康明斯发电机组加装电容补偿装置工艺.pdf

露天 采矿 技 术 2 0 1 4年第7 期 6 1 D O h 1 0 1 3 2 3 5 c n k i 1 t c m 2 0 1 4 0 7 0 1 8 康明斯发电机组加装电容补偿装置工艺 秦 少华 神华准格 尔能源有限责任公司 哈 尔乌素露天煤矿 内蒙古 鄂尔多斯 0 1 0 3 0 0 摘要 神华哈 尔乌素煤炭分公 司哈 尔乌素露天煤矿是一座现代化程度很高的露天煤矿 所选用 的穿采及辅助设备是从世界各地进 1 2 的最先进的设备 针对 6 3 V 1 8 0 0 k W发 电车启动 l 1 9 0 E 钻机 困难 问题 通过分析发电机组的本身的负荷性质为阻感性 负载 加装 了高压无功就地补偿装 置 对整个高压无功就地补偿装置和其控制回路所需的各个电器元件 以及整体结构进行 了设计 计算 选择和安装 最终发 电机组可以顺利的启动 l l 9 o E钻机 关键词 移动发 电车 电容补偿装置 结构设计 中图分类号 T D 6 1 3 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 1 9 8 1 6 2 0 1 4 0 7 0 0 6 1 0 4 Te c h n o l o g y o f i n s t a l l i n g c a p a c i t a n c e c o mp e n s a t i o n d e v i c e i n c mn mn i n g s g e n e r a t o r s e t Q I N S h a o h u a 0 e r l t l H O p e n p i t l l n e S h e n h u a Z h u n g e e r E n e r g y C o L t d O r d o s 0 1 6 2 0 0 C h i n a Ab s t r a c t Ha e r w u s u o p e n p i t c o a l mi n e i n S h e n h u a Ha e r w u s u c o al b r a n c h i s a h i g h l y mo d e r n i z e d o p e n p i t c o a l mi n e u s i n g mo s t a d v a n c e d an d i mp o r t e d mi n i n g a n d a u x i l i a r y e q u i p me n t Ai mi n g a t t h e d i ffic u l t p mMe m o f 6 3 V 1 8 0 0 k W e l e c t ri c g e n e r a t o r w a g o n s t a r t i n g 1 1 9 0 E d ri l l ri g h i gh v o l t a g e V a r c o m p e n s a t i o n d e v i c e i s i n s t a l l e d t h r o u g h anal y z i n g g e n e r a t o r s e t i t s e l f a s a r e s i s t i v e i n d u c t i v e l o a d T h e w h de h i gh v o l t a g e V a t c o mp e n s a t i o n d e v i c e and e a c h c o mpon e n t and t h e w h o l e s t r u c t u r e f o r c o n t rol l i n g c i r c u i t a r e d e s i g n e d c a l c u l a t e d s e l e c t e d a n d i n s t a l l e d F i n all y g e n e r a t o r s e t c an s mo o t h l y s t a r t 1 1 9 0 E d ri l l ri g Ke y wo r d s mo b i l e g e n e r a t o r w ago n c a p a c i t anc e c o mp e n s a t i o n d e v i c e s t r u c t u r e d e s i gn 1 概况 哈尔乌 素露天煤矿在 2 0 0 8年 8月份购置 了 2 台 1 8 0 0 k W 6 3 k V移动发电车 车上配套使用的 发 电机组为康 明斯英 国新时代交流发 电机 公司生 产 2台移动发电车在露天矿主要担负着为坑下大 型用电穿采设备更换作业位置时启机 行走提供 电 源 要求能够满足哈尔乌素露天煤矿使用 的电铲和 钻机等穿采设备正常启动行走要求 但是在现场生 产实际使用过程中 无法启动露天矿使用的 1 1 9 0 E 钻机 经过矿供电技术人员结合 1 1 9 0 E钻机的技术 参数对钻机进行 了长期观察 发现当 1 1 9 0 E钻机投 入 自耦降压启动装置时 启动电流一般在 3 5 0 A左 右变化 全启动时启动 电流相 当于额定 电流的 4 4 倍左右 但是露天矿 1 8 0 0 k W 移动发 电车发 电机 输出的最大过载电流为 3 0 9 A 所 以 1 1 9 0 E钻机即 收稿日期 2 0 1 4 0 2 2 7 作者简介 秦少华 1 9 7 1 一 高级工程师 1 9 9 3年毕业于 内蒙古煤炭工业学校 现任职于神华哈 尔鸟素煤炭分公司露 天煤矿供 电队队长 使投入 自耦降压启动装置启动电流大于移动发电车 的最大输出电流 仍然无法启动 l 1 9 0 E钻机 经过分 析 主要由于移动发电车的输出功率较小 而且发电 机组本身属于阻感性负载 电阻性 电感性 功率因 数较低 导致最大输出电流达不到 1 1 9 0 E钻机的启 机 电流 下面是感性负载 电容 电阻在交流电路中 的电流电压特性 纯电感 电路中 电流 电压相位相差 9 o 电流 滞后电压 纯电阻电路中 电流电压相位相同 纯电容电路中 电流电压相位相差 9 o 电压滞后 电流 由于发 电机组为阻感性负载 其等效 电路 电压 特性如下 用电负载 其 电流与电压相位差为 该角度介于 0 9 0 电压超前电流 其中视在功 率 S U 由于 电压与电流方 向不一致 计算是把电 压分解为 2个分量 与电流方向一致 的分量 与 电流方 向垂直的分量 功率等于电压 与电流之 积 因此功率也可分为 2个分量 P C O S S c o s 6 2 露天采矿技术 2 0 1 4 年第7 期 Q U L l C O S S s i n S P Q 式中 s为视在功率 w P为有功功率 w Q为 无功功率 w 为功率因数角 通过以上对感性负载 电容 电阻在交流电路 中 的电流电压特性 中的分析发现 要想提高发电机组 的输 出功率需进行无功补偿 由于发电机组本身属 于阻感性负载 所以可以通过给发 电机组加装电容 来提高发电机组的功率因数 c o s 从而提高发电机 组有功功率 P S c o s 提高输 出电流来满足 1 1 9 0 E 钻机的启动 为此 决定为 1 8 0 0 k W 发电车增加补 偿电容来改善功率因数 1 1 并联电容器补偿是 目前 电力系统使用最广泛的一种无功补偿 作为无功补 偿设备 电容器有以下显著优点 不论采用分散还是 集中地补偿方式 均能较好的满足就地补偿 的要求 电容器的损耗低 效率高 现代电容器的损耗只有本 身容量的 0 0 2 左右 调相机除了本身的损耗外 其 附属设备还需用一定 的所用电 损耗 2 3 0 大 大高于电容器 由于制造技术的提高 使用了微机 自 动控制 V Q C 投 切电容器 配合 以设备上变压器 自 动调整运行电压的措施后 不仅使补偿容量调节灵 活 同时提高了设备运行的安全性 而且产生 了很好 的经济效益 自动电容器是静止设备 运行维护简 单 没有噪音 调相机为旋转电机 运行维护很复杂 并联电容器是电力中用得最多的一种无功功率补偿 设备 目前 国内外电力系统中 9 0 的无功补偿设备 是并联电容器 对补偿电容的结构元件进行选型 对 元件和电容柜整体结构安装进行了设计 2 高压无功就地补偿装置 电器元件设计选型 2 1 高压侧 电器元 件 选型 采用深圳市三和电力科技有限公司生产的单相 电力 电容器 其主要作用为把其与感性负荷 发动机 组 并联接在 同一电路 当电容器释放能量时 感性 负荷吸收能量 而感性负荷释放能量时 电容器却在 吸收能量 能量在 2种负荷之间互相交换这样感性 负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功 率中得到补偿 该 电容器主要特点为 电容选用优质 材料聚丙烯薄膜为介质 采用全膜结构 发热少 损 耗极小 并采用环保型的高稳定性无毒浸渍剂 密封 性能好 电容器内 自带放电电阻 电容器从 电网脱 离 经 内部放电电阻 自动放电 在 5 mi n内将残留电 压降低到 5 0 V以下 2 通过多次试验计算测得 启动时的功率 因数为 0 3 为算 出本次电容补偿值 设启动时的功率 因数 为 O 3 启动时的功率因数 C o s 0 3 补偿后启动时的功率因数 c o s 0 4 Q P 工 血一一 N 1 c o s 2 z COS 1 cos 2 6 3 2 1 选择电容器 Q 时需要考虑的因数 电容器选择 过大 引起 电动机 自励磁过电压 电容器容量 Q 选 择值为 6 o o k v a r 电容器对电压十分敏感 因电容器 的损耗与电压平方成正比 过 电压会使电容器发热 严重 电容器绝缘会加速老化 寿命缩短 甚至 电击 穿 因此 电容器装置应在额定电压下运行 一般不 宜超过额定 电压的 1 0 5倍 最高运行 电压不宜超过 额定电压的 1 1 倍 选择高压无功就地补偿装置 电 容器 为深圳市三和电力科技有限公司生产的产品 产品型号 H V C R 一 6 3 6 O O 额定容量 Q 6 0 0 k v a r 额定电压 U N 6 3 0 0 V 额定 电流 N 5 2 5 A 电容补偿柜中的电抗器采用三相干式铁芯电抗 器 磁性铁心设备由于其非线性 是谐波的首要产生 源 当今的电力电子技术应用产生 了更加严重 的谐 波 谐波严重地污染 了电网 可以说现在电网谐波无 处不有处处有 使用电容器时更把谐波放大甚至发生 某次谐波谐振 危及电网安全 为避免这种事端的发 生 采用电容器回路串电抗器解决 用以抑制谐波电 流和限制合闸涌流 与电容器组构成全谐振回路 滤除 特征次谐波 线圈采用环氧树脂浇注 动 热稳定性能 好 没有射频干扰电磁兼容性好 损耗小等特点 3 高压熔断器选用喷逐式 高压熔 断器作 为电容 器内部故障保护 该熔断器为开断容性小电流特性 好 因此主要是用于并联电容器的单台过流保护 切 断故障电容器 保证完好 电容器的正常运行 耐爆能 量 l 5 l J 电流互感器采用 L Z Z X l O Q 1 0 0 5 A的互感器 和电流表配套对装置的电流进行检测与显示 氧化锌避雷器选用的为电容器专用氧化锌避雷 器 主要作用是在电容器组的分闸过程中 断路器有 一 定的重燃率 一旦发生重燃就会产生较高的过电 压 危害 电容器及其相邻的电器设备 为了限制这种 过电压 安装 了江苏省溧阳市 目湖避雷器厂生产的 电容器专用型号为 Y H5 WR 一 1 0 2 7的氧化锌避雷器 用 以限制投切电容器组引起的操作过电压 露天 采矿 技 术 2 0 1 4年第7 期 6 3 高压带电显示器与电磁锁 电压传感器配合使 用 具有强制闭锁功能 确保操作人员 的安全 并有 高压已带电的警示作用 防止人员误操作 在高压无功就地补偿装置上一级安装了断路器 Q F 断开此级断路器时 可以断开高压无功就地补偿 装置的电源 高压无功就地补偿装置带电显示器无来 电显示 柜门电磁锁释放 柜门可以开启 按照检修步 骤对高压无功就地补偿装置可以安全的进行检修工 作 高压无功就地补偿装置一次 电气原理图如图 1 图 l 高压无功就地补偿装置一次电气原理图 图 1 中 Q F 上一级断路器 T A 电流互感 器 l J g X l O Q 1 0 0 5 A 准确级 0 5 C T 电流互感 器 变比 X 5 c 并联电容器 B A M 6 6 一 2 0 0 1 F U 高压限流式容断器 F F L D J 一 1 2 1 0 0 5 0 额定电 流 1 0 0 A L 干式铁心串联电抗器 C K S C 一 6 6 6 1 F v 氧化锌避雷器 Y H 5 WR 一 1 0 2 7 H 高压带 电显示器 D X N 一 7 Q A C 2 2 0 V 含绝缘子传感器 C G 2 2控 制 回路 电气元件 选 型 为了让高压无功就地补偿装置在 日常作业过程 中可以根据钻机的启动电流实现 自动控制 在高压无 功就地补偿装置的控制回路加装了 自 动 手动 钥匙 转换开关 S W 电流继电器 中间继 电器 真空接触器 指示灯 急停按钮 低压熔断器等 当高压无功就地补 偿装置在检修之后或试运行时需要将钥匙转换开关 S W 旋转到 手动 然后按下与其配套的真空接触器 K M合闸按钮 H B来检查高压带电显示器上的仪表 指示灯是否正常 观察各高压元件是否出现异常情 况 其中在分合闸按钮上对应的有红绿指示灯 确保 各元器件处于正常状态 在 日常使用过程中主要采用 自动运行 将进线柜 自动 手动 钥匙转换开关 S W 旋 转到 自动 位置 通过电流继电器方可实现根据设备 的启动电流大小实现 自动控制 电流继电器是在电动机启动期间根据启动电流 来实现 自动控制真空接触器的合闸及分闸 在 电流 继电器上可以设置过电流参数 复位参数 动作延时 时间 启动锁定时间设置 在发 电机组启动大型用电 设备过程中 当检测到用 电设备的启动 电流大于该 设置值时 并且达到了动作延时时间所设置的时间 继电器动作 真空接触器合闸 电容器投入运行 当 检测到电动机的电流小于复位值时 电流继电器复 位 真空接触器分闸 电容器退出运行 电流继 电器 上有 3个 指示灯 电源指示灯 绿 色 P WR 指示 灯 在电源接通时亮 继电器动作状态指示器 黄色 R Y 继电器动作时亮灯 警报指示器 红色 A L M 有 过电流或欠 电流时亮灯 指示器闪烁表示动作时间 正在计时 输入 已经超过 了极限的错误状态 电流继电器动作 图如 图 2 图 3 操作电源 动作值 输 警报 指 示 器 一 ill一 一 一 冤幻 继电器 l 一 r 动作NN o 1 3 0 s 1 L O c K N N o 3 0 s 操作 电源 动作值 图2 过电流动作图 输出 常开 警报指示 器 继电器 亮灯 图 3 欠电流动作图 输出 常闭 在高压无功就地补偿装置 的正 面配有急停按 钮 运行过程 中发生故 障或紧急状态时 无论装置处 于自动还是手动运行状态 都必须立刻按下 急停按 钮 可以立 即停止高压无功就地补偿装置工作 阻 止故障或紧急情况的进一步发生 控制 回路主要 电 器元件选型如图 4 图4中 K M 真空接触器 J C Z 5 7 2 D I D 4 0 0 A C 2 2 0 V D L 电流继电器 K 8 A B A S 2 A C 2 2 0 V 整 6 4 露天采 矿技术 2 0 1 4 年 第7 期墨 圜 翟 圄圜 A C 2 2 0 V电源 真 低压熔 断器 空 自动操作真空接触器 攻 触 手动操作真空接触器 器 樟 手动合闸闭锁 制 真空接 触器工作 回 路 真空 接触器合 闸指示 真 空接触器分 闸指示 图 4 控制回路主要 电器元件选型 定范围0 8 8 A K A 中间继电器 B 1 2 3 0 0 1 A C 2 2 0 V S W 钥匙转换开关 L W3 9 1 6 C Y S 一 6 0 B H B 合闸按钮 L A Y 5 0 2 2 D 一 2 0 R 2开 T B 分 闸按钮 L A Y 5 0 2 2 D 一 0 2 G 2 闭 S B 急停按钮 L A Y 5 0 2 2 B 一 0 2 Z R 2闭 H R 合闸指示灯 A D 5 6 2 2 D S R 3 1 A C 2 2 0 V 红色 H G 分闸指示灯 A D 5 6 2 2 D S G 3 1 A C 2 2 0 V 绿色 F U O 1 F U 0 2 低压熔断器 R T 1 4 2 0 4 A 熔心 电流4 A 3 改造后的使用效果 发电机组加装 电容补偿装置后 在补偿装置设 置为 自动投入时 需根通过单相电流继 电器 K 8 A B A S 2和 1 1 9 0 E钻机的 自耦降压启动装置上的时间继 电器来实现的 在生产现场启动 1 1 9 0 E钻机的试验 中 调节好电流继电器和时间继电器的匹配是关键 当启 动 电流达到 1 5 0 A时 投入电容补偿 由于 1 1 9 0 E钻机采用自耦降压启动装置 由降压启动切 换到全启动过程中将产生反冲过高的电压 所 以决 定在 1 1 9 0 E钻机投入全启动之前 先甩掉电容补偿 装置 然后投入全启动 最终将调整电流继电器过电 流参 数 s V 6 0 复位值 H Y S 7 动作延 时时间 值 T O 1 S 启动锁定时间值 L O C K 0 s 时间继电 器调整到 1 0 s 当启动电流达到 2 8 8 A时 电容补偿 投入 电流达到 2 6 7 A时甩掉电容补偿 1 1 9 0 E钻机 的时间继电器参数调整到 1 0 S 后投入全启动 此时 发电机组的电压为 6 4 k V 频率 5 0 H z 可以启动 l l 9 o E钻 机 考虑到电容器合闸时 由于电容器两端的电压不 能突变 所以电