论文导读：电网的无功补偿从补偿的目的来看,可以分为系统补偿和负荷补偿。将接触器投切电容器(MCC)、接触器投切电抗器(MCR)、自饱和电抗器(SR)、晶闸管投切电容器(TSC)、晶闸管投切电抗器(TSR)、晶闸管控制电抗器(TCR)七种都列为静止型无功补偿器(SVC)设备。
关键词：无功补偿，谐波治理，TCR
1前言
煤矿供配电系统中应用了很多电力电子装置，这些装置构成了整流电路、逆变电路、直流斩波电路等。发表论文，TCR。在这些装置运行的过程中，产生了大量的谐波，对供电系统的电能质量造成了危害。此外，在煤矿井下供配电系统中还存在大量的感性负荷,如三相异步电动机和变压器，这些感性负荷在配电系统中消耗大量的无功功率来维持电机所需的励磁电流和励磁转矩，降低了系统的功率因数，造成线路电压损失加大和电能损耗增加。解决这些问题的方法就是进行无功功率补偿,即在系统中采用固定安装或自动投切方式接入并联电容器等容性设备,这些设备可以补偿感性负荷所消耗的部分无功功率,减少无功功率潮流在电网中的流动,从而降低线路电能损耗,提高系统功率因数,改善电网运行条件。
2无功补偿的作用
降低电压损失,改善电压质量。影响电网电压损失的因素有四个：线路有功功率,无功功率,电阻和电抗。按照它们之间的物理关系，采用补偿电容器提高功率因数后,电压损失减少。减少线路和变压器损耗。线路功率损耗与功率因数成反比,功率因数越高, 线路功率损耗越小。变压器损耗中,铁损与负荷无关,铜损与负荷率的平方成反比。当输出功率恒定时功率因数越高，变压器铜损越小。减少用电费用。发表论文，TCR。按照功率因数调整电费的规定,随着功率因数的提高,电费将降低;另外,提高功率因数，电耗减少,也将减少电费。
3无功补偿方式比较
电网的无功补偿从补偿的目的来看,可以分为系统补偿和负荷补偿。系统补偿为了提高输电网的传输容量,改善电网的稳定性;负荷补偿为了提高系统的功率因数和供电质量,减少线损等。煤矿配电网常用的无功补偿方式有：就地无功补偿、分散无功补偿和集中无功补偿。就地无功补偿采用并联电容器直接装于用电设备附近,与电动机供电回路相并联,常用于低压网络。它使用晶闸管或机械开关作为投切开关,通过就地电压传感器控制而自动投切电容器。运行时电机所需的无功负荷由电容器就地供给,能量交换距离最短,可最大限度降低线路电流。由于在线路相同情况下,线路损耗与电流平方成正比，因此,电容就地补偿,节电效果最好。发表论文，TCR。集中无功补偿采用在变电站降压变压器母线侧安装高压并联电容器组,其优点是有利于控制电网电压水平,且易于实现自动投切,利用率高,维护方便,能减少电网、变压器及供电线路的无功负荷和电能损耗,但不能减少电网内部各分支线路的无功负荷和电能损耗。
4 几种典型补偿设备比较
根据国际相关会议分类，将接触器投切电容器(MCC)、接触器投切电抗器(MCR)、自饱和电抗器(SR)、晶闸管投切电容器(TSC)、晶闸管投切电抗器(TSR)、晶闸管控制电抗器(TCR)七种都列为静止型无功补偿器(SVC)设备。目前，在国内国外煤矿供配电中，主要采用TCR+FC型的SVC设备，即晶闸管控制电抗器加滤波兼无功补偿设备。
4.1 TCR型静止型动态无功补偿装置(SVC)
TCR+FC型SVC设备由TCR和FC两部分组成，FC向系统提供固定的容性无功并滤除高压母线上的各次谐波；TCR为晶闸管串联电抗器装置，由控制系统实时跟踪负荷变化来改变晶闸管触发角从而向系统提供实时可变的感性无功。FC是直挂于高压母线下多组固定不变的滤波器，其滤波阻抗曲线固定不变，能将负荷变化过程产生的谐波有效滤除，达到规范要求。TCR能快速跟踪负荷变化。TCR+FC型SVC设备动态部分为采用的是晶闸管相控电抗器，SVC设备采用专用算法及DSP控制芯片等专有技术，可以保证SVC动态部分的响应时间小于lOms，并且是平滑调节，足够满足负荷动态无功补偿快速、精确的要求。由于SVC设备直接安装在高压侧，工作电流小。按统计数据，TCR型SVC设备的平均损耗为设备补偿容量的0．2％--0．3％。此外，TCR+FC型SVC通过调节晶闸管的触发角来改变TCR的无功输出，而TCR触发精度可以小于0．1电角度，所以可以得到线性平滑的无功输出。TCR+FC型SVC设备广泛应用在电力系统、冶金、煤矿、电气化铁路等行业。
4.2 MCR型动态无功补偿装置
MCR型动态无功补偿装置将三相饱和电抗器的工作绕组并联在电网上，通过改变饱和电抗器的直流控制绕组的励磁电流，借以改变铁心的饱和特性，从而改变工作绕组的感抗，达到改变其所吸收的无功功率的目的。MCR型动态无功补偿装置控制回路时间常数大，动态的响应速度慢。可控电抗器在额定负载时，铁芯工作在磁饱和区域，在这种结构下，磁饱和时的边缘效应显著，由于磁阀交替饱和，在磁阀附近铁芯区域存在较大的横向磁场分量，因此增加了电抗器铁芯和绕组的附加损耗，约为4％--7％。如电抗器部分投入，电抗器与负荷产生的谐波将同时出现。MCR型SVC设备技术落后，损耗大，应用很少。客观来看，自饱和电抗器或者可控饱和电抗器的出现是受限于当时的控制技术、光学技术，特别是电力电子技术的发展水平。
4.3 高压TSC型SVC
该设备由主回路和控制系统组成，主回路是一般由铁芯电抗器与电容器组和反并联低压晶闸管串联组成可投切的电容器组，反并联低压晶闸管作为投切开关；控制系统对功率因数进行检测，根据功率因数高低向晶闸管投切开关发出投切指令，从而起到提高功率因数的作用，其理论上响应时间为30ms，超过一个周波。TSC型SVC设备，动态部分为晶闸管投切电容器组，由于实际中电网电压在不断变化，电容器也在不断放电，所以无过渡投切是不可能的，只能是有过渡投切，有过渡投切最终造成晶闸管和电容器寿命缩短或损坏，工程中为了避免设备损坏，一般采用放电电阻对电容器组进行放电，待电容器组放电结束后再投入。发表论文，TCR。TSC型的电容器组的重新投入时间约在数百毫秒，这远不能满足快速补偿的需要。
4.4 自动投切并联电容器组
并联电容器组是最早出现的静止型无功补偿方式，因其结构简单等特点而得到了广泛的应用，一般的并联电容器组都是应用在负荷较为平稳的场合，由手工进行投切，每天的投切次数不超过lO次。发表论文，TCR。自动投切并联电容器组则根据系统所需无功自动进行投切操作，其投切次数可达每天数十次，甚至数百次。发表论文，TCR。由于刚切除后的电容器组，需待放电完全后才能再次投入，因此至少需要数十秒以上的等待时间。此外，由于只有并补电容器和串联电抗器产生损耗，因此损耗非常小，约在0．1％左右。自动投切并联电容器组不产生谐波电流，并且由于三相完全平衡，因此不能改善不平衡度。综上所述，TCR型SVC用在煤矿直流提升机系统具有良好的补偿效果,既可以补偿大量的无功功率,也补偿了由于以阻感性为负载的整流电源产生的谐波。
5 结论
通过对国内外无功补偿方式及装置的比较，分析了其适用于煤矿供配电设计中谐波抑制和无功补偿的合理性和可能性。在煤矿供配电设计中，正确的选取无功补偿方式及补偿装置，对平衡系统中用电设备所需的无功功率,调节功率因数,改善配电网电能质量至关重要。
参考文献：
[1]靳龙章.丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].北京：中国水利水电出版社，1997.
[2]师学鹏.无功补偿装置在煤矿供配电系统中的设计与运用，山东电力技术，2006.4.
[3]刘芳霞.煤矿电力系统中无功补偿的研究.电气技术与自动化.2009.2
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