MSVC-L型动态无功补偿装置在西部铜业提升系统的应用-最终发表版要点

1、MSVC-L型动态无功补偿装置在西部铜业提升系统的应用李宾梁福平尹冬梅董礼礼(巴彦淖尔西部铜业有限公司，内蒙古 临河区015000)摘要：获各琦铜矿3#主井提升系统投用以来，由于系统是直流 设备，调速装置为晶闸管采用门极移相触发控制，低速时系统的功率因数很低，谐波电流较大，引起电网电压畸变，导致力调电费的产 生，同时谐波污染了电源。系统采用了 MSVC-L型动态无功补偿兼谐 波治理装置后，改善了电压质量，提高了功率因数，并避免力调电费 的产生，创造了经济效益。关键词：直流调速；电能治理；动态无功补偿；谐波装置Wester n copper compa ny, dyn amic reactive

2、 powercompe nsati on device in the applicati on of hoist ing systemLib in Lia ngFup ingDon gLiLi(Bayinnaoer western copper co., LTD Linhe districtof Inner Mo ngolia 015000)Abstract: HuoGeQi copper mi ne 3 # shaft hoist ing systeminto use si nee the, Because the system is DCequipme nt,The speed regul

3、ating device is: the thyristor adopts the gate pole phase shift trigger con trol,Low speed operat ing system power factoris very low, The harm onic curre nt is bigger, caus ing the grid voltagedistortion,Lead to the occurrenee of electricitytarffadjustment,while harmonic pollution of the powersupply

4、.The system adopts the MSVC-Ltype dynamic reactive power compe nsati on and harm onic con trol device, improves the voltage quality,in creases the power factor, and avoids the adjustme nt of electricity price, and creates econo mic ben efits.Key words: DC speed con trol; Electric en ergy man ageme n

5、t;dyn amic reactive power compe nsati on; harm onic device 引言获各琦铜矿隶属于巴彦淖尔西部铜业有限公司，是内蒙古巴彦淖尔市支柱采矿企业。矿区位于内蒙古巴彦淖尔市乌拉特后旗境内，获各琦铜矿3#主井为一号矿床铜矿体深部主井(主要提升1520m标高至 1000m标高之间9个中段的矿岩)。主井采用双箕斗提升方式，矿石 提升量：6060t/d，提升高度：1089.25m。井下破碎后的矿石经由950m 计量装矿水平提升至2000m地表，卸入主井井塔内的箕斗卸载转运矿 仓中。设计选用JKM 3.5 X 6(皿)E-(HGQ)型摩擦式多绳提升机1台，

6、 直流电动机直联传动，主井提升首绳：32mm*6艮;平衡尾绳48mm*3 根；导向轮直径：3000mm钢丝绳包角188.4135。；钢丝绳最大静张 力665.890KN;钢丝绳最大静张力差189.529KN;提升速度:10m/s。 小时提升能力355t/h。提升容器选用12m多绳底卸式箕斗：底卸式箕斗质量：18.95t, 有效载重19.543"次，提升机房配置在2000m地表上的井塔内，机 房面积：17.5m*15.5m，机房内设50t起重机1台，作检修设备用。一、系统简介1) . 3 #主井直流提升机电控系统采用西门子 PLC配6RA70直流 调速装置串联12脉动直流系统，可实现全

7、载全速、全载半速切换运 行。主回路采用晶闸管变流器，将交流电源整流为直流电源对负载供 电。运行方式为磁场恒定，电枢可逆，两组6串联为12脉动运行，存在6脉单独运行情况。控制系统设有规范要求的各种保护功能。本系统调速特点：响应速度快，调速范围宽，动态特性精度高，低速运行 时稳定性好，系统属于无级调速，能够实现重载和空载平稳起停。缺 点：低速运行时功率因数很低，谐波电流较大，引起电网电压畸变。2) .主要参数直流电动机功率：2800KV；电压 DC 1000V;电流：3110A 励 磁电压：DC:220V;励磁电流：72.1A;额定转速：54.6r/min最大提升速度:10m/s ;高压交流供电由

8、毕其尔35KV变电站一段和二段母线614、624双回路供电；电压等级：6KV二、改造前的运行状况1）.3#主井提升系统于2013年01月份完成调试并投入生产。经 过这几年地运转，系统运行基本正常，但功率因数较低。经过动力车 间能源数据统计，2014年01月至12月份3#主井提升机系统月平均 功率因数CO：0.42 （614、624回路）；年有功电量：237.83 万kwh;年无功电量：707.75万kvarh。年力率调整电费：125.8万 元（功率因数低于0.9后供电局按照比例收取的费用）。2）.系统运行工况测定为了更好地掌握该系统供电无功变化及谐波情况， 技术人员会同 专业厂家对获各琦铜矿3

9、#直流提升机供电系统进行了测量，并以此为 基础参考数据，确定MSVC-L型SVC在获各琦铜矿3#主井直流提升机 供电系统中的容量，来确定改造方案 。 .无功功率趋势趋势图中电源侧无功功率的变化没有明显时间规律。从图1中可看出：24小时无功最小值为 Okvar; 24小时最大值为7800kvar; 24 小时平均值为3000kvar; 24小时99%概率值为6800kvar。在直流提 升机启动瞬间和减速的时候更小， 而且变化周期很短，系统母线无功 趋势（见图1）,其变化部分主要是由直流提升机调速造成的，当直 流提升机启动及低速爬行时功率因数趋于零，等速运行后也只有0.5 , 从图2中可看出24小

10、时平均功率因数0.5。超势图事件左 2014 09 Qd 08:53116.OTQ3 / 14EtvYlw k IC X Uir 1MT：3Ii-|m：F：e.趋势图5 / 1499%-0.67400.9672X/Ay a图2直流提升机运行24小时平均功率因数图Figure 2 De hoist run 24 hours average power factor .谐波水平系统的主要谐波为供电整流设备及提升机直流电机调速造成的主要谐波电流：3次谐波（国标值为34A）,见图3（ 3次谐波电流）； 7次谐波最大值超标（国标值为 24A）,见图4（7次谐波电流）；11 次谐波最大值超标（国标值为16

11、A），见图5（ 11次谐波电流）。从提升机24小时测试中得出电流波形严重畸变最理'平均蜩A! HC030-2Q0Ift Y332Z 40BI0.142445.48&.16S24.22CI f030.G370147.209. 58925. 90图3直流提升机运行24小时3次谐波电流图Figure 3 DC hoist running 24 hours 3 times the harmonic curre ntsW4 Pl S 204/IB-fl* 0S：D3!lfi.AI0. 03j54j/ 908. .S57BI HG0?0. 07820醯509.540CI 107(?. 05

12、1S743.39&倾21 SGSU1X圣期六图4直流提升机运行24小时7次谐波电流图Figure 4 DC hoist running 24 hours 7 times the harmonic£wTlh l ic x uir iuw:>fc-i呈Jfl五iSSAcurre nts趋势图W4 Pl 在 204/09'Off U8：o3!lft. WJO碌99XAI HG110. 2217IS. 62P.预BI HG110. 07733IS. 199.323出93CI HG110.症918. 03A 392图5直流提升机运行24小时11次谐波电流图Figure 5

13、 DC hoist running 24 hours 11 times the harmonic curre nts由上以测试可见，3#主井直流提升机供电系统谐波 3次、7次、11次均超标，高次谐波流经电气设备时易发热，影响电气设备的绝缘， 降低设备的寿命，影响电气设备的安全运行；功率因数很低，降低了 设备的利用率，并需要交纳大量的力调电费，增加生产成本 。三、无功补偿滤波方案由测试数据及运行工况分析，由于本提升系统为2组6脉整流串 tTtsiT e u.K>aiB:tmvx上趋势图联为12脉运行，理论谐波组成为7次、11次及以上谐波，故5次谐 波不存在超标情况。但存在1组6脉故障时，由

14、单组6脉整流提供电 源，此时，主要谐波组成为5次、7次谐波；另由于7次及以上滤波 通道投入系统时，防止低次（5次）谐波被放大，故在考虑设计滤波 装置时，应考虑设置5次滤波通道。由于空间的限制，11次谐波超标较小，滤波次数设置为 3次、5 次、7次兼高通滤波支路。7次兼高通滤波支路滤除7次及以上谐波。1）.补偿功率因数确定系统为晶闸管直流供电系统，调速是晶闸管采用门极移相触发控 制调速。导致了功率因数偏低，并产生大量谐波，谐波量超出国标要 求，需在3#主井直流提升机供电系统6KV母线侧安装一套无功补偿兼 滤波装置，降低系统谐波值至国标要求范围内，并提高月平均功率因数至0.92及以上。2）.补偿装

15、置容量计算3#主井直流提升机系统6KV进线侧达到目标功率因数（0.92 ）所 需无功计算：Qc=P< K=2658X 1.306=3471kvar-Qc为达到目标功率因数所需无功；-P为有功测试图7中15:00有功功率，详见下图7;-K为功率因数测试图2中15:00功率因数（0.5 ）;达到目标功率因数0.92所需的补偿系数，查表可得K值为1.306 ;经过验算，在负荷最大值和最小值时，此补偿容量均能满足功率 因数为0.92的要求（验算过程在此不再赘述）。3）.电容器电压的选择3次电容器电压等级选择7.5/ V3KV 5次、7次电容器电压等级选择7.2/ V3KV。4171X/As/a图

16、6直流提升机运行24小时三相有功变化曲线图Figure 6 DC hoist running 24 hours three-phase active power cha nge curve4) .电容器容量的计算 安装容量计算如下：U 27 22Q安二 QC2 = 34712 = 3471 1.306 = 4533k var 4500k varUn6.35 ）.补偿滤波方案的确定MCF型无功补偿兼滤波装置工作原理：MCR型SVC-基于磁控电抗器（MCR技术的静止型动态 无功补偿装置。由滤波补偿支路和磁控电抗器（简称 MCR并联支路组成（如图8）。装置利用直流励磁原理，采用小截面磁饱和技术， 通

17、过调节磁控电抗器的磁饱和度， 改变其输出的感性无功功率，中和11 12电容器组的容性无功功率，磁控电抗器的控制精度w 1%响应时间w 100ms,可实时跟踪系统无功变化，实现无功功率的实时连续可调（补偿效果如图9）7 / 14从图9得出，MSVC-基于磁阀式可控电抗器（MCR技术的静止型动 态无功补偿装置，由固定补偿兼滤波支路和磁控电抗器（简称 MCR 并联组成。实际补偿容量=电容器组基波总补偿容量（ Q© -MCRt时 输出容量（QL）。优点：无需投切电容器组，同时兼顾谐波治理及无功补偿；响应时间快，可达100ms以内；整套装置无运动部件，无涌流，不会引发电网波动；为无级调节系统，

18、属柔性补偿，不会出现过补和欠补现象13；由于系统负荷变化较快，且有大量谐波存在，MSVC-L系统组成的在线动态补偿兼谐波治理设备不需要投切补偿滤波支路，每一个 支路都工作在系统电网之内，实时有效滤除系统中存在的特征谐波 14，效果明显；当系统所需补偿无功功率较小时，由磁控电抗器来吸 收电容器过补偿的容性无功，整个系统无功功率不过补；响应时间 很短，适合速度变化大的提升机工况使用。故本次改造采用MCF型SVC无功补偿兼滤波装置15。四、系统MSVC-1配置一次图及容量通过计算，在 3#主井直流提升机6KV系统进线侧安装一套4500kvar的6KV磁控电抗器（MCR动态无功补偿兼滤波装置，并联 电

19、容器组设计为3次滤波支路（1500kvar）、5次滤波支路（1200kvar）、 7次兼高通滤波支路 （1800kvar） ，MSVC-L容量配 4500kvar，从 04500kvar感性连续可调，无功补偿及滤波一次方案见图8。6kY3* ： A P4 RI Fl3横穗波支路歇植渡支路丁挨兼高通號液支路磁控电抗器支路（«CR）3#主井IBOOkvar1200kvarISOOkvar4500kvar图8主井直流提升机无功补偿及滤波一次图Figure 8the main shaft hoist DC reactive powercompensation and filtering a

20、graph鮒ar）l图9 MSVC-L补偿运行图Figure 9 MSVC-L compe nsati on run chart五、改造后的效果1 ）滤波效果IB .9：_.I.VH *Il 00g*忡更曲（饗口 l3 Jt 44 IK竜#、AI闷？2.08019.86丹咖2.53?IS. 53C7脑亲0. QS939阳4Al /G07岳71819. 7/BI HGQFO. 4Q17J77 /G07j. 513IS 19Al0. 1594.12. 85BI UGll&测CI HG1I0. 3765OB图10改造后谐波电流含量图Figure 10 After tran sformi ng

21、 harm onic chart2）补偿效果根据供电局提供的数据，月平均功率因数可达到0.94。结束语MSVC-L型 SVC动态无功补偿兼谐波治理装置自2014年12月份在获各琦铜矿3#千米主井直流提升机供电系统投运以来， 装置运行良 好，技术可行，节能效果显著。这有效地将系统功率因数提高到 0.92以上，月平均功率因数达到0.94 ;降低了系统中的谐波含量，使系统的3次谐波电流值降低到20A以内，7次谐波电流值降低到了 20A 以内，11次谐波电流值降低到14A以内，其特征谐波电流值均达到 国家标准要求范围内，并每年可节约力率调整电费125.8万元以上，同时提高了系统的输变电设备的传输能力，

22、使矿井提升设备和电网在安全、稳定、可靠、节能的工况下运行。本装置在矿山直流提升机供 电系统技改中有着广阔的推广应用前景。参考文献：Refere nee: 王方雄矿山提升系统高压无功动态补偿的应用有色冶金设计与研究2008Wan gFa ng XiongMine hoisti ng system the applicatio n ofhigh voltage reactive power dyn amic compe nsatio nNon-ferrous metallurgical desig n and research 2008 王士政，电力系统运行控制与调度自动化南京：河海大学出版社，1

23、990Wan gShi Zheng ,Power system operatio n con trol and dispatchi ng automatio n Nanjing: Hohai Un iversity press, 1990 巩庆晶闸管投切电容器动态无功补偿技术及其应用电网技术 2007Gong Qi ng Thyristor cutt ing tech no logy and applicati onof dyn amic reactive power compe nsati on capacitorThe grid tech no logy2007 陈元招磁控式动态无功补偿装

24、置控制系统的分析与应用自动化技术与应用2012Che n Yuan ZhaoMagn etic con trol type dyn amic reactivepower compensation device analysis and application of control systemAutomati on tech no logy and applicati on 2012 屈有哲 基于磁控电抗器的无功补偿在煤矿中的应用矿山机械2011Qu You Zhe Based on the magn etic con trol reactor of the11 / 14applicatio

25、n of the reactive power compe nsati on in coal mineMining machinery2011 赵士硕磁控电抗器动态无功补偿装置研究华北电力大学2013Zhao Shi Shuo Magn etic con trol reactor dyn amic reactivepower compe nsatio n deviceNorth Chi na electric power uni versity2013 蔡献民电网谐波治理及动态无功补偿技术的探讨中国科技博览2012Cai Xian Min Power grid harmonic governa

26、nce and dynamic reactive power compensation technique discussed in this paper China scie nee and tech no logy review 2012 王兆安、杨君、刘进军等谐波抑制和无功功率补偿北京：机械工业出版社，1999Wang Zhao An Yang Jun、Liu Jin Jun and other harmonic suppression and reactive power compensationBeijing:Mecha ni cal In dustry Press, 1999 郭鹏

27、高压静止型动态无功补偿装置的应用企业技术开发月刊2013GuoPeng The applicationof high voltage static type dynamicreactive power compe nsati on deviceEn terprise tech no logy developme nt issue2013 苑舜，韩水 配电网无功优化及无功补偿装置中国电力出版社2003Fan Shu n,Han ShuiDistributio n n etwork reactive poweroptimizati on and reactive power compe nsati on deviceChina electric power press 200311张选正张金远谐波治理与无功补偿技术问答化学工业出版社 2009Zhang Xua n Zhen g,Zha ng Jin YuanHarm onic har ness andreactive compe nsati on tech no logyChemical in dustry press 200912梁庆峰，戚风林无功补偿及谐波治理方法浅谈电气传动自动化2005Lia ng Qing Fen g,Qi Feng