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

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 2008 Wang Fang Xiong Mine hoisting system the application of high voltage reactive power dynamic compensation Non-ferrous metall

2、urgical design and research 2008，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 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，1990Wang Shi Zheng ,Power system operation control and dispatching automation Nanjing: Hohai University press, 1990 。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West

3、ern copper company, dynamic reactive power compensation device in the application of hoisting systemLibin LiangFuping DongLiLi (Bayinnaoer western copper co., LTD Linhe district of Inner Mongolia 015000)Abstract: HuoGeQi copper mine 3 # shaft hoisting system into use since the, Because the system is

4、 DC equipment,The speed regulating device is: the thyristor adopts the gate pole phase shift trigger control, Low speed operating system power factor is very low, The harmonic current is bigger, causing the grid voltage distortion, Lead to the occurrence of electricity tariff adjustment, while harmo

5、nic pollution of the power supply.The system adopts the MSVC-L type dynamic reactive power compensation and harmonic control device, improves the voltage quality, increases the power factor, and avoids the adjustment of electricity price, and creates economic benefits.Key words: DC speed control; El

6、ectric energy management; dynamic reactive power compensation; harmonic 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JKM3.5×6()E-(

7、HGQ)型摩擦式多绳提升机1台，直流电动机直联传动，主井提升首绳：32mm*6根；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12m3多绳底卸式箕斗：底卸式箕斗质量：18.95t,有效载重19.543t/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，

8、可实现全载全速、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 2007 Gong Qing Thyristor cutting technology and application of dynamic reacti

9、ve power compensation capacitor The grid technology 2007 。2）.主要参数直流电动机功率：2800KW；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

10、均功率因数COS： 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#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，来确定改造方案陈元招 磁控式动态无功补偿装置控制系统的分析与应用自动化技术与应用 2012Chen Yuan Zhao Magnetic control type dy

11、namic reactive power compensation device analysis and application of control system Automation technology and application 2012 。.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0kvar；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

12、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小时平均功率因数0.5。图1 直流提升机运行24小时三相无功变化曲线图Figure 1 DC hoist running 24 hours of three-phase reactive power change curve图2 直流提升机运行24小时平均功率因数图Figure 2 Dc 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

13、Based on the magnetic control reactor of the application of the reactive power compensation in coal mine Mining machinery 2011 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 Magnetic control reactor dynamic reactive power compensation deviceNorth China electric power university 2013 。主要谐波电流：3次谐波（国标值为3

14、4A），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16A），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。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 currents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 currents图5 直流提升机运行24小时11次谐波电流图Figure

15、 5 DC hoist running 24 hours 11 times the harmonic currents 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 governance and dynamic reactive power compensation techni

16、que discussed in this paper China science and technology review 2012。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 J

17、un、Liu Jin Jun and other harmonic suppression and reactive power compensation Beijing: Mechanical Industry Press, 1999。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

18、，并提高月平均功率因数至0.92及以上。郭鹏 高压静止型动态无功补偿装置的应用 企业技术开发月刊 2013 Guo Peng The application of high voltage static type dynamic reactive power compensation device Enterprise technology development issue 20132）.补偿装置容量计算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=2658×1.306=3471kvar-Qc为达到目标功率因数所需无功；-P为有

19、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）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 2003 Fan Shun,Han Shui Distribution network reactive power optimization and reactive power compensation device China electric power press 20

20、03 。3）.电容器电压的选择 3次电容器电压等级选择7.5/3KV，5次、7次电容器电压等级选择7.2/3KV。图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 change curve4）.电容器容量的计算安装容量计算如下： 5）.补偿滤波方案的确定MCR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，通过调节磁控电抗器

21、的磁饱和度，改变其输出的感性无功功率，中和电容器组的容性无功功率，磁控电抗器的控制精度1%，响应时间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 Xuan Zheng,Zhang Jin Yuan Harmonic harness and reactive compensation technologyChemical industry press 2009 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 2005Liang Qing Feng,Qi Feng Lin Reactive p

22、ower compensation and harmonic control method Electric drive automation 2005（补偿效果如图9）。从图9得出，MSVC-L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（Qc）-MCR实时输出容量（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，属柔性补偿，不会出现过补和欠补现象陈柏超，陈维贤 超高压可控电抗

23、器限压特性及谐波分析中国电机工程学报 1997Chen Bai Chao,Chen Wei Xian Ultra-high pressure controlled reactor pressure limiting characteristics and harmonic analysis Proceedings of the csee 1997；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刘翼 谐波的危害及对谐波污染的治理 低压电器;2007年16期Liu Ji

24、 The harm of harmonic and the control of harmonic pollution Low voltage electrical apparatus 2007 年 16 期2007 16 ，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MCR型SVC无功补偿兼滤波装置李宏生 矿井电力系统无功功率补偿技术的应用研究 华北电力大学（北京） 2011年Li Hong Sheng Application of reactive power comp

25、ensation technology in mine electric power system North China Electric Power University (Beijing) 2011 作者简介：第一作者： 李宾 1981年10月10日生 ；性别：男 毕业太原理工大学 电气工程及其自动化 大学学历， 电气工程师；从事矿山电气设备管理工作；第二作者：梁福平1970年；性别：男 毕业于甘肃工业大学，机电专业 大学专科学历， 电气工程师 ；获各琦铜矿机械动力部副主任，从事矿山电气设备管理工作；第三作者：董礼礼 1988年7月5日生；性别男 毕业于内蒙古河套大学矿山机电系，大学专科学历，高级维修电工，现从事矿山变配电工作。李宾、梁福平、董礼礼现供职于巴彦淖尔西部铜业有