山西潞安煤矿电压调节型无功补偿装置
一、项目概况
潞安煤焦集团王庄煤矿各生产矿井用电设备主要是通风、排水、提升、胶带运输和采掘机械，绝大部分为感性负荷，单机功率大。随着矿井生产系统的不断延伸，供电距离不断延长。由于受现场使用条件的限制．大功率用电设备不能采取无功就地补偿方式，供电系统自然功率因数低。潞安煤焦集团地面变电所全部采取集中无功补偿的方式．在35kV母线上各装一组容量相等、均衡配置的电容器组．人工手动整组投切电容器，不能根据系统用电负荷波动、无功补偿需求、功率因数和系统电压的变化适时调整供电系统的无功补偿容量．无法满足调节系统电压和保持功率因数的要求。国家实行分时电价结算政策后．各生产矿井为了减少电费支出。采取了早班整修、夜班满负荷生产的措施，除通风机外。排水、提升、胶带运输等主要大功率用电设备都集中在夜班(电网谷期)运行。由于白天电网峰期用电负荷小，夜间电网谷期用电负荷大，造成供电系统电压波动较大．甚至超出允许范围，曾出现系统过电压。造成部分高、低压开关控制元件烧坏，甚至部分用电设备无法正常运行。同时，由于王庄煤矿变电站规划时间早，空间有限，对于35kV分组电容器自动补偿无法满足占地要求。
二、选型分析
根据潞安焦煤集团王庄变电站的用电情况及分析，我们提出了使用我公司KVQC电压调节型无功补偿装置的方案，根据电压调节型无功补偿方式的特点，可得出此补偿方式为最佳补偿方案：
1、装置电容器固定接入，不采用投切电容方式调节无功，避免了电容投切瞬间的冲击，而是根据Q=2πfCU2改变电容器端电压来调节无功输出，满足系统无功出力要求；
2、可实现多达9级或16级无功调节，调节阶梯小；
3、无功在调节过程中无过电压产生，可以保证电容器安全，延长其使用寿命
4、可采用电容器低电压接入，有效降低电容器合闸涌流对系统及电容器本身的冲击
5、调压过程电容器并未脱离电网，无充放电过程，故无调节延时，可实现适时调节
6、装置辅助损耗小，仅为电容器容量的2‰左右
7、占地空间较相同级数的电容器分组投切方式的占地空间小50%以上
三、技术原理
3.1 系统结构
KVQC系统组成示意图
1. 隔离开关2.有载调压变压器3.避雷器4.熔断器5.放电线圈6.串联电抗器（可选）7.高压并联电容器
如上面原理图所示，系统主要组成部分有：
1)控制器：KWWB-3000型高压无功补偿控制器
2)调压装置：自耦变压器，有载调压分接开关，电动执行机构，档位控制器
3)电容器组：高压并联电容器，串联电抗器，放电线圈，熔断器，避雷器
4)开关：使用隔离开关，或断路器配和隔离开关
5)控制柜：仪表、指示灯、继电器、转换开关等
3.2 功能特点
a、使用新型电压无功补偿原理。
b、电压无功补偿与电容器保护一体化。
c、多种补偿控制方案，适用于不同接线形式,补偿控制与接线和运行方式的自适应。
d、控制器工作的稳定性及可靠性较高。
e、采用图形液晶，全中文显示菜单式人机交互；可实时显示各种运行状态及数据，信息详细直观，操作、调试方便。
f、可独立整定系统定值，定值区切换安全方便。
g、通信规约采用IEC-60870-5-103规约或MODBUS规约可选，设有双RS-485通信接口；组网经济、方便，可直接与微机监控或保护管理机联网通讯。
h、具有录波功能，装置记录保护跳闸前4周波，跳闸后6周波（每周波24点）的采样数据，保护跳闸后上送变电站自动化主站，也可以通过故障分析软件进行故障分析。
i、保护方式可以按照保护配置，出口设置方便灵活。
3.3 控制原理
电压无功综合控制原理按系统电压无功构成的九区图进行控制，电压上、下限可按GB12325-1990标准整定，以10kV为例，系统上限可为10.7kV，下限为9.3kV；无功以功率因数为判据，按要求110kV变电站COSΦ应不低于0.95，可为下限，上限为0.98，以不向系统倒无功为准。无功（COSΦ）九区图如下图所示：
1、2、3、4、5、6、7、8区为调节区，9区为运行区。
电压无功控制九区图
1区时：U<下限9.3kV，COSΦ<下限0.9，无功延时时间到，调节电压调节器，增大电容器无功出力，即COSΦ上升；若调节后有一项仍不满足要求，以“调第二项T”为延时调主变分接头，升电压。
2区时：U满足要求：COSΦ<下限0.9；升无功延时时间到，调节电压调节器，升无功，此时主变分接头不动作。
3区时：U>10.7 kV，COSΦ<下限0.9；降电压延时时间到，调主变分接头，减小电压，若调节后有一项仍不满足要求，以“调第二项T”为延时调电压调节器，升无功。
4区时：U>10.7 kV， COSΦ满足要求；降电压延时时间到，调主变分接头，减小电压，此时电压调节器不动作。
5区时：U>10.7kV，COSΦ>上限0.98时，降无功延时时间到，调节电压调节器，减小无功，调节后有一项仍不满足要求，以“调节二项T”为延时调主变分接头，降电压。
6区时：U满足要求：COSΦ>上限0.98时；降无功延时时间到，调节电压调节器，减小无功出力，此时主变分接头不动作。
7区时：U <下限9.3kV,COSΦ>上限0.98；降无功延时时间到，调节电压调节器，减小电容器无功出力，若调节后有一项仍不满足要求，则以“调节二项T”为延时调节主变分接头，升电压。
8区时：U<下限9.3kV，COSΦ满足要求，升电压延时时间到，先调节主变分接头，升电压。若调节后有一项仍不满足要求，以“调第二项T”为延时调电压调节器，强行增加无功。
控制器调节原则：保证供电电压在允许的变动（整定值）范围内的前提下，充分调节控制无功补偿控制器，实现电网无功功率就地平衡。
四、应用效果分析
4.1 投运时间：2008年6月
4.2 供电电压质量提高
王庄煤矿在电压调节式高压无功自动补偿技术应用前。35kV供电系统电压不稳定。早班用电低谷期电压最高达到39.2 kV．多次造成井下使用的某品牌低压开关电源模块烧坏。拉切原有固定投入的分组电容器，35kV供电系统电压稍有下降，但系统电压仍然偏高，影响供电系统安全和设备安全运行。该技术应用后．35kV供电系统电压一直稳定在35.8-36.7 kV之间．系统电压非常稳定。未再出现过电压烧坏低压开关电源模块现象。我司KVQC电压调节式高压无功自动补偿技术后．35kV供电系统电压得到了明显改善，未出现供电系统过、欠电压现象。
4.3 功率因数提高
王庄煤矿在应用KVQC电压调节型高压无功自动补偿技术前．系统功率因数最低时只能达到0.8．高时达到0.92。电压调节型高压无功自动补偿技术应用后，35kV供电系统功率因数早班用电低谷期达到0.98．夜班用电高峰期达到0.92以上。平均功率因数达到0.95以上。王庄煤矿35kV供电系统的平均功率因数由原来的0.86提高到现在的0.95。
4.4 节电效益明显
王庄煤矿110 kV变电所应用电压调节型高压无功自动补偿技术后．一年可节电200万kwh，节约电费支出113.2万元，技改投资一年即可收回，达到了预期效果。
附图：
