东滩煤矿供电系统无功补偿问题的分析与研究

王德强

（兖州煤业股份有限公司东滩煤矿，山东 邹城 273500）

1 引言

东滩煤矿35kV变电所是矿井的供电枢纽，以两回35kV级LGJ-240架空线路供电，分别引自上级罗厂变电所两段母线。矿内设有一座装机容量42000kW的东滩电厂，东滩电厂1#、2#联络线通过YJV22-26/35kV-3×300电缆经东滩煤矿35kV变电所35kV母线并网发电。35kV变电所另有1路35kV级馈电线路供铁东变电所。

35kV变电所35kV母线为单母线分段供电方式，采用12台室内35kV级8DA10型SF6充气柜。6kV母线采用单母线分两段供电方式，采用62台NXAirS型6kV真空开关柜。上述设备均可远程遥控。

35kV变电所现有SFFZ9-35/6.3kV双分裂绕组变压器共三台，2台20000kVA、1台16000kVA。正常时二台投入运行。

35kV变电所有6kV级主井谐波装置2套、SVC装置2套，上述设备的投运改善了矿井供电质量、提高了矿井供电能力。

正常情况下，矿井供电系统和铁东变电所的主要用电量来自东滩电厂。当电厂发电功率不能满足矿井和铁东变电所用电负荷时，矿井供电系统自济宁电网下载有功功率；当电厂发电功率大于矿井和铁东变电所的用电负荷时，剩余电量送至电网。同时，电网对矿井用电无功功率还起到平衡调节作用。

变电所主要地面负载有主井提升机（直流2×2935kW）、副提升机（直流2×1700kW）、压风机、风井通风机、选煤厂以及办公区和生活区生活用电等。其中主井提升机运行时的无功分量较高，单台无功分量为6M、短时峰值为7M；副井提升机运行时无功分量0.7M，短时峰值1M。

现有无功补偿装置实测运行总功率为-9200kvar，其中：H3=-4000kvar、H5+H7=-3000kvar（装于主井）、H11=-2200kvar。

2 实际运行情况的检测与分析

2.1 6kVⅠ段母线无功及功率因数检测与分析

系统电压5.89～6.26kV，负荷电流700～1400A。随着主井提升机的运行，系统电流、电压有较大的周期性波动。电压的波动幅值300V左右，电流的波动幅值520A左右，波动周期1.5min左右。

图1 Ⅰ段母线电压与电流曲线图

图2 Ⅰ段母线无功功率及功率因数曲线图局部放大

2.2 6kVⅡ段母线无功及功率因数检测与分析

系统电压5.96～6.28kV，系统负荷电流640～1120A。与Ⅰ段母线情况一样，Ⅱ段母线也存在周期性波动。电压的波动幅值350V左右，电流的波动幅值550A左右，波动周期1.5min左右，对系统的稳定运行有一定的不利影响。

图3 Ⅱ段母线电压及工作电流曲线图

图4 Ⅱ段母线无功功率及功率因数

无功功率的波动范围-1.8～6.5Mvar，功率因数波动范围0.85～1。由于系统内补偿装置的容量相对不足，加之TCR的跟随特性较差，Ⅱ段母线存在间歇性欠补和过补，过补容量在1.8M左右，对系统的安全运行有不利影响。

2.3 35kV侧有功、无功和功率因数检测与分析

（1）电厂1#联络线。有功功率：15.6～16.3MW，无功功率：4～6Mvar，功率因数：0.93～0.97，各项参数比较稳定。

（2）电厂2#联络线。有功功率：16.9～17MW，无功功率：4.6～7.6Mvar，功率因数：0.9～0.96，各项参数比较稳定。

（3）铁东线。有功功率：9.3～9.5MW，无功功率：3.9～4Mvar，功率因数：0.92～0.93，各项参数比较稳定。

（4）井下检修时段东滩Ⅱ线。向系统反送有功功率12～14MW，无功功率5Mvar，功率因数：0.92～0.94，各项参数比较稳定。

（5）井下生产时段东滩Ⅱ线。随主井提升机的工作，反送电网有功功率在1～8MW之间波动，随着有功功率的波动，功率因数在0.1～0.8之间波动。无功功率波动范围为4～7Mvar，波动量相对较小。

3 系统存在的主要问题

根据检测结果，结合东滩煤矿供电系统现有状况，分析得出系统存在的主要问题如下：

（1）由于主井提升机运行时的无功功率较大（约有6M，短时峰值为7M），当主井提升机运行时，现有补偿装置总容量不足，造成主变压器负荷功率因数在0.82～1之间频繁周期性波动。由于波动周期较短，变电所监控屏上显示系统功率因数接近1，其数值不真实，实际存在间歇性欠补和过补。

（2）6kV系统电压频繁周期性波动，波动幅值350V左右，波动周期1.5s左右。不利于系统的安全稳定运行，可能影响系统内用电设备的效率。

（3）现有的SVC系统服务年限长，设备老化。尤其是6kVⅡ段母线上的SVC跟随性能较差，随着主井提升机的间歇运行，Ⅱ段母线出现约2M的间歇性过补偿，对系统的安全稳定运行不利。

（4）由于矿井有功功率波动较大，有功功率又主要来自电厂，流经东滩Ⅱ线的有功分量很小，有时甚至为零，造成该线路上的功率因数在0.1～0.8之间波动，距电力部门要求的平均功率因数达到0.9以上的考核标准相差甚远。

（5）现有的无功补偿系统的调整检测点在主变压器的6kV侧，而35kV侧又有转供铁东变电所的1路线路和东滩电厂的2路并网线路，现有补偿系统无法实现对计量考核点处的功率因数调节。

4 解决办法

由于东滩35kV变电所进、出线路较多，加之主井提升机运行时产生的无功功率高，对系统的无功平衡冲击大，综合考虑各方面的因素，东滩煤矿采用2套6kV/6M的SVG无功补偿设备，以稳定6kV母线电压和提高功率因数为控制目标运行。当检测到主变压器35kV侧的功率因数较低时，需将6KVⅡ段SVG转为以35kV侧功率因数为控制目标运行，以提高35kV并网侧的功率因数，同时单台SVG无功补偿设备在以35kV侧的功率因数为调节目标运行时，也将兼顾6kV侧的电网电压。通过上述控制策略的实施和应用，基本解决了东滩煤矿供电系统无功补偿存在的问题。