允許值75MVA6kV系統各次諧波電流允許值：電壓 各次諧波電流的允許值〔A〕等級234567891011121332.325.516261118996.4125.39.8各次諧波電流的允許值〔A〕6kV1415161718192021222324254.65.14.07.53.56.753.23.73.05.62.75.1四測試結果分析及補償方案比較測試結果分析I段母線從電壓、電流瞬時波形中可以看出，電壓、電流均發生了確定程度的畸變；絞車運行時產生的諧波含量大，尤其是11、13、23、25次諧波嚴峻超標，同5，7次諧波產生了放大5，7次諧波在大局部時間內不超標，但是在個別狀況下，5，7次15倍以上；154％以內的范圍；絞車運行時的無功沖擊格外大，瞬時無功最高已經超過11Mvar，尋常維持在7Mvar0.1；絞車運行時的電壓波動的格外厲害，最低降為5.5kV。電流最高時瞬間可超過1500A，極易造成保護誤動。大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第13頁共18頁n?氣 努力做到比用戶期盼的更好Ⅱ段母線從電壓、電流瞬時波形中可以看出，電壓、電流均發生了確定程度的畸變；5、7次諧波嚴峻超標，5次諧波電流最超群過160A，電壓畸變率接近國標要求的4％以內的范圍；絞車運行時的無功沖擊格外大，瞬時無功最高已經接近10Mvar，尋常維持在5Mvar0.7；絞車運行時的電壓波動的格外厲害，電壓波動范圍為6.16～5.65kV1500A，極易造成保護誤動。6kVI段母線中各次諧波電流列表：諧波次數5711132325諧波電流大小〔A〕11.51560261613諧波電流允許值(A)2618129.85.65.16kVI11、13、23、2511次最嚴峻。6kVII段母線中各次諧波電流列表：諧波次數571113諧波電流大小〔A〕4013.594諧波電流允許值(A)2618129.86kVII5次諧波電流嚴峻超標。補償的同時，還要治理系統中的諧波電流。SVG動態無功補償。3MVarSVG+4MVarFC6MVarSVG補償方案比較6kV6MVar的動態無功補償裝置，即可滿足對系統功率因數補償的要求。補償方案可承受6MVar的SVG動態無大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第14 頁共18 頁n?3MVarSVG+3MVarFC的補償方案，兩種方案各自的特點及優缺點比照方下：性能參數無功補償范圍無功補償力氣

6MVarSVG型補償裝置-6MVar~6MVar感性/容性雙向可調

SVC++成套補償裝置(3MVarSVG+3MVarFC)0MVar~6MVar〔SVG與FC協作SVG單獨補償可供給-3MVar~3MVar的補償范圍〔FC切除〕補償牢靠性

輸出無功容量不受母線電壓變FC實際輸出無功受母線電壓影響較化影響，在系統電壓較低時能大當母線電壓較低時其補償容量下降夠對系統電壓供給有效的支撐 很快，對系統的電壓支撐力氣較弱13次以下的諧波電

次以下諧波電流，FC13次以上諧波特性

13次以下的諧波電流25次以下的諧波無法治理占地面積運行經濟性

小高，損耗較SVC++小

電流進展有效治理。稍大較高，SVG需發出感性無功功率來抵FC的容性無功。運行安全性

可控電流源，無諧振及諧波放FC并聯電容器設計與系統阻抗有關，大危急 存在低次諧波放大可能。牢靠性維護性施工工程量

模塊化免維護，安裝維護簡潔小

維護工作量小較大補償效果分析比較，以下只對兩種方案的諧波治理效果加以分析比照。1〕6kVI段母線3I2I2I3I2I2I2I2571113

U

1002.7kVarI13次以下的諧波完全濾除，所需SVG的諧波補償容量為1002.7kVar；對于13次以上的高次諧波〔23次、25次諧波〕，SVG則無法濾除，2325次諧波將照舊會超標。3MVarSVG+4MVarFC的混合補償和濾波方案，SVG13大屯煤電集團姚橋變電站動態無功補償與諧波治理技術方案 第15 頁共18 頁次以下的諧波，FC1113次以上的諧波進展治理。FC高通濾波器后，濾波效果如下〔6kV系統短路容75MVA〕：諧波次數5711132325濾波前諧波〔A〕11.51560261613濾波后諧波〔A〕19.855.9625.6361.640.7750.62諧波電流允許值(A)2618129.85.65.111次的諧波電流得到了大幅度衰減，FC濾波支路會與3次、5次低次諧波產生確定程度的放大作用。SVG13SVG補償容量為〔FCII2I2I2I25711133QSVG21.353

U

317.3kVarSVGFC25次以下的各次諧波電流均限制在國標要求限值以下。6kVI6MVarSVG進展無功補償和諧波治理，能夠1313次以上的諧波電流假設超標將無3MVarSVG+4MVarFC的補償和諧波治理方案，能夠有效濾除25次以下的各次諧波電流。2〕6kVII段母線6kVII135次諧波超標最嚴峻。6MVarSVG13次以下的諧波完全濾除，由于13次以上諧波電流均很小，濾波后能夠保證25次以下的各次諧波電流滿足國標要求。3I23I2I2I2