煤礦電網(wǎng)電能質(zhì)量改善技術(shù)研究備課講稿

煤礦電網(wǎng)電能質(zhì)量改善技術(shù)研究

引言2煤礦電網(wǎng)Themainelectricalequipment主要用電設(shè)備固定設(shè)備，采掘設(shè)備，運(yùn)輸設(shè)備等。固定設(shè)備由主扇風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、主抽水泵等組成。井下采掘設(shè)備主要有：采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、采區(qū)水泵液壓泵站等設(shè)備。運(yùn)輸設(shè)備由礦車(chē)、電機(jī)車(chē)皮帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)備。1引言3煤礦電網(wǎng)Miningareapowersupplycharacteristics礦區(qū)供電特點(diǎn)煤礦生產(chǎn)對(duì)供電的可靠性要求提高。突然停電會(huì)造成重大人員傷亡和較大經(jīng)濟(jì)損失等負(fù)荷。一級(jí)負(fù)荷主要有：通風(fēng)機(jī)、主抽水泵等。二級(jí)負(fù)荷主要有：主井絞車(chē)、空氣壓縮機(jī)、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(dāng)任一電路發(fā)生故障、停止供電時(shí)，另一回路應(yīng)負(fù)擔(dān)礦井全部負(fù)荷。年產(chǎn)60，000噸一下的礦井采用單回路供電時(shí)，必須有備用電源。1引言41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，煤礦自動(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)用于煤礦生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，大型煤礦機(jī)械裝備應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。一方面煤礦大功率、非線(xiàn)性設(shè)備導(dǎo)致電網(wǎng)電能質(zhì)量降低，另一方面煤礦各種檢測(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)煤礦電能質(zhì)量問(wèn)題的重視。5煤礦電能質(zhì)量存在的主要問(wèn)題6問(wèn)題問(wèn)題2煤礦電能質(zhì)量存在的主要問(wèn)題2.1電壓偏差大2.2電壓波動(dòng)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(dāng)線(xiàn)路傳輸功率時(shí)，電流將在線(xiàn)路阻抗上產(chǎn)生電壓損耗。煤礦開(kāi)采負(fù)荷在綜采工作面相對(duì)集中，供電距離隨著采區(qū)開(kāi)拓范圍的不斷擴(kuò)大而增加，加大了線(xiàn)路電壓損耗，從而造成電壓偏差過(guò)大，影響煤礦的正常生產(chǎn)。煤礦主要通過(guò)降低線(xiàn)路阻抗，提高電壓等級(jí)，選用無(wú)功補(bǔ)償三種方式解決電壓偏差問(wèn)題。8電壓波動(dòng)和閃變，大功率用電設(shè)備的啟停，造成公共連接點(diǎn)處電壓在短時(shí)間內(nèi)急劇變動(dòng)，且偏離標(biāo)稱(chēng)電壓值，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致同一電磁環(huán)境下的其他設(shè)備不能正常工作。電壓波動(dòng)引起白熾燈的閃爍叫做閃變，人們通常以白熾燈的工況來(lái)衡量電壓波動(dòng)值是否能夠被接受。隨著煤礦自動(dòng)化程度的不斷提高，單機(jī)功率大、啟動(dòng)頻繁的設(shè)備所造成的電壓波動(dòng)，對(duì)煤礦供電系統(tǒng)造成的影響已不可忽視。2.2電壓波動(dòng)和閃變9電網(wǎng)諧波，隨著電力電子裝置在煤礦的普遍應(yīng)用，煤礦的電網(wǎng)諧波污染問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。為直流提升機(jī)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(jī)車(chē)、機(jī)修廠(chǎng)的電弧爐等也是造成煤礦電網(wǎng)電能質(zhì)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(wú)功補(bǔ)償裝置不能簡(jiǎn)單的移植到井下。另一方面隨著井下用電設(shè)備電壓等級(jí)的提高，對(duì)各種無(wú)功補(bǔ)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(wú)功功率補(bǔ)償裝置僅近兩三年才得以應(yīng)用，且推廣有限。11煤礦電能質(zhì)量解決方案及對(duì)比123.1并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償3.2靜止動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)3.3其他補(bǔ)償方式介紹3煤礦電能質(zhì)量解決方案及對(duì)比133.1并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償并聯(lián)電容器是最簡(jiǎn)單，也是應(yīng)用最普遍的無(wú)功補(bǔ)償方式。具有造價(jià)低廉，設(shè)備穩(wěn)定性好，維護(hù)方便、故障范圍小、無(wú)振動(dòng)與噪音、安裝地點(diǎn)靈活等優(yōu)點(diǎn)。其原理是利用電容器產(chǎn)生的無(wú)功功率與電感負(fù)載的無(wú)功相互交換，從而減少負(fù)載對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功需求，進(jìn)而提高負(fù)荷的功率因數(shù)。并聯(lián)電容器在礦山地面變電所廣泛應(yīng)用，低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置近年也在井下得到一定應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦用機(jī)械設(shè)備的就地?zé)o功補(bǔ)償，效果明顯。143.1并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償目前井下應(yīng)用的無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，電壓等級(jí)多為660V和1140V。隨著煤礦機(jī)械化程度的提高，出現(xiàn)了3.3kV和6kV電壓等級(jí)的大功率采煤機(jī)械，現(xiàn)有的無(wú)功補(bǔ)償方式已不能滿(mǎn)足其無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊螅毙栝_(kāi)發(fā)新的高壓隔爆自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置。15靜止無(wú)功補(bǔ)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(lèi)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(guò)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角度改變電抗器電流大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。晶閘管控制電抗器系統(tǒng)原理如圖1所示。3.2靜止動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)16圖1晶閘管控制電抗器系統(tǒng)3.2靜止動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)17靜止無(wú)功補(bǔ)償器是一種性能優(yōu)越的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，由電容器組、飽和電抗器、可控硅勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等組成。其具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償反應(yīng)迅速、損耗小等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是，投資較大、設(shè)備體積大。靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的大容量的無(wú)功補(bǔ)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(bǔ)償。3.2靜止動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)18目前，電能質(zhì)量治理領(lǐng)域還有無(wú)功發(fā)生器(SVG)、有源電力濾波器(APF)等新型補(bǔ)償裝置，但由于其技術(shù)成熟度不高，造價(jià)高昂等缺點(diǎn)，還沒(méi)有得到普遍應(yīng)用，在煤礦電能質(zhì)量治理方面也沒(méi)有成功應(yīng)用的案例。3.3其他補(bǔ)償方式介紹194煤礦電能質(zhì)量改善方案研究20煤礦供電距離比較遠(yuǎn)，用電設(shè)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(bǔ)償和負(fù)載就地補(bǔ)償相結(jié)合的電能質(zhì)量治理方案。變電所用電負(fù)荷較大，適于采用靜止無(wú)功補(bǔ)償器進(jìn)行大功率的補(bǔ)償，而對(duì)于井下用電負(fù)荷變動(dòng)不大的單個(gè)負(fù)載采用價(jià)格低廉，維護(hù)方便的電容器補(bǔ)償更為適宜。具體方法如圖2所示。4煤礦電能質(zhì)量改善方案研究21圖2煤礦電網(wǎng)補(bǔ)償方式及區(qū)域分布4煤礦電能質(zhì)量改善方案研究22對(duì)煤礦井下的用電設(shè)備采用經(jīng)濟(jì)可靠的并聯(lián)電容器裝置，就地補(bǔ)償，濾除特定次數(shù)諧波并進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，既可以保證負(fù)載的用電質(zhì)量，還可以防止負(fù)載產(chǎn)生的諧波對(duì)上級(jí)電網(wǎng)的污染。對(duì)井下中央變電所和地面礦區(qū)變電所采用靜止無(wú)功補(bǔ)償器，綜合控制整個(gè)煤礦電網(wǎng)電能質(zhì)量在一個(gè)較好的水平。通過(guò)并聯(lián)電容器和靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的優(yōu)化組合，可以達(dá)到比較好的治理效果。此種方案經(jīng)濟(jì)實(shí)用，安全可靠。相對(duì)其他補(bǔ)償方式，具有投資少，有功損耗小，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。4煤礦電能質(zhì)量改善方案研究235總結(jié)245總結(jié)煤礦傳統(tǒng)的電能質(zhì)量治理方式都是在變電所公共接入點(diǎn)加補(bǔ)償，而對(duì)煤礦電網(wǎng)內(nèi)部特別是井下用電設(shè)備很少采取補(bǔ)償措施。近年來(lái)，我國(guó)煤礦發(fā)展較快，單井產(chǎn)量不斷提高，各種大功率機(jī)械設(shè)備廣泛應(yīng)用于井下。但是由于煤礦井下電網(wǎng)