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静止型动态无功补偿应用技术

摘要：无功补偿装置能提高矿井供电系统的功率因数，降低供电变压器及输电线路的损耗，提高供电效率，改善冲击性负荷对电网造成的不利影响，改善供电质量，提高企业经济效益，对提高矿井安全供电具有重要意义。

关键词：无功补偿；功率因数；晶闸管

1概述
煤矿大部分用电设备是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，单位为乏(var)。所谓的“无功功率”并不是“无用功率”，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器不能变压，交流接触器不会吸合。正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源索取无功功率，如果电网中的无功功率供应不足，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，就不能维持在额定情况下工作，造成端电压下降，从而影响设备的正常运行。
2无功补偿的意义
无功补偿在供电系统中所承担的作用是提高功率因数，降低供电变压器及输电线路的损耗，提高供电效率，改善供电质量。其的原理是把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路上，能量在两种负荷之间相互交换，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。实质就是把原来由电网提供的无功功率改为由交流电力电容器来提供。
煤矿井下供电系统和用电设备大部分是感性负载，在供电系统中会消耗大量的无功功率，降低系统的功率因素，造成线路电压损失加大和电能损耗增加。电力电子器件组成的电气自动化控制系统具有非线性和波形非正弦的特点，电源侧电流不仅含有基波，还包含丰富的谐波，电控系统在整个运行期间功率因数偏低(一般在0.2～0.8之间)。大功率用电设备启动时，无功负荷冲击大，电网电压会产生剧烈的波动，使电网的供电质量恶化，造成电机启动困难或烧毁。因无功电流的增大会引起供电线路、用电设备绝缘下降，老化，易造成漏电、短路等故障。
3无功补偿方式比较
3.1MCR型动态无功补偿装置
原理是三相饱和电抗器的工作绕组并联在电网上，通过改变饱和电抗器的直流控制绕组的励磁电流，改变铁心的饱和特性，从而改变工作绕组的感抗，达到改变其所吸收的无功功率的目的。缺点是控制回路时间常数大，超过0.2S，动态响应速度慢，运行噪音大，振动大，无功控制范围小，损耗大，应用少。
3.2高压TSC型SVC
设备由主回路和控制系统组成，主回路是一般由铁芯电抗器、电容器组和反并联低压晶闸管串联组成可投切的电容器组，反并联低压晶闸管作为投切开关；控制系统对功率因数进行检测，根据功率因数高低向晶闸管投切开关发出投切指令，从而起到提高功率因数的作用。缺点是响应时间超过一个周波，只能进行过渡投切，造成晶闸管和电容器寿命缩短或损坏，投切精度主要取决于电容器组的分组数量，数量较少的分组，其投切精度满足不了矿井供电系统补偿精度的要求。
3.3（TCR+FC）型静止型动态无功补偿装置（SVC）
(TCR+FC)静止型动态无功补偿装置为晶闸管控制电抗器+滤波装置控制方式。其特点具有平滑调节无功补偿容量、系统响应速度快，小于10ms，并能综合治理谐波，改善电压波动，精确度高，工作电流小，为供电系统电能质量综合治理取得了良好的效果，技术先进，在煤矿系统广泛应用。
4（TCR+FC）型静止型动态无功补偿装置(SVC)组成
（TCR+FC）型静止动态无功补偿装置（SVC）是由TCR和FC两部分组成，如图1所示。TCR为晶闸管串联电抗器装置，由控制系统实时跟踪负荷变化来改变晶闸管触发角，从而向系统提供实时可变的感性无功；FC向系统提供固定的容性无功并滤除母线上的各次谐波。容性无功和感性无功的相位相反，二者相加将改变无功变化量，从而达到抑制电压波动、提高功率因数等作用。

5（TCR+FC）型静止型动态无功补偿装置(SVC)原理
TCR型静止动态无功补偿装置是利用晶闸管相位控制，连续调节电抗器支路在一个工频周期中的接通时间，实现补偿无功功率动态连续调节。如图2所示，U为交流电压，Th1、Th2为两个反并联晶闸管，分别在电源电压的两个半周内导通。调节晶闸管的触发角α可以连续调节无功补偿电流的大小，而且晶闸管触发角α的控制范围为90°-180°。控制两个晶闸管在一定范围内导通，可控制电抗器流过的电流I和U的基本波形图，如图3所示。

i的基波电流有效值为：

V为相电压有效值；
ωL为电抗器的基波电抗（Ω）
因此，可以通过控制电抗器L上串联的两只反并联晶闸管的触发角α来控制电抗器吸收无功功率值。
6XX煤矿无功补偿容量计算
XX煤矿从1095m水平地面采用6KV高压向井下变电硐室供电，输送距离为4km，输电电缆采用MYJV3×95mm2矿用电缆，入井一次高压为6000V，二次低压为l140V，工作面总负荷3180KW