淺談高壓自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用

蔡祥信 陳海亮 梁衛(wèi)勇

（龍礦集團(tuán)梁家煤礦，山東 煙臺(tái) 265700）

淺談高壓自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用

蔡祥信 陳海亮 梁衛(wèi)勇

（龍礦集團(tuán)梁家煤礦，山東 煙臺(tái) 265700）

通過(guò)研究高壓自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償技術(shù)在煤礦井下供電系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)煤礦井下電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，減少線路無(wú)功電流，從而降低線路和變壓器損耗，以達(dá)到節(jié)電降耗的效果。

自動(dòng)跟蹤；動(dòng)態(tài)；無(wú)功補(bǔ)償；節(jié)電降耗

近年來(lái)，隨著煤礦井下大功率綜采綜掘設(shè)備的普遍應(yīng)用，井下電網(wǎng)不同程度地出現(xiàn)了無(wú)功損耗大，電能浪費(fèi)嚴(yán)重的問(wèn)題。而且一些供電距離較遠(yuǎn)的大功率綜采綜掘設(shè)備，因單機(jī)功率較大，往往起動(dòng)困難，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。出現(xiàn)上述問(wèn)題的主要原因之一就是感性負(fù)載產(chǎn)生的無(wú)功功率導(dǎo)致功率因數(shù)降低。根據(jù)對(duì)井下變電所功率因數(shù)的實(shí)際觀測(cè)，當(dāng)綜機(jī)設(shè)備不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，功率因數(shù)在0.8-0.85之間，而綜機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，功率因數(shù)在0.6-0.7之間，甚至低于0.6。應(yīng)用礦用一般型高壓自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置，同時(shí)與礦用隔爆型無(wú)功功率自動(dòng)（動(dòng)態(tài)）低壓補(bǔ)償裝置相配合，形成井下電網(wǎng)無(wú)功功率自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償體系，改善井下供電質(zhì)量，提高供電質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

1 關(guān)鍵技術(shù)和電氣原理

優(yōu)先保證電壓合格，實(shí)現(xiàn)無(wú)功平衡，盡量減少調(diào)節(jié)次數(shù) ，其關(guān)鍵技術(shù)為使用真空斷路器作為頻繁投切電容器組電源開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切。電容器組采用具有過(guò)壓、失壓、過(guò)流、TV斷線檢測(cè)、控制回路異常告警、遙信遙測(cè)遙控功能的保護(hù)裝置，并可以與上位機(jī)通信。電氣原理為：電容性負(fù)荷與電網(wǎng)中的感性負(fù)荷具有相似的性質(zhì)，是一種能與電源交換能量而不消耗能量的負(fù)荷，能夠儲(chǔ)存和釋放能量。儲(chǔ)存和釋放能量的時(shí)間正好和電感相反，電感負(fù)荷儲(chǔ)存能量的時(shí)間，恰好是電容負(fù)荷放出能量的時(shí)候。利用兩者之間的相位關(guān)系，以投入并聯(lián)電容器來(lái)補(bǔ)償井下6kV電網(wǎng)中的感性負(fù)載，提高功率因數(shù)，改善電網(wǎng)質(zhì)量，起到節(jié)能降耗的作用。

2 無(wú)功補(bǔ)償具體方案

采用6KV并聯(lián)電容器，跟蹤6KV母線無(wú)功變化情況，在井下中央變電所和采區(qū)變電所分別補(bǔ)償。以采區(qū)變電所補(bǔ)償為主，先在中央變電所集中補(bǔ)償，后在采區(qū)變電所分散補(bǔ)償，分步實(shí)施。以龍礦集團(tuán)梁家煤礦井下東部采區(qū)為例的具體補(bǔ)償方案。

2.1 東部采區(qū)（包括煤4二采區(qū)，煤2四、六采區(qū)）總補(bǔ)償容量：（功率因數(shù)達(dá)到0.95）

Qb=pmax（tgΦ1－tgΦ2）=3277（0.88-0.329）=1805kvar。

其中，Qb—并聯(lián)電容器補(bǔ)償量（Kvar）；pmax—東部采區(qū)最大總有功負(fù)荷（3277Kw）；tgΦ1、tgΦ2——補(bǔ)償前后功率因數(shù)值的正切值。

2.2 補(bǔ)償分組：分3組。第1組900Kvar，第2組600Kvar，第3組300Kvar。

2.3 自動(dòng)投切原則：①電容器組的運(yùn)行應(yīng)具有一定的靈活性，可以自動(dòng)或手動(dòng)投切，并能循環(huán)自動(dòng)投切，使每組電容器投切幾率均等。②檢測(cè)信號(hào)分別取自1段、2段電源柜和1段、2段PT柜二次側(cè)。為得到較高的靈敏度，應(yīng)可靠地躲過(guò)電力電網(wǎng)的瞬時(shí)波動(dòng)，延時(shí)發(fā)出分、合閘脈沖。③當(dāng)某一電容器組發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，切除故障電容器組，使其該回路退出運(yùn)行，但不影響其他組的正常投切。

2.4 并聯(lián)電容器保護(hù)的原則和要求。按GB3983.2－89《高電壓并聯(lián)電容器》附錄A 7.3和附錄C5、C6的斷器的規(guī)定，結(jié)合運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選擇熔斷器保護(hù)、過(guò)壓、失壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、相接地保護(hù)、浪涌保護(hù)。

2.5 放電裝置的放電電阻及放電時(shí)間。為確保人身安全，電容器每次與電源斷開(kāi)后，應(yīng)能以的電壓自動(dòng)放電，使端電壓迅速下降。電容器切斷電源過(guò)30s后端電壓應(yīng)低于30v。放電裝置接成V型。

2.6 消諧功能?？紤]到礦井大型設(shè)備起動(dòng)頻繁，且硅整流設(shè)備同步電機(jī)等容量較大，極易產(chǎn)生多次諧波，危害供電設(shè)備的運(yùn)行安全。在電容器組中增加串聯(lián)電抗器（6%Qc），以吸收電網(wǎng)中的高次諧波。在1段、2段進(jìn)線柜中分別增加無(wú)功自動(dòng)投切裝置和智能型諧波記錄儀，以監(jiān)控礦井供電網(wǎng)中的諧波成分。

2.7 串聯(lián)電抗器選型。串聯(lián)電抗器的額定電壓、電流、容量、電抗值可按下式計(jì)算：

式中，Uck—串聯(lián)電抗器額定電壓（KV）；U—電網(wǎng)電壓（KV）；Qck—單臺(tái)串聯(lián)電抗器額定容量（KVA）；Qb—電容器額定容量（Kvar）；Ick—串聯(lián)電抗器額定電流（A）；m—串聯(lián)電抗器相數(shù)；Xck—串聯(lián)電抗器的電抗值。

3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)及效益

井下電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，可有效提高功率因數(shù)，降低線路和變壓器損耗的無(wú)功損耗，達(dá)到節(jié)電降耗的目的。以梁家煤礦東部采區(qū)為例，最大負(fù)荷約4 000 KW，平均功率因數(shù)0.65，按補(bǔ)償?shù)?.95計(jì)算，整個(gè)東部供電系統(tǒng)線路損耗可減少53%，節(jié)電效果顯著。同時(shí)經(jīng)過(guò)改造，提高線路終端電壓5%左右，較好地解決了梁家煤礦東部采區(qū)壓降過(guò)大、電氣設(shè)備末端起車?yán)щy的問(wèn)題。而且由于無(wú)功電流的減少，供電電纜的截面積可以適度縮減，可相應(yīng)減少供電成本。

綜上，礦用一般型高壓自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置將高電壓、電力電子與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，可以根據(jù)系統(tǒng)情況調(diào)整功率因數(shù)，補(bǔ)償快速變化的感性功率。電容在投切時(shí)不產(chǎn)生涌流與過(guò)電壓?jiǎn)栴}，安全性能明顯提高，補(bǔ)償精度高，調(diào)節(jié)反應(yīng)快，自動(dòng)化程度明顯提高。礦用一般性高壓自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置將高壓自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下，可以較好地改善電網(wǎng)質(zhì)量，減少無(wú)功損耗，節(jié)能效果明顯，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

TM862

A

1671-0037（2014）07-90-1

蔡祥信（1974-），男，工程師，研究方向：煤礦井下機(jī)電技術(shù)。