摘要：电能质量的好坏，直接影响工业产品的质量和公司效益。本文针对神华准能集团公司发电厂机组关停后，公司电能质量下降问题，经过反复研究和论证，对造成该问题的原因进行了比较详细的分析，并根据本公司实际情况提出了几种比较可行的改造方案，取得了比较好的效果。
关键词：准能集团；电能质量；改造
Study on improving the quality of power supply for Zhun Neng Group Company
Abstract：The quality of power quality directly affects the quality of industrial products and the efficiency of the company. This paper aimed at shutting down the power plant Shenhuazhunneng Corporation，the company reduced the power quality problems，after repeated research and demonstration of the cause of the problem is analyzed in detail，and put forward some feasible improvement scheme according to the actual situation of the company，has a good effect.
Key words：Zhun Neng Group Company；Power quality；Transform
0引言
随着经济发展，生产生活对电能质量的要求越来越高，而电网谐波污染却日益严重，这为电能质量治理行业发展提供了广阔的市场空间。电能质量治理产品需求有望维持快速增长，前景广阔。
电能质量的好坏关系着一国经济的总体效益，在美国每年就因电能质量问题造成直接或间接损失260亿美元。鉴于此，我国非常重视电能质量治理。我国电能质量面临的压力主要来自两方面，一是谐波污染日趋严重，二是工业设备、居民用户对电能质量有了更高更严格的要求。首先是谐波污染，谐波是指电压、电流波形发生畸变，主要因负荷的非线性造成。近年来，工业和居民用电负荷加大，以及电力电子装置广泛使用，导致电网谐波含量不断上升。谐波污染会使得电能质量下降，甚至影响电力系统的安全性能。
另一方面，随着科学技术和生产工艺的进步，大量使用了精密设备、智能设备、自动化生产线等。这些设备或生产线要求更高的供电质量，否则会影响生产或使用。因此，电能质量必须及时跟进，以确保生产、生活的正常运行。
在此背景下，电能质量治理已经刻不容缓，电能质量治理行业得到前所未有的关注。
1 准能集团公司面临的实际问题
准格尔项目一期工程核准文件，批复同意建设一座装机容量为2×100MW坑口自备电厂，项目建成投产后，以“立足自用，不够网补，多余上网”的模式进行运营管理，为准能公司自备电厂。自备电厂以发电机额定电压10kV作为升压站一次侧进线电压，二次侧110kV通过辐射为矿区供电，二次侧220kV并入薛家湾220kV变电站上网。发电厂关停前，通过发电厂220kV升压站直接向公司110kV系统供电，薛供220kV变电站电源作为备用；发电厂关停后，目前由薛供220kV变电站进行单电源供电。
为响应全国关停小火电机组政策要求，2010年至2011年准能公司相继将原发电厂1#、2#机组关停，由地方220kV变电站经准能公司220kV变电站降压给公司供电，公司供电系统运行方式发生改变，加上网架结构比较复杂，各单位扩能负荷量增加及受两矿生产工艺所限等诸多原因影响，许多运行参数已达到或超过极限值，导致公司电能质量下降，电网电压发生波动。目前，两矿受电网电压波动影响较为明显。其影响直接导致设备故障率提高，检修任务量加大，费用成本增加。
2 平朔矿区电能质量问题解决方案
就如何提高公司电能质量问题与同类型露天矿（平朔矿区）进行交流学习，寻求解决方案。
据了解，平朔矿区2009至2010年期间也曾发生过由于电压降过大影响坑下设备安全稳定运行的情况，后经采取变电站增容改造，新建变电站，增大供电电缆截面缩短电缆供电距离，增加架空线供电距离以及配套增加供电网络无功补偿的方式改善了电网电能质量。目前供电质量较好，可以保证生产正常有序进行。
2.1供电网络结构基本情况
（1）平朔矿区供电系统基本情况
平朔矿区变电站的外部电源分别为地方供电公司铺上220kV变电站（3×150000kVA）、平鲁向阳堡220kV变电站（2×180000kVA）和木瓜界110变电站（2×50000kVA）
平朔矿区共有110kV变电站4座，分别为：安太堡110kV变电站（主变3×40000kVA）、安家岭110kV变电站（主变3×3150kVA）、东露天工业广场110kV变电站（主变3×40000kVA）、东露天采掘场110kV变电站（主变2×50000kVA），35kV变电站10座，分散二级供电开关站及变电站105座，变电总容量53.4560000kVA。
平朔矿区共有三个露天矿，生产负荷电源均由东露天110kV变电站提供。东露天采掘场110kV变电站共有35kV馈出线9回，出线导线截面为185 mm2，线路最长17.52KM，最短4.2KM。
安太堡露天矿供电方式采用35kV环坑架空线路，联接35/6.3kV移动变电站，由移动变电站馈出6.3kV，再通过分支式开关柜向设备供电。移动变电站至开关柜采用架空方式联接，开关柜至设备间采用矿用电缆联接。6.3kV架空线路长度小于0.5KM，6.3kV矿用电缆线路长度小于2KM，由移动变电站至用电设备每回供电线路长度不超过2.5KM。
平朔矿区东露天采掘场110kV变电站采用2套TCR型35kV动态无功补偿装置（SVC），电容器额定容量为15000 kVAr，除满足补偿要求外，还能抑制变频设备产生的5、7、11次谐波在允许范围内。滤波装置与动态控制电抗器晶闸管并联，既能满足无功补偿，改善功率因数，又能消除高次谐波影响。2015年1—7月份采掘场110kV变电站平均功率因数在0.92以上。平朔露天矿采掘设备均配置6kV 无功补偿装置，可以有效改善电网电能质量，保证采掘设备正常运行。
平朔露天煤矿主采设备主要为P&H4100XPC及P&H2800XP（B）可控硅直流调速电铲，采用6kV供电，主变压器二次侧输出600V电源通过三相桥式晶闸管整流后向电铲各直流电机电枢供电，电铲辅助变压器提供电机磁场电源、辅助电源、控制电源、照明加热等不同电压等级的电源。电铲上配置有RPC系统用来控制电枢整流器所产生的无功功率，同时滤除电铲运行过程中电气系统所产生的主要谐波。由于该类电铲运行过程中无功功率随负载变化，因此RPC系统采用多组电容器并联进行分级补偿。
3准能集团公司供电系统基本情况及原因分析
我公司的外部电源为薛家湾220kV变电站（3×120000kVA）。
我公司共有220kV变电站1座（主变2×120000kVA）、110kV变电站4座，分别为：黑岱沟变电站（主变2×50000kVA+63000kVA）、哈尔乌素变电站（主变2×80000kVA）、小沙湾（主变2×10000kVA）、中心区变电站（主变2×12500kVA），110kV开闭站1座，35kV变电站1座（主变2×5000kVA），10kV变电厅23座，变电总容量63.990000kVA。
黑岱沟变电站和哈尔乌素变电站分别接带两矿区生产负荷，小沙湾变电站负责黄河取水工程用电，中心区变电站负责中心区职工生产生活用电。黑岱沟变电站有35kV馈出线5回，出线导线截面为240mm2，线路最长6.6KM，最短3.3KM。哈尔乌素变电站共有35kV馈出线1回，线路长度为6.9KM。
黑岱沟露天煤矿供电系统采用110kV变电站配出35kV环坑架空线路，经过35/6.3kV移动变电站配出6.3kV电缆线路，给采场用电设备供电，移动变电站分三回配出线路，均采用敷设电缆方式向用电设备供电，电缆线路中间设置高压开关柜，电缆线路长度3—6KM，电缆截面分别为185mm2、120mm2、95mm2、70mm2、50mm2。主干线采用120mm2电缆，分支线采用95mm2、70mm2、50mm2电缆，大型电铲尾线及复线采用70mm2电缆。电缆线路平均长度超过4KM，供电线路较长的主要原因为黑岱沟露天矿采场位置正处于转向期，以及受哈矿采场、排土场工程位置影响，35kV架空线路不能正常延伸，致使无法实现双向供电。
我公司两露天矿主采设备主要为吊斗铲、495HR（D）、WK55、WK35、395B（I）等交流变频系统电铲，吊斗铲进线电压22kV，采用三台22kV/900V主变压器为其12台同步电机供电，2台22kV/380V辅助变压器为风机、泵站、低压变压器等供电；各类电铲进线电压6kV，二次侧电压900V，均采用AFE整流回馈单元或类似系统（395）。根据AFE系统特性，在整流/逆变器前端已经将电压与电流波形滤为正弦波，同时各次谐波由滤波电路消除，而且由于直流母线电压可在一定范围内稳定，功率因数为1，设备上不再进行无功补偿。
调研情况的对比分析。
1.外部电源情况：
外部电源均由地方供电局提供，出口电能质量都能够满足生产需求。但就我公司情况而言，实际电源电容量为供电公司220kV变电站1台120000kVA的变压器容量。
我公司电源容量相比较而言，容量不足。
2.系统无功补偿情况：
平朔煤矿2台50000kVA主变压器，在35kV系统配置了容量为2×15Mvar无功补偿装置。
黑岱沟变电站2台50000kVA的主变压器，在35kV系统配置了容量为13Mvar无功补偿装置，在6kV系统配置了容量为4800kVAr电容器。哈尔乌素变电站1台80000kVA主变压器，在6kV系统配置了容量为6000kVAr电容器。
我公司无功补偿配置相比较而言不足。
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3.功率因数对比情况：
平朔煤矿平均功率因数在0.92以上。
在负荷较低时我公司两矿变电站35kV母线处功率因数为1，负荷较大时波动比较大，最低为0.82。夜间正常生产时功率因数低于0.9出现3-4次，持续时间为几分钟至半小时，间隔约2-3小时。
我公司变电站功率因数平均水平在0.9以上，但是，虽负荷波动较大，频率也较高。
4.坑下生产组织方式情况：
平朔煤矿移动式箱变至开关柜6.3kV架空线路长度小于0.5KM，开关柜至设备6.3kV矿用电缆线路长度小于2KM，每回由移动变电站至用电设备的供电线路长度不超过2.5KM。
我公司黑岱沟露天煤矿坑下经过35/6.3kV移动变电站配出6.3kV电缆线路，电缆线路中间设置高压开关柜，电缆线路长度3—6KM，平均电缆长度超过4KM。
从移动变电站至设备间供电电缆距离比平朔平均超1.5KM。
5.设备情况：
平朔主要采用直流调速电铲，随设备配置有PRC柜进行功率补偿（同我公司1台2800XP电铲），该类电铲对供电电源质量要求较高，必须进行功率补偿。
我公司吊斗铲及电铲主要采用AFE系统交流调速，功率因数较高，对供电电源要求较低，从设备性能看，在供电质量同等的条件下对电网要求低于平朔露天矿设备。
4 准能集团公司电能质量差的原因分析和改造方案
4.1 原因分析
（一）发电厂机组停运后，220kV变电站由双主变运行变为目前单台主变运行，电源系统总容量变得薄弱，电能质量下降。
（二）发电厂机组停运后公司失去了发电厂无功电源补偿点，系统无功自动调节补偿能力下降，功率因数下降，进一步导致电能质量下降。
（三）两矿和选煤厂扩能，黄玉川选煤厂负荷接入，为国华电厂提供启备电源，致使公司负荷增大，进一步加剧电能质量下降。
（四）由于公司生产工艺所限，用电负荷极不均衡，两矿夜间负荷大，白天负荷小，对公司电网冲击极大。负荷高峰时10万多千伏安，低谷时约10000kVA，目前只能通过频繁调节主变压器分接开关和投退无功补偿装置来勉强维持电压平衡。
（五）黑岱沟露天矿受采场位置转向、哈矿采场、排土场工程位置影响，致使35kV架空线路不能正常延伸，无法实现双向供电，只能采取延长供电电缆的方式为坑下设备供电。哈尔乌素露天煤矿受征地影响环坑A线至今无法建成，导致只能采取单线路接待多负荷的方式供电。以上两种方法均导致电压降加大。
（六）我公司为国华电厂提供启备电源（国华电厂1#启备变40000kVA，2#启备变50000kVA），尽管启停次数少，但是发生启停时负荷达3万多千瓦，最大负荷持续时间达到8小时，直接导致公司电网电压下降。
4.2 解决方案
4.2.1目前已经采取的解决措施
（一）两矿一方面合理安排设备启停次序，将电压敏感类型一致的设备进行集中供电，另一方面对坑下箱变无载调压开关进行及时调整，满足现场生产用电需求。
（二）黑岱沟露天煤矿对坑下电缆进行逐渐更换，主干线由原来70mm2，95mm2更换为120mm2，支线由原来50mm2，70mm2更换为95mm2及以上，有效减少了由于电缆线路截面积小电压降大的问题。
（三）在保证设备正常运行条件下，设备维修中心协调厂家适当调整坑下用电设备允许电压工作范围。
（四）供电公司加强电压监测，实时调整主变压器分接开关位置和投退无功补偿装置，保证35kV出线电压在国家规定的允许范围。另外，供电公司对供电质量进行量化考核。
（五）准能公司将供电质量纳入机电考核范畴，按月对供电公司实行考核，保证供电质量。
4.2.2改善我公司电能质量方案
方案一：
（一）从源头上解决供电网络变压器容量不足问题
（1）、建议对供电公司所辖220kV变电站2台120000kVA主变并列运行，减小系统阻抗，电源容量增加一倍，解决电网负荷高峰时容量不足问题。
存在的问题：
由于哈尔乌素露天煤矿目前受征地影响用电负荷较小，建议在哈矿恢复正常生产后实行两台主变并列运行。
公司每年需增加约2736万元基本电费。
供电可靠性相对较低为50%（无备用电源）。
（2）、建议将供电公司所辖220kV变电站2台120000kVA主变扩容为2台150000kVA变压器，维持目前运行方式即一用一备，保证供电可靠性。
存在的问题：
公司每年增加约684万元基本电费。
新购2台150000kVA220/110/10kV变压器约需投资2000万元。
方案二：
联系有关专业院所对公司供电系统进行系统测试、评估提出彻底改善电能质量的解决方案。
内容包括：
（1）、根据公司用电负荷变化情况核算220kV变电站主变容量。
（2）、测试公司供电系统功率因数变化规律，设计新的无功补偿装置。
（3）、供电网架结构优化，减少系统阻抗，减少电压降。优化坑下供电方案，探讨6kV架空线下坑以及开关柜与用电设备一对一供电模式。
方案三：
准能集团公司目前用电量约4.6亿度，依据国家发改委煤电联营政策，将两矿用电纳入矸石发电公司厂用电范围，争取向电网公司申请大用户直供电，即矸石发电公司一期2×150MW机组升压站直接向两矿供电。
（一）可行性方面：
（二）目前项目实施进度方面：
为了尽快实现黑岱沟露天煤矿和哈尔乌素露天煤矿用电纳入矸石发电公司直供电范围，2016年7月10日准能公司将相关支持性材料报送准格尔旗发改局审批，并于2016年8月31日获得批准；2016年9月23日鄂尔多斯市发改委获得批准；9月24日报送内蒙古自治区发改委审批，待内蒙古自治区批准后与电网公司协调其它相关事宜。
（三）效益方面：
1.根据2015、2016年度我公司两矿生产情况，两矿年用电量约4.6亿度，网购电价约0.498元/度，矸石发电公司目前发电成本0.21元/度，如纳入矸石发电公司厂用电范围，按2015年数据计算，两矿一年将节省电费4.6×（0.498－0.21）=1.32亿元。
2.两矿用电纳入矸石发电公司厂用电后，矸石发电公司机组负荷率提高，发电单位成本进一步降低、机组运行更加稳定。
3.两矿用电纳入矸石发电公司厂用电的运营模式与原发电厂相同。供电系统无功补偿充足，系统响应及时，另外，电源点容量增大，抗干扰能力增强，可以有效保证两矿供电质量。
（四）实施内容：
1.新建220kV变电站，矸石发电公司站内改造，增加220kV输电线路，通过陈胜梁开闭所为两矿工业广场及点岱沟牵引站直接供电。
2.通过陈胜梁开闭所站内改造（或新建220kV变电站增加110kV出线间隔），增加110kV输电线路及改造，实现为小沙湾变电站，中心区变电站供电。
3.初步估算项目总投资约7000万元。
结合目前项目实施进展情况，拟采取方案三。
总结
针对准能集团电能质量差的问题，本文详细的分析了造成该情况的原因，并通过参考平朔矿区类似问题解决方案，提出了适合于本公司的解决措施和方案。
参考文献
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论文作者:屈振兵
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/14
标签：变电站论文; 电能论文; 公司论文; 质量论文; 电铲论文; 设备论文; 电压论文; 《电力设备》2017年第36期论文;