煤矿电网电能质量改善技术研究.doc

收稿日期2010－09－10 作者简介段鹏飞1983－,男,河南义马人,2005年毕业于信阳航空学院电子工程专业,现研究方向为机电一 体化。 煤矿电网电能质量改善技术研究 段鹏飞1 ,景 武2,王子毅1,刘建功3,孟国营 11.中国矿业大学北京机电与信息工程学院,北京100083; 2.北京中矿环保科技有限公司,北京100080; 3.冀中能源集团有限责任公司,河北邢台054021 摘 要文章总结了煤矿电网的电能质量问题,阐述了其产生的原因,详细分析了当前各种 电能质量控制方法。根据煤矿生产实际及各种控制方法的优缺点,提出了低压自动无功补偿装置 和静止无功补偿装置结合的煤矿电网电能质量改善方案,进一步指出了此种方法的应用前景。 关键词电能质量;并联电容器;静止无功补偿器 中图分类号TM714.3 文献标识码B 文章编号1671－0959201104- 0019-02Research on Improvement Technology of Electric Power Quality in Mine Electric Network DUAN Peng －fei 1,JING Wu 2,WANG Zi －yi 1,LIU Jian －gong 3,Meng Guo －ying 1 1.School of Electromechanical and Ination Engineering ,China University of Mining and Technology Beijing ,Beijing 100083,China ; 2.Beijing Zhongkuang Environmental Protection and Technology Company Ltd．,Beijing 100080,China ; 3.Jizhong Energy Group Corporation Ltd．,Xingtai 054021,China Abstract The paper summarized the electric power quality problems of the mine electric network ,described the causes and in detail analyzed the different control s of the electric power quality．According to the mine production actual conditions and the advantage and disadvantages of the different control s ,the paper provided the electric power improvement plan of the mine electric power network combined with the low voltage automatic idle compensation device and the static idle compensation device．The paper further pointed out the application prospects of the plan．Keywords electric power quality ;shunt capacitor ;static idle compensator 随着建设高产高效现代化矿井目标的实施,煤矿自动化及信息化程度不断提高,电力电子设备已经广泛应用于煤矿生产的各个环节,大型煤矿机械装备应用也越来越广泛。一方面煤矿大功率、非线性设备导致电网电能质量降低,另一方面煤矿各种检测控制设备对电能质量的要求越来越高,由此产生的矛盾越来越引起人们对煤矿电能质量问题的重视。 1煤矿电能质量存在的主要问题 煤矿电能质量存在的主要问题是,电压偏差大、电压 波动和闪变、谐波含量高、功率因数低等。 电压偏差是指供电系统各处的电压偏离其额定值的百分比。当线路传输功率时,电流将在线路阻抗上产生电压损耗。煤矿开采负荷在综采工作面相对集中,供电距离随着采区开拓范围的不断扩大而增加,加大了线路电压损耗,从而造成电压偏差过大,影响煤矿的正常生产。煤矿主要 通过降低线路阻抗,提高电压等级,选用无功补偿三种方式解决电压偏差问题。 电压波动和闪变,大功率用电设备的启停,造成公共连接点处电压在短时间内急剧变动,且偏离标称电压值,严重时可能导致同一电磁环境下的其他设备不能正常工作。电压波动引起白炽灯的闪烁叫做闪变,人们通常以白炽灯的工况来衡量电压波动值是否能够被接受。随着煤矿自动化程度的不断提高,单机功率大、启动频繁的设备所造成的电压波动,对煤矿供电系统造成的影响已不可忽视。 电网谐波,随着电力电子装置在煤矿的普遍应用,煤矿的电网谐波污染问题越来越引起人们的重视。为直流提升机供电的晶闸管变流装置以及各种变频器、逆变电源是煤矿电网中最主要的谐波源。此外,电机车、机修厂的电弧炉等也是造成煤矿电网电能质量下降的因素之一。 煤矿井下电网的功率因数通常较低。受困与井下恶劣的工作环境,地面无功补偿装置不能简单的移植到井下。 9 12011年第4期煤炭工程设计技术 另一方面随着井下用电设备电压等级的提高,对各种无功补偿装置的防爆,绝缘等电气性能又提出了更高的要求。井下的无功功率补偿装置仅近两三年才得以应用,且推广有限。 2煤矿电能质量解决方案及对比 2.1并联电容器无功补偿 并联电容器是最简单,也是应用最普遍的无功补偿方式。具有造价低廉,设备稳定性好,维护方便、故障范围小、无振动与噪音、安装地点灵活等优点。其原理是利用电容器产生的无功功率与电感负载的无功相互交换,从而减少负载对电网的无功需求,进而提高负荷的功率因数。并联电容器在矿山地面变电所广泛应用,低压无功自动补偿装置近年也在井下得到一定应用,实现对矿用机械设备的就地无功补偿,效果明显。 目前井下应用的无功自动补偿装置,电压等级多为660V和1140V。随着煤矿机械化程度的提高,出现了3.3kV和6kV电压等级的大功率采煤机械,现有的无功补偿方式已不能满足其无功补偿的要求,急需开发新的高压隔爆自动无功补偿装置。 2.2静止动态无功补偿装置SVC 静止无功补偿器主要有晶闸管投切电容器、晶闸管控制电抗器和磁控电抗器MCR等三种类型。这里主要介绍晶闸管控制电抗器TCR。 TCR通常和电容器并联使用。通过调节晶闸管的导通角度改变电抗器电流大小,从而实现对系统的动态无功补偿。晶闸管控制电抗器系统原理如图1所示 。 图1晶闸管控制电抗器系统 静止无功补偿器是一种性能优越的动态无功补偿装置,由电容器组、饱和电抗器、可控硅励磁调节器等组成。其具有动态补偿反应迅速、损耗小等优点,缺点是,投资较大、设备体积大。静止无功补偿装置可以实现实时动态的大容量的无功补偿,其和并联电容器联合使用还可以有效抑制电网高次谐波,比较适合煤矿变电所的大容量集中补偿。 2.3其他补偿方式介绍 目前,电能质量治理领域还有无功发生器SVG、有源电力滤波器APF等新型补偿装置,但由于其技术成熟度不高,造价高昂等缺点,还没有得到普遍应用,在煤矿电能质量治理方面也没有成功应用的案例。 3煤矿电能质量改善方案研究 煤矿供电距离比较远,用电设备多而分散,以及其生产条件的特殊性,决定了煤矿比较适合采用变电所集中补偿和负载就地补偿相结合的电能质量治理方案。变电所用电负荷较大,适于采用静止无功补偿器进行大功率的补偿,而对于井下用电负荷变动不大的单个负载采用价格低廉,维护方便的电容器补偿更为适宜。具体方法如图2所示 。 图2煤矿电网补偿方式及区域分布 对煤矿井下的用电设备采用经济可靠的并联电容器装置,就地补偿,滤除特定次数谐波并进行无功补偿,既可以保证负载的用电质量,还可以防止负载产生的谐波对上级电网的污染。对井下中央变电所和地面矿区变电所采用静止无功补偿器,综合控制整个煤矿电网电能质量在一个较好的水平。通过并联电容器和静止无功补偿装置的优化组合,可以达到比较好的治理效果。此种方案经济实用,安全可靠。相对其他补偿方式,具有投资少,有功损耗小,可靠性高等优点。 4煤矿电网电能质量控制技术前景分析 煤矿传统的电能质量治理方式都是在变电所公共接入点加补偿,而对煤矿电网内部特别是井下用电设备很少采取补偿措施。近年来,我国煤矿发展较快,单井产量不断提高,各种大功率机械设备广泛应用于井下。但是由于煤矿井下电网的功率因数较低,电能质量不高,大功率设备不能正常工作,已经严重制约煤矿的发展,井下电能质量的治理已迫在眉睫。当前,我国提出发展低碳经济,推进绿色增长,煤矿电网电能质量控制技术的研究有着广阔的发展前景。 参考文献 [1]程浩忠．电能质量[M]．北京清华大学出版社,2006． [2]董其国．电能质量技术问答[M]．北京中国电力出版社, 2003． [3]白宏峰,崔志明．煤矿系统电能质量治理的探讨[J]．煤 矿机电,2008,519 21． [4]张学松．煤矿电能质量分析与控制[J]．工矿自动化, 2009,921 23． 责任编辑赵巧芝 02 设计技术煤炭工程2011年第4期