浅谈煤矿供电系统的无功补偿

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅谈煤矿供电系统的无功补偿 摘 要 煤矿提升机属冲击性负荷， 冲击功率大，持续时间长，当采用晶闸 管直流调压调速或交流变频调速时，谐 波污染严重，常常造成煤矿区域电网谐 波超标，危及煤矿供、用电安全。为确 保矿井供电安全及减少无功消耗，进行 谐波治理和无功补偿十分重要且势在必 行。 中国论文网 /1/view-12781237.htm 关键词 谐波 功率因数 无功补 偿 电抗器 中图分类号：TD611.3 文献标识 码：A 文章编号：1009-914X（2014） 04-0351-01 1.概述 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 对于供电系统的无功补偿，传统 上只用滤波装置实现。但对于负荷变化 较频繁，尤其是煤矿供电系统主、副井 绞车无功的变化频繁，若仅装设谐波滤 波装置，由于其无功补偿是恒定的，因 此就造成了在母线负荷重的时候，无功 功率的补偿不足，而在负荷轻的时候， 无功又倒送回电网，使母线电压升高。 我国目前对无功的考核采用“反转正计” 的方法，即吸收无功和反送无功均累计 无功电度，造成功率因数更加低。 2.系统谐波危害 谐波电流会在电网阻抗上产生同 频率的谐波电压，并叠加在电网正弦电 压上，使电网电压发生畸变。畸变后的 正弦电压施加在所有电器设备端，会对 这些设备正常工作带来危害，因为电气 设备均按正弦电压设计制造，当电压有 畸变时，将会使设备发热，力矩不稳， 甚至损坏。主要表现为： （1）谐波对旋转电机的影响： 谐波对旋转电机的主要影响是产生附加 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 损耗，其次产生机械振动，噪声和谐波 过电压。 （2）谐波对供电变压器的影响： 谐波对供电变压器的影响主要是产生附 加损耗，温升增加，出力下降，影响绝 缘寿命。 （3）谐波对变流装置的影响： 交流电压畸变可能引起不可逆变流设备 控制角的时间间隔不等，并通过正反馈 而放大系统的电压畸变，使变流器工作 不稳定，而对逆变器则可能发生换流失 败而无法工作，甚至损坏变流设备。 （4）谐波对电缆及并联电容器 的影响：当产生谐波放大时，并联电容 器将因过电流及过电压而损坏，严重时 将危及整个供电系统的安全运行。 （5）谐波对通信产生干扰，使 电度计量产生误差。 （6）谐波对继电保护自动装置 和计算机等也将产生不良影响。 （7）影响开关切断短路电流的 能力。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 （8）影响小电流接地系统消弧 线圈的补偿效果及灭弧能力，可造成供 电电缆起火，影响连续供电及供电安全。 大量的非线性负荷接入电网，使 得电网电压已不是人们所想象的正弦波， 而是发生了较大畸变，即产生了高次谐 波。高次谐波对旋转电机和变压器的影 响主要是引起附加损耗和过热，其次是 产生机械振动、噪声和谐波过电压。这 些将缩短电机的寿命，情况严重时甚至 会损坏电机。对同步电机来说，定子绕 组流过谐波电流后将产生与谐波频率相 对应的旋转磁场，在转子绕组中感应出 谐波电流。由于谐波频率高，集肤效应 显著，因此谐波电流只在转子各部件的 表层流动，所以转子中的阻尼绕组、槽 楔、齿和套箍最容易受到谐波电流的损 害。 一般母线上接有很多电动机，按 承受谐波电压的能力来考虑比按单台电 动机承受谐波电流能力来考虑更合理。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 除谐波引起的损耗外，谐波引起的机械 振动也有很大危害。 3.无功功率对设备及经济运行的 危害 （1）大量无功使系统功率因数 较低，浪费大量能源。 （2）使供电母线的电压产生波 动（大约在 5%左右） ，降低了机电设备 的运行效率，供电母线电压产生波动时， 将使用户的异步电机负荷转矩随之变化， 输入负荷的有功功率下降，影响生产和 设备的出力。 （3）无功冲击引起母线电压波 动剧烈，严重时影响自动化装置的正常 工作。 4.动态功补技术主要类型分为如 下几种： （1）静止型动态无功补偿装置 （SVC）：该装置为晶闸管控制电抗器 +滤波装置（TCR+FC ）方式。其功能具 有平滑调节无功补偿容量、系统响应速 度快，并能综合治理谐波，普遍应用在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 煤矿系统、冶炼行业、电力系统和电气 化铁道等。 （2）分组投切电容器方式：真 空接触器（断路器）投切方式，投切时 开关触头间会产生电弧，因电容回路的 通断过程中会产生较高的操作过电压和 冲击电流，触头间易产生电弧重燃，对 开关及电容器安全运行产生较大的影响。 （3）磁阀式补偿方式：装置由 补偿电容器和并联可调电抗器组成，通 过高阻抗电抗器磁通的调节，使其与并 联电容器中多余的容性无功容量平衡。 这是自饱和电抗器补偿方式的一种变型 产品，因损耗大，运行成本高，调节速 度慢，补偿范围有一定的限制，属于淘 汰技术。 5.主要研究内容、途径和技术路 线 经过各类方案的综合比选，适合 煤矿供电系统的无功补偿方案可选择技 术先进的静止型动态无功补偿装置 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 （SVC） ，即晶闸管控制电抗器 （TCR+FC）方案。其重要特点是能自 动连续平滑调节补偿无功功率，改善电 压波动、抑制谐波、提高功率因数。 SCV（高压静止型动态无功补偿） 系统接入电网中，电容器提供固定的容 性无功 Qc，补偿电抗器通过的电流决 定了补偿电抗器输出感性无功 QTCR 的大小，感性无功和容性无功相抵消， 只要能做到系统无功 Qn=Qv（系统所需） -Qc+QTCR=常数（或 0） ，则能实现电 网功率因数=常数，电压几乎不波动， 关键是准确控制晶闸管的触发角，得到 所需的流过补偿电抗器的电流，晶闸管 变流装置和控制系统能够实现这个功能， 采集母线的无功电流值和电压值，合成 无功值，和所设定的恒无功值（可能是 0）进行比较，计算得触发角大小，通 过晶闸管触发装置使晶闸管流过所需电 流。 可调电抗器补偿无功 假设负荷消耗感性无功 QL，负 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 荷的最大感性无功为 Qlmax，若取 QC=Qlmax，即系统先将负荷的最大感 性无功用电容补偿。当负荷变化时，电 容与负载共同产生一个容性无功冲击， QP=QC-QL，这时，用一个可调电抗 （电感）来产生相对应的感性无功 QB，抵消容性无功冲击，这样在负荷 波动过程中，就可以保证：QS=QC-QB- QL=0 可调相控电抗器（TCR）产生 连续变化感性无功的基本原理，U 为交 流电压，Th1、Th2 为两个反并联可控 硅，控制这两个可控硅在一定范围内导 通，则可控制电抗器流过的电流 i，i 和 u 的基本波形。 为 Th1 和 Th2 的触发角，则有 i=（cos-cost） i 的基波电流有效值为：I1=（2- 2+sin2a） V：相电压有效值 L：电抗器的基波电抗（） 因此，可以通过控制电抗器 L 上 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 串联的两只反并联可控硅的触发角 来 控制电抗器吸收的无功功率的值。 SVC 系统的组成及控制原理： 恒无功控制，保证功率因数及电压波动： 在 SVC 系统中，电容器（滤波器 FC） 提供固定容性无功功率 Qc，补偿电抗 器通过具有完好线性特征的的电流决定 了从补偿电抗器输出的感性无功值 QTCR，感性无功与容性无功相抵消， 只要 QN（系统）=QV（负载）- QC+QTCR=恒定值（或 0） ，功率因数 就能保持恒定，电压几乎不波动。最重 要的是精确控制可控硅的触发角，获得 所需要的电抗器的电流。根据采集的进 线电流及母线电压经乘法器后得出要补 偿的无功功率，计算机发出触发脉冲、 光纤传输至脉冲放大单元，经放大后触 发可控硅，得到所补偿的无功功率。 针对煤矿供电电网的状况，静止 型动态无功功率补偿及滤波设备将所有 冲击负荷及产生谐波