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摘要：本文介紹了英威騰iSVG高壓靜止無(wú)功發(fā)生器在雞西某礦業(yè)電能質(zhì)量控制上的的應(yīng)用，分析了石墨生產(chǎn)工藝以及在石墨生產(chǎn)過(guò)程中負(fù)載對(duì)電網(wǎng)造成的影響，以及根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)載情況制定的SVG方案和實(shí)際產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：英威騰iSVG；無(wú)功補(bǔ)償；諧波；電能質(zhì)量

1　引言

隨著建設(shè)高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井目標(biāo)的實(shí)施，石墨礦自動(dòng)化及信息化程度不斷提高，電力電子設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石墨生產(chǎn)加工生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。一方面石墨生產(chǎn)加工中大功率、非線(xiàn)性設(shè)備導(dǎo)致電網(wǎng)電能質(zhì)量降低，另一方面石墨生產(chǎn)加工各種檢測(cè)控制設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，由此產(chǎn)生的矛盾越來(lái)越引起人們對(duì)石墨生產(chǎn)加工中電能質(zhì)量問(wèn)題的重視。

石墨生產(chǎn)加工供電系統(tǒng)中的球磨機(jī)、破碎機(jī)等負(fù)載的使用給電網(wǎng)帶來(lái)電壓波動(dòng)和閃變、功率因數(shù)低、諧波含量超標(biāo)等電能質(zhì)量問(wèn)題，這些都將嚴(yán)重危害供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，解決好石墨生產(chǎn)加工供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理問(wèn)題對(duì)于保證系統(tǒng)電能質(zhì)量及安全運(yùn)行、降低損耗、提高用電設(shè)備效率等具有重要意義。另外也會(huì)為企業(yè)節(jié)約電能、避免因功率因數(shù)低而造成罰款，給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。

2　工況介紹

雞西某礦業(yè)公司是一家生產(chǎn)石墨的企業(yè)，主要負(fù)荷為高壓電機(jī)、低壓變頻電機(jī)和軟啟動(dòng)電機(jī)。由于高壓電機(jī)、低壓變頻電機(jī)和軟啟動(dòng)電機(jī)為非線(xiàn)性沖擊負(fù)荷，生產(chǎn)時(shí)不但產(chǎn)生諧波，而且還有無(wú)功沖擊。大量無(wú)功以及諧波電流的存在，既影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，其自身用電也存在著安全隱患。

該公司有一條10kV進(jìn)線(xiàn)，共有5臺(tái)變壓器和1臺(tái)高壓電機(jī)。其中，有3臺(tái)變壓器型號(hào)均為SC11-2000/10 ， 額定容量均為2000kVA，聯(lián)接組別均為Dyn11，額定電壓比均為（10.5±2×2.5%）/0.4kV；有1臺(tái)變壓器型號(hào)為SC11-630/10，額定容量為630kVA，聯(lián)接組別為Dyn11，額定電壓比（10.5±2×2.5%）/0.4kV；有1臺(tái)變壓器額定容量為400kVA。產(chǎn)線(xiàn)主要非線(xiàn)性負(fù)荷為高壓電機(jī)、低壓變頻電機(jī)和軟啟動(dòng)電機(jī)。

圖1 雞西某礦業(yè)公司主接線(xiàn)示意圖

雞西某礦業(yè)公司主要非線(xiàn)性沖擊負(fù)荷高壓電機(jī)、低壓變頻電機(jī)和軟啟動(dòng)電機(jī)設(shè)備引起的電能質(zhì)量問(wèn)題如下：

（1）未投入濾波及無(wú)功補(bǔ)償裝置的情況下，低壓變頻電機(jī)和軟啟動(dòng)電機(jī)共同運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的5、7、11次諧波電流值超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10kV公共連接點(diǎn)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(wú)功補(bǔ)償裝置的情況下，主要沖擊負(fù)荷高壓電機(jī)啟動(dòng)時(shí)引起的系統(tǒng)電壓波動(dòng)值為7.8%，超出國(guó)標(biāo)限值的要求（國(guó)標(biāo)限值為3%）；

（3）未投入濾波及無(wú)功補(bǔ)償裝置的情況下，進(jìn)線(xiàn)點(diǎn)（電力部門(mén)計(jì)量點(diǎn)）的功率因數(shù)值只有0.80。

3　石墨選礦生產(chǎn)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(jī)。產(chǎn)品脫水常采用各種離心脫水機(jī)或折帶式過(guò)濾機(jī)。產(chǎn)品分級(jí)多采用高方篩，少數(shù)采用平而搖動(dòng)篩、旋回篩。

晶質(zhì)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(zhì)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(jìn)行粉碎加工。國(guó)內(nèi)，通常都是直接粉碎成產(chǎn)品出售，流程隱晶質(zhì)石墨選礦加工流程一般為：

原礦→粗碎→中碎→烘干→磨礦→分級(jí)→包裝

3.2　浮選簡(jiǎn)介

浮選主要指泡沫浮選，是按礦物表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異來(lái)分離各種細(xì)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(shí)現(xiàn)彼此分離。

圖2 浮選工藝流程圖

3.3　本案選礦實(shí)例

該廠(chǎng)礦是我國(guó)細(xì)鱗片石墨的重要產(chǎn)地，年產(chǎn)石墨20000t。根據(jù)多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，該礦采用4次再磨，6次精選的流程，最終產(chǎn)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(shè)備表

4　無(wú)功補(bǔ)償對(duì)石墨生產(chǎn)以及該項(xiàng)目供電系統(tǒng)的影響

隨著本案石墨生產(chǎn)逐漸上軌道，供電系統(tǒng)非線(xiàn)性負(fù)荷的大量增加，對(duì)電網(wǎng)造成的干擾愈加嚴(yán)重和復(fù)雜，導(dǎo)致電網(wǎng)供電質(zhì)量下降。主要是諧波污染與功率因數(shù)降低、電磁干擾。

4.1　無(wú)功功率補(bǔ)償

石墨生產(chǎn)加工企業(yè)中存在大量的感性電力負(fù)荷，自然功率因數(shù)較低，如不補(bǔ)償，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，將造成如下不良影響：

（1）降低發(fā)電機(jī)的輸出功率，當(dāng)發(fā)電機(jī)需提高功率無(wú)功輸出，低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，將使發(fā)電機(jī)有功輸出降低。

（2）降低了變電、輸電設(shè)施的供電能力。

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

（4）功率因數(shù)愈低線(xiàn)路的電壓降愈大，使得用電設(shè)備的運(yùn)行條件惡化。

可見(jiàn)，提高功率因數(shù)不僅對(duì)電力系統(tǒng)，而且對(duì)本企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重大意義。企業(yè)在考慮提高功率因數(shù)時(shí)，應(yīng)采用靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，以提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善供電質(zhì)量。

4.2　電網(wǎng)諧波

諧波主要由諧波電流源產(chǎn)生：當(dāng)正弦基波電壓施加于非線(xiàn)性設(shè)備時(shí)，設(shè)備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流因而發(fā)生了畸變，由于負(fù)荷與電網(wǎng)相連，故諧波電流注入到電網(wǎng)中，這些設(shè)備就成了電力系統(tǒng)的諧波源。

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

工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)中的高次諧波除來(lái)自外部電源，主要產(chǎn)生于企業(yè)自身非線(xiàn)性負(fù)荷用電設(shè)備，如大容量整流裝置、變頻器等。嚴(yán)重的諧波污染對(duì)供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量造成了極大的危害，如：電流和電壓波形畸變；電壓波動(dòng)及閃變加劇；功率因數(shù)降低；供、配、用電設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)重，電網(wǎng)供電能力（容量）下降，用電設(shè)備的利用率降低；線(xiàn)路和變壓器損耗增加并加速老化；電子設(shè)備及控制系統(tǒng)受干擾而無(wú)法正常工作，繼電器誤動(dòng)作。

5　項(xiàng)目實(shí)施方案

本案在雞西某礦業(yè)公司10kV母線(xiàn)安裝1套動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方案采用加裝英威騰iSVG系列高壓靜止無(wú)功發(fā)生器，iSVG補(bǔ)償容量為±3.5MVar，通過(guò)iSVG對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中補(bǔ)償，總補(bǔ)償容量為-3.5MVar～+3.5MVar，補(bǔ)償后功率因數(shù)可達(dá)0.95以上。同時(shí)低壓變頻電機(jī)和軟啟動(dòng)電機(jī)共同運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的各次諧波電流值均滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10kV公共連接點(diǎn)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(wú)功發(fā)生器電氣連接示意圖

主開(kāi)關(guān)柜QF向iSVG系列高壓靜止無(wú)功發(fā)生器供電，英威騰iSVG裝置并聯(lián)在10kV母線(xiàn)側(cè)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集中補(bǔ)償。整套無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行操作步驟如下：

（1）二次控制系統(tǒng)上電，觀察控制面板指示燈，此時(shí)指示燈均不亮，當(dāng)前觸摸屏顯示QF、KM1、KM2均未合閘，iSVG為待機(jī)狀態(tài)；

（2） 用戶(hù)操作閉合用戶(hù)開(kāi)關(guān)柜斷路器QF，將高壓電送至SVG裝置，當(dāng)前觸摸屏顯示QF斷路器為閉合狀態(tài)，裝置仍處于待機(jī)狀態(tài)；

（3） 將控制柜面板上本地/遠(yuǎn)程按鈕旋到本地狀態(tài)，點(diǎn)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(tài)提示充電中；

（4） 運(yùn)行就緒等待時(shí)間到達(dá)后，設(shè)置運(yùn)行就緒等待時(shí)間為12s，即12s后，就緒燈亮，裝置進(jìn)入就緒狀態(tài)；若12s后就緒燈仍處于熄滅狀態(tài)且故障燈亮，則說(shuō)明裝置有故障，需要排除故障后再啟機(jī)；

（5）確認(rèn)就緒燈點(diǎn)亮后，點(diǎn)擊觸摸屏主界面運(yùn)行按鈕；

（6）確認(rèn)裝置運(yùn)行指示燈點(diǎn)亮，裝置進(jìn)入并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

5.1　系統(tǒng)二次回路控制方案

英威騰iSVG系列高壓靜止無(wú)功發(fā)生器控制系統(tǒng)具有就地監(jiān)控方式和遠(yuǎn)程監(jiān)控方式（DCS遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)），兩種功能可以在操作面板上設(shè)定。在就地監(jiān)控方式下，通過(guò)裝置上的觸摸屏顯示無(wú)功、電流、電壓等參數(shù)，可就地啟動(dòng)、停止裝置，可以修改相關(guān)配置參數(shù)。

5.2　英威騰 iSVG系列高壓靜止無(wú)功發(fā)生器運(yùn)行特點(diǎn)

（1）并網(wǎng)電流無(wú)沖擊

采用精確的電網(wǎng)同步技術(shù)和自勵(lì)啟動(dòng)技術(shù)，并網(wǎng)電流無(wú)沖擊。

（2）矢量控制，響應(yīng)速度小于5ms

對(duì)快速?zèng)_擊負(fù)荷和閃變具有更好的補(bǔ)償效果。

圖5 感性到容性電流階躍響應(yīng)

（3）補(bǔ)償功能多樣化

具有無(wú)功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償、穩(wěn)壓補(bǔ)償、三相不平衡補(bǔ)償?shù)?span style="text-indent: 2em;">功能。

圖6 無(wú)功補(bǔ)償輸出電壓電流波形電力能源

6　效益分析

6.1　設(shè)備效益

（1）電能質(zhì)量改善

使用iSVG高壓靜止無(wú)功發(fā)生器裝置對(duì)雞西某礦業(yè)公司整體10kV母線(xiàn)進(jìn)行無(wú)功和諧波補(bǔ)償后，系統(tǒng)功率因數(shù)提高；低壓變頻電機(jī)和軟啟動(dòng)電機(jī)共同運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的各次諧波電流值均滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10kV公共連接點(diǎn)的諧波電流注入允許值的要求；高壓電機(jī)啟動(dòng)時(shí)引起的系統(tǒng)電壓波動(dòng)也滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)限值的要求。iSVG裝置投入運(yùn)行后，大大的改善用戶(hù)電能質(zhì)量，提高了用戶(hù)用電設(shè)備的使用壽命。

圖7 英威騰iSVG系列高壓靜止無(wú)功發(fā)生器投入使用前后現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)電能質(zhì)量對(duì)比

（2）減少工作量、無(wú)需專(zhuān)人值守

英威騰iSVG高壓靜止無(wú)功發(fā)生器是新一代無(wú)功補(bǔ)償裝置，iSVG自動(dòng)采集系統(tǒng)電壓、電流信號(hào)，通過(guò)控制系統(tǒng)處理后計(jì)算系統(tǒng)所需的無(wú)功和諧波情況，最后發(fā)出；響應(yīng)時(shí)間小于5ms；同時(shí)iSVG具有多達(dá)十幾種保護(hù)功能，可以確保整套裝置的安全性；無(wú)需專(zhuān)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(wú)功發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)圖片

6.2　經(jīng)濟(jì)效益

（1）合規(guī)

雞西某礦業(yè)公司當(dāng)?shù)仉娔苜|(zhì)量考核標(biāo)準(zhǔn)為功率因數(shù)0.90，未使用英威騰iSVG系列高壓靜止無(wú)功發(fā)生器，功率因數(shù)為0.80，用iSVG后，系統(tǒng)功率因數(shù)可達(dá)0.95，避免被罰款。

（2）電能質(zhì)量達(dá)標(biāo)獎(jiǎng)勵(lì)

使用英威騰iSVG系列高壓靜止無(wú)功發(fā)生器后，系統(tǒng)功率因數(shù)可達(dá)0.95。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)月電費(fèi)少交0.75%，且可獲得當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)公司獎(jiǎng)勵(lì)。

7　結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)生產(chǎn)企業(yè)的供電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高，而且響應(yīng)“綠色，環(huán)保，低碳”的口號(hào)，為SVG產(chǎn)品的推廣提供了廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)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(wú)功發(fā)生器對(duì)于雞西某石墨生產(chǎn)企業(yè)系統(tǒng)供電系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平起到了很大的促進(jìn)作用，它將能大大加強(qiáng)該石墨礦電網(wǎng)一次、二次系統(tǒng)的效能和可靠性，對(duì)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2020年9月刊