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摘要：本文介紹了英威騰iSVG高壓靜止無功發生器在雞西某礦業電能質量控制上的的應用，分析了石墨生產工藝以及在石墨生產過程中負載對電網造成的影響，以及根據現場的負載情況制定的SVG方案和實際產生的經濟社會效益。

關鍵詞：英威騰iSVG；無功補償；諧波；電能質量

1　引言

隨著建設高產高效現代化礦井目標的實施，石墨礦自動化及信息化程度不斷提高，電力電子設備已經廣泛應用于石墨生產加工生產的各個環節。一方面石墨生產加工中大功率、非線性設備導致電網電能質量降低，另一方面石墨生產加工各種檢測控制設備對電能質量的要求越來越高，由此產生的矛盾越來越引起人們對石墨生產加工中電能質量問題的重視。

石墨生產加工供電系統中的球磨機、破碎機等負載的使用給電網帶來電壓波動和閃變、功率因數低、諧波含量超標等電能質量問題，這些都將嚴重危害供電系統和電氣設備的安全經濟運行。因此，解決好石墨生產加工供電系統的無功補償和諧波治理問題對于保證系統電能質量及安全運行、降低損耗、提高用電設備效率等具有重要意義。另外也會為企業節約電能、避免因功率因數低而造成罰款，給企業帶來經濟效益。

2　工況介紹

雞西某礦業公司是一家生產石墨的企業，主要負荷為高壓電機、低壓變頻電機和軟啟動電機。由于高壓電機、低壓變頻電機和軟啟動電機為非線性沖擊負荷，生產時不但產生諧波，而且還有無功沖擊。大量無功以及諧波電流的存在，既影響電網安全穩定運行，其自身用電也存在著安全隱患。

該公司有一條10kV進線，共有5臺變壓器和1臺高壓電機。其中，有3臺變壓器型號均為SC11-2000/10 ， 額定容量均為2000kVA，聯接組別均為Dyn11，額定電壓比均為（10.5±2×2.5%）/0.4kV；有1臺變壓器型號為SC11-630/10，額定容量為630kVA，聯接組別為Dyn11，額定電壓比（10.5±2×2.5%）/0.4kV；有1臺變壓器額定容量為400kVA。產線主要非線性負荷為高壓電機、低壓變頻電機和軟啟動電機。

圖1 雞西某礦業公司主接線示意圖

雞西某礦業公司主要非線性沖擊負荷高壓電機、低壓變頻電機和軟啟動電機設備引起的電能質量問題如下：

（1）未投入濾波及無功補償裝置的情況下，低壓變頻電機和軟啟動電機共同運行時產生的5、7、11次諧波電流值超出國家標準規定的10kV公共連接點的諧波電流注入允許值的要求。其中，5次諧波電流為15.9A（允許值為2.7A），7次諧波電流為7.3A（允許值為2.4A），11次諧波電流為2A（允許值為1.9A）；

（2）未投入濾波及無功補償裝置的情況下，主要沖擊負荷高壓電機啟動時引起的系統電壓波動值為7.8%，超出國標限值的要求（國標限值為3%）；

（3）未投入濾波及無功補償裝置的情況下，進線點（電力部門計量點）的功率因數值只有0.80。

3　石墨選礦生產工藝

3.1　石墨選礦方法

石墨的可浮性好，目前多用浮選法。浮選常采用FW、XJK型浮選機。產品脫水常采用各種離心脫水機或折帶式過濾機。產品分級多采用高方篩，少數采用平而搖動篩、旋回篩。

晶質鱗片石墨多采用粗精礦再磨再選的浮選流程，浮選工藝流程一般為多段磨礦、多段選別、中礦順序（或集中）返回的閉路流程，以便盡早選出大鱗片石墨。

隱晶質石墨晶體極小，石墨顆粒常常嵌布在粘土中，分離很困難。許多石墨礦山將采出的礦石直接進行粉碎加工。國內，通常都是直接粉碎成產品出售，流程隱晶質石墨選礦加工流程一般為：

原礦→粗碎→中碎→烘干→磨礦→分級→包裝

3.2　浮選簡介

浮選主要指泡沫浮選，是按礦物表面物理化學性質的差異來分離各種細粒的方法。將疏水的有用礦物粘附在氣泡上，親水的脈石礦物留在水中，從而實現彼此分離。

圖2 浮選工藝流程圖

3.3　本案選礦實例

該廠礦是我國細鱗片石墨的重要產地，年產石墨20000t。根據多年生產經驗，該礦采用4次再磨，6次精選的流程，最終產品品位為89~90％。

圖3 石墨礦選礦流程圖

表1 主要的石墨選礦設備表

4　無功補償對石墨生產以及該項目供電系統的影響

隨著本案石墨生產逐漸上軌道，供電系統非線性負荷的大量增加，對電網造成的干擾愈加嚴重和復雜，導致電網供電質量下降。主要是諧波污染與功率因數降低、電磁干擾。

4.1　無功功率補償

石墨生產加工企業中存在大量的感性電力負荷，自然功率因數較低，如不補償，提高系統功率因數，將造成如下不良影響：

（1）降低發電機的輸出功率，當發電機需提高功率無功輸出，低于額定功率因數運行時，將使發電機有功輸出降低。

（2）降低了變電、輸電設施的供電能力。

（3）使網絡電力損耗增加（網絡中的電能損失與功率值的平方成正比），如電機、變壓器、電力電纜等。

（4）功率因數愈低線路的電壓降愈大，使得用電設備的運行條件惡化。

可見，提高功率因數不僅對電力系統，而且對本企業的經濟運行有著重大意義。企業在考慮提高功率因數時，應采用靜止無功補償裝置，以提高電力系統的功率因數，改善供電質量。

4.2　電網諧波

諧波主要由諧波電流源產生：當正弦基波電壓施加于非線性設備時，設備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流因而發生了畸變，由于負荷與電網相連，故諧波電流注入到電網中，這些設備就成了電力系統的諧波源。

系統中的主要諧波源可分為兩類：（1）含半導體的非線性元件，如各種整流設備、變流器、交直流換流設備、PWM變頻器等節能和控制用的電力電子設備；（2）含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源，如日光燈、交流電弧爐、變壓器、發電機組及鐵磁諧振設備等。

工業企業供電系統中的高次諧波除來自外部電源，主要產生于企業自身非線性負荷用電設備，如大容量整流裝置、變頻器等。嚴重的諧波污染對供配電系統的電能質量造成了極大的危害，如：電流和電壓波形畸變；電壓波動及閃變加劇；功率因數降低；供、配、用電設備發熱嚴重，電網供電能力（容量）下降，用電設備的利用率降低；線路和變壓器損耗增加并加速老化；電子設備及控制系統受干擾而無法正常工作，繼電器誤動作。

5　項目實施方案

本案在雞西某礦業公司10kV母線安裝1套動態無功補償裝置，動態補償方案采用加裝英威騰iSVG系列高壓靜止無功發生器，iSVG補償容量為±3.5MVar，通過iSVG對整個系統進行集中補償，總補償容量為-3.5MVar～+3.5MVar，補償后功率因數可達0.95以上。同時低壓變頻電機和軟啟動電機共同運行時產生的各次諧波電流值均滿足國家標準規定的10kV公共連接點的諧波電流注入允許值的要求。

圖4 英威騰iSVG系列高壓靜止無功發生器電氣連接示意圖

主開關柜QF向iSVG系列高壓靜止無功發生器供電，英威騰iSVG裝置并聯在10kV母線側，對系統進行集中補償。整套無功補償裝置運行操作步驟如下：

（1）二次控制系統上電，觀察控制面板指示燈，此時指示燈均不亮，當前觸摸屏顯示QF、KM1、KM2均未合閘，iSVG為待機狀態；

（2） 用戶操作閉合用戶開關柜斷路器QF，將高壓電送至SVG裝置，當前觸摸屏顯示QF斷路器為閉合狀態，裝置仍處于待機狀態；

（3） 將控制柜面板上本地/遠程按鈕旋到本地狀態，點擊觸摸屏KM2閉合接觸器，主接觸器KM2閉合，觸摸屏顯示KM2閉合，裝置狀態提示充電中；

（4） 運行就緒等待時間到達后，設置運行就緒等待時間為12s，即12s后，就緒燈亮，裝置進入就緒狀態；若12s后就緒燈仍處于熄滅狀態且故障燈亮，則說明裝置有故障，需要排除故障后再啟機；

（5）確認就緒燈點亮后，點擊觸摸屏主界面運行按鈕；

（6）確認裝置運行指示燈點亮，裝置進入并網運行狀態。

5.1　系統二次回路控制方案

英威騰iSVG系列高壓靜止無功發生器控制系統具有就地監控方式和遠程監控方式（DCS遠程控制系統），兩種功能可以在操作面板上設定。在就地監控方式下，通過裝置上的觸摸屏顯示無功、電流、電壓等參數，可就地啟動、停止裝置，可以修改相關配置參數。

5.2　英威騰 iSVG系列高壓靜止無功發生器運行特點

（1）并網電流無沖擊

采用精確的電網同步技術和自勵啟動技術，并網電流無沖擊。

（2）矢量控制，響應速度小于5ms

對快速沖擊負荷和閃變具有更好的補償效果。

圖5 感性到容性電流階躍響應

（3）補償功能多樣化

具有無功補償、諧波補償、穩壓補償、三相不平衡補償等功能。

圖6 無功補償輸出電壓電流波形電力能源

6　效益分析

6.1　設備效益

（1）電能質量改善

使用iSVG高壓靜止無功發生器裝置對雞西某礦業公司整體10kV母線進行無功和諧波補償后，系統功率因數提高；低壓變頻電機和軟啟動電機共同運行時產生的各次諧波電流值均滿足國家標準規定的10kV公共連接點的諧波電流注入允許值的要求；高壓電機啟動時引起的系統電壓波動也滿足國標限值的要求。iSVG裝置投入運行后，大大的改善用戶電能質量，提高了用戶用電設備的使用壽命。

圖7 英威騰iSVG系列高壓靜止無功發生器投入使用前后現場電網電能質量對比

（2）減少工作量、無需專人值守

英威騰iSVG高壓靜止無功發生器是新一代無功補償裝置，iSVG自動采集系統電壓、電流信號，通過控制系統處理后計算系統所需的無功和諧波情況，最后發出；響應時間小于5ms；同時iSVG具有多達十幾種保護功能，可以確保整套裝置的安全性；無需專人值守、操作，裝置也可正常使用。

圖8 英威騰iSVG系列高壓靜止無功發生器現場圖片

6.2　經濟效益

（1）合規

雞西某礦業公司當地電能質量考核標準為功率因數0.90，未使用英威騰iSVG系列高壓靜止無功發生器，功率因數為0.80，用iSVG后，系統功率因數可達0.95，避免被罰款。

（2）電能質量達標獎勵

使用英威騰iSVG系列高壓靜止無功發生器后，系統功率因數可達0.95。按照國家標準月電費少交0.75%，且可獲得當地電網公司獎勵。

7　結束語

隨著國家對生產企業的供電網絡電能質量標準的進一步提高，而且響應“綠色，環保，低碳”的口號，為SVG產品的推廣提供了廣闊的應用前景。通過本方案分析，可以看到深圳市英威騰電氣股份有限公司iSVG系列高壓靜止無功發生器對于雞西某石墨生產企業系統供電系統的安全和經濟運行水平起到了很大的促進作用，它將能大大加強該石墨礦電網一次、二次系統的效能和可靠性，對保證電網安全穩定運行具有重大的意義。

參考文獻：

[1] 深圳市英威騰電氣股份有限公司. iSVG高壓靜止無功發生器說明書[Z].

[2] 董宗斌. SVG動態無功補償無功補償裝置在煤礦中的應用[J]. 水利采煤及管道運輸. 2010, 6.

摘自《自動化博覽》2020年9月刊