煤礦電網(wǎng)電能質量改善技術研究

引言2煤礦電網(wǎng)Themainelectricalequipment主要用電設備固定設備，采掘設備，運輸設備等。固定設備由主扇風機、空氣壓縮機、主抽水泵等組成。井下采掘設備主要有：采煤機、刮板運輸機、采區(qū)水泵液壓泵站等設備。運輸設備由礦車、電機車皮帶運輸機設備。1引言3煤礦電網(wǎng)Miningareapowersupplycharacteristics礦區(qū)供電特點煤礦生產(chǎn)對供電的可靠性要求提高。突然停電會造成重大人員傷亡和較大經(jīng)濟損失等負荷。一級負荷主要有：通風機、主抽水泵等。二級負荷主要有：主井絞車、空氣壓縮機、采取變電所等。由于爆炸產(chǎn)生的特殊性，礦井區(qū)要雙電源供電，當任一電路發(fā)生故障、停止供電時，另一回路應負擔礦井全部負荷。年產(chǎn)60，000噸一下的礦井采用單回路供電時，必須有備用電源。1引言41引言隨著建設高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井目標的實施，煤礦自動化及信息化程度不斷提高，電力電子設備已經(jīng)廣泛應用于煤礦生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，大型煤礦機械裝備應用也越來越廣泛。一方面煤礦大功率、非線性設備導致電網(wǎng)電能質量降低，另一方面煤礦各種檢測控制設備對電能質量的要求越來越高，由此產(chǎn)生的矛盾越來越引起人們對煤礦電能質量問題的重視。5煤礦電能質量存在的主要問題6問題問題2煤礦電能質量存在的主要問題2.1電壓偏差大2.2電壓波動和閃變事故2.3諧波含量高2.4功率因數(shù)低72.1電壓偏差大電壓偏差是指供電系統(tǒng)各處的電壓偏離其額定值的百分比。當線路傳輸功率時，電流將在線路阻抗上產(chǎn)生電壓損耗。煤礦開采負荷在綜采工作面相對集中，供電距離隨著采區(qū)開拓范圍的不斷擴大而增加，加大了線路電壓損耗，從而造成電壓偏差過大，影響煤礦的正常生產(chǎn)。煤礦主要通過降低線路阻抗，提高電壓等級，選用無功補償三種方式解決電壓偏差問題。8電壓波動和閃變，大功率用電設備的啟停，造成公共連接點處電壓在短時間內(nèi)急劇變動，且偏離標稱電壓值，嚴重時可能導致同一電磁環(huán)境下的其他設備不能正常工作。電壓波動引起白熾燈的閃爍叫做閃變，人們通常以白熾燈的工況來衡量電壓波動值是否能夠被接受。隨著煤礦自動化程度的不斷提高，單機功率大、啟動頻繁的設備所造成的電壓波動，對煤礦供電系統(tǒng)造成的影響已不可忽視。2.2電壓波動和閃變9電網(wǎng)諧波，隨著電力電子裝置在煤礦的普遍應用，煤礦的電網(wǎng)諧波污染問題越來越引起人們的重視。為直流提升機供電的晶閘管變流裝置以及各種變頻器、逆變電源是煤礦電網(wǎng)中最主要的諧波源。此外，電機車、機修廠的電弧爐等也是造成煤礦電網(wǎng)電能質量下降的因素之一。2.3諧波含量高102.4功率因數(shù)低煤礦井下電網(wǎng)的功率因數(shù)通常較低。受困與井下惡劣的工作環(huán)境，地面無功補償裝置不能簡單的移植到井下。另一方面隨著井下用電設備電壓等級的提高，對各種無功補償裝置的防爆，絕緣等電氣性能又提出了更高的要求。井下的無功功率補償裝置僅近兩三年才得以應用，且推廣有限。11煤礦電能質量解決方案及對比123.1并聯(lián)電容器無功補償3.2靜止動態(tài)無功補償裝置(SVC)3.3其他補償方式介紹3煤礦電能質量解決方案及對比133.1并聯(lián)電容器無功補償并聯(lián)電容器是最簡單，也是應用最普遍的無功補償方式。具有造價低廉，設備穩(wěn)定性好，維護方便、故障范圍小、無振動與噪音、安裝地點靈活等優(yōu)點。其原理是利用電容器產(chǎn)生的無功功率與電感負載的無功相互交換，從而減少負載對電網(wǎng)的無功需求，進而提高負荷的功率因數(shù)。并聯(lián)電容器在礦山地面變電所廣泛應用，低壓無功自動補償裝置近年也在井下得到一定應用，實現(xiàn)對礦用機械設備的就地無功補償，效果明顯。143.1并聯(lián)電容器無功補償目前井下應用的無功自動補償裝置，電壓等級多為660V和1140V。隨著煤礦機械化程度的提高，出現(xiàn)了3.3kV和6kV電壓等級的大功率采煤機械，現(xiàn)有的無功補償方式已不能滿足其無功補償?shù)囊螅毙栝_發(fā)新的高壓隔爆自動無功補償裝置。15靜止無功補償器主要有晶閘管投切電容器、晶閘管控制電抗器和磁控電抗器(MCR)等三種類型。這里主要介紹晶閘管控制電抗器(TCR)。TCR通常和電容器并聯(lián)使用。通過調節(jié)晶閘管的導通角度改變電抗器電流大小，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的動態(tài)無功補償。晶閘管控制電抗器系統(tǒng)原理如圖1所示。3.2靜止動態(tài)無功補償裝置(SVC)16圖1晶閘管控制電抗器系統(tǒng)3.2靜止動態(tài)無功補償裝置(SVC)17靜止無功補償器是一種性能優(yōu)越的動態(tài)無功補償裝置，由電容器組、飽和電抗器、可控硅勵磁調節(jié)器等組成。其具有動態(tài)補償反應迅速、損耗小等優(yōu)點，缺點是，投資較大、設備體積大。靜止無功補償裝置可以實現(xiàn)實時動態(tài)的大容量的無功補償，其和并聯(lián)電容器聯(lián)合使用還可以有效抑制電網(wǎng)高次諧波，比較適合煤礦變電所的大容量集中補償。3.2靜止動態(tài)無功補償裝置(SVC)18目前，電能質量治理領域還有無功發(fā)生器(SVG)、有源電力濾波器(APF)等新型補償裝置，但由于其技術成熟度不高，造價高昂等缺點，還沒有得到普遍應用，在煤礦電能質量治理方面也沒有成功應用的案例。3.3其他補償方式介紹194煤礦電能質量改善方案研究20煤礦供電距離比較遠，用電設備多而分散，以及其生產(chǎn)條件的特殊性，決定了煤礦比較適合采用變電所集中補償和負載就地補償相結合的電能質量治理方案。變電所用電負荷較大，適于采用靜止無功補償器進行大功率的補償，而對于井下用電負荷變動不大的單個負載采用價格低廉，維護方便的電容器補償更為適宜。具體方法如圖2所示。4煤礦電能質量改善方案研究21圖2煤礦電網(wǎng)補償方式及區(qū)域分布4煤礦電能質量改善方案研究22對煤礦井下的用電設備采用經(jīng)濟可靠的并聯(lián)電容器裝置，就地補償，濾除特定次數(shù)諧波并進行無功補償，既可以保證負載的用電質量，還可以防止負載產(chǎn)生的諧波對上級電網(wǎng)的污染。對井下中央變電所和地面礦區(qū)變電所采用靜止無功補償器，綜合控制整個煤礦電網(wǎng)電能質量在一個較好的水平。通過并聯(lián)電容器和靜止無功補償裝置的優(yōu)化組合，可以達到比較好的治理效果。此種方案經(jīng)濟實用，安全可靠。相對其他補償方式，具有投資少，有功損耗小，可靠性高等優(yōu)點。4煤礦電能質量改善方案研究235總結245總結煤礦傳統(tǒng)的電能質量治理方式都是在變電所公共接入點加補償，而對煤礦電網(wǎng)內(nèi)部特別是井下用電設備很少采取補償措施。近年來，我國煤礦發(fā)展較快，單井產(chǎn)量不斷提高，各種大功率機械設備廣泛應用于井下。但是由于煤礦井下電網(wǎng)