DQZHAN訊：無功補(bǔ)償及消諧裝置在煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：就礦井供電系統(tǒng)方面的問題，從高次諧波對(duì)煤礦供電系統(tǒng)的危害入手，分析有源濾波治理無功補(bǔ)償?shù)挠行ё饔?，進(jìn)而闡述無功補(bǔ)償及消諧裝置的應(yīng)用效果，以期對(duì)礦井的供電系統(tǒng)工作做出有益思考。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償;消諧裝置;供電系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD82

Application of Reactive Power Compensation and Harmonic Elimination Devices in Power Supply System of Coal Mines

LI Yi-an, ZHANG Di

(Yuncheng Polytechnic College of Shanxi Province, Yuncheng 044000, Shanxi, China)

Abstract: For the issues of mine power supply system, based on the hazards of the higher harmonic to the power supply system of coal mines, analyzes the effective role of active filter in managing reactive power compensation, and then describes the applied effect of reactive power compensation and harmonic elimination devices, in order to provide useful thinking for the work of power supply system of the mine.

Keywords: reactive power compensation; harmonic elimination device; power supply system

0 引言

煤礦的日產(chǎn)量隨著煤礦資源的需求量不斷增加，其生產(chǎn)作業(yè)過程少不了大型的電動(dòng)機(jī)等大功率電氣設(shè)備的使用，這些電氣設(shè)備的使用自然會(huì)帶來巨大的電動(dòng)機(jī)消耗，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在煤炭的全年生產(chǎn)中，有超過一半以上的電能是來自這些電動(dòng)機(jī)[1]。需要特別提到的是，在煤礦的供電系統(tǒng)中，大部分情況都存在著非線性感性負(fù)載的情況，這個(gè)時(shí)候，如果我們不能采取適當(dāng)?shù)臒o功率補(bǔ)償措施，會(huì)降低整個(gè)供電系統(tǒng)的功率，而且設(shè)備的運(yùn)行過程中，必然會(huì)產(chǎn)生一定的諧波污染，這些諧波污染不僅會(huì)給供電功率帶來更負(fù)面的影響，還會(huì)導(dǎo)致電壓的畸變。這些問題的出現(xiàn)帶來的能源浪費(fèi)不可小覷，更嚴(yán)重的是會(huì)降低供電水平，影響煤炭作業(yè)的生產(chǎn)**。

上面我們提到的無功補(bǔ)償技術(shù)，是在煤礦供電系統(tǒng)中非常成熟，也是非常常見的一種技術(shù)，主要是應(yīng)用在供電系統(tǒng)的節(jié)能減排中，可以*大限度地將單位電能利用起來[2]。但是在實(shí)際的煤炭供電系統(tǒng)中，這種技術(shù)的應(yīng)用也需要提高，直接影響到了供電質(zhì)量，進(jìn)而給整個(gè)煤炭生產(chǎn)帶來損失。因此，我們需要在無功補(bǔ)償技術(shù)上多做思考和改進(jìn)，將煤礦供電系統(tǒng)發(fā)揮起來，來保證大型電氣設(shè)備的運(yùn)行。下面從三個(gè)主要方面就這個(gè)問題進(jìn)行分析。

1 高次諧波對(duì)煤礦供電系統(tǒng)的危害

在煤炭的供電系統(tǒng)中，往往會(huì)由于非線性負(fù)荷容量的增加而產(chǎn)生高次諧波，這些諧波的產(chǎn)生會(huì)影響到供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，會(huì)產(chǎn)生電壓的畸變，這些畸變直接影響到供電質(zhì)量，也就無法滿足大型電氣設(shè)備的用電需要。這時(shí)候所需要用到的無功補(bǔ)償裝置，常常是由安裝在電容器柜中的補(bǔ)償電容器構(gòu)成的，這些電容器容量的計(jì)算是由系統(tǒng)固定的，一般情況下是根據(jù)處于基波頻率條件下所需的無功功率來獲得。在這個(gè)過程中，會(huì)產(chǎn)生的大量的并聯(lián)高次諧波。其電流量甚至超過了基波電流的幾十倍，如此強(qiáng)大的高次諧波，會(huì)導(dǎo)致電壓的畸變，造成無功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償啟用，進(jìn)入一種非良性的補(bǔ)償循環(huán)中。針對(duì)這個(gè)問題，我們可以在補(bǔ)償電容器中安裝如下圖1所示的裝置，來緩解高次諧波給供電系統(tǒng)帶來的危害。具體的裝置圖1如下。

安裝了圖1中的無功補(bǔ)償及消諧裝置后，會(huì)讓原來單一容器的容抗特性轉(zhuǎn)換為感抗特性，這種轉(zhuǎn)變帶來的變化是明顯的，會(huì)使得原來無功補(bǔ)償裝對(duì)高次諧波的放大消失，讓供電系統(tǒng)得到凈化，保證大功率的電氣供電設(shè)備的正常使用和運(yùn)行，從而提高整個(gè)煤炭作業(yè)的生產(chǎn)效率。

2 有源濾波治理無功補(bǔ)償?shù)木唧w技術(shù)分析

無功補(bǔ)償裝置及消諧裝置在煤礦供電系統(tǒng)的應(yīng)用，主要從有源濾波治理無功補(bǔ)償?shù)慕嵌热胧株U述。無功補(bǔ)償裝置主要是由電容器組成的，在補(bǔ)償電力容器時(shí)，是要通過配電網(wǎng)進(jìn)行切投，不過由于其設(shè)備本身并不具有抗諧波的能力，非常容易受到系統(tǒng)中非線性感性負(fù)載的影響而產(chǎn)生諧振[3]。這些在電容器內(nèi)部形成的諧振，基本上超過了額定電流的數(shù)倍，如此強(qiáng)大的諧振電流對(duì)電容器本身會(huì)造成很負(fù)面的影響，甚至?xí)a(chǎn)生損毀的情況。同時(shí)需要提到的是，這些諧振電流也會(huì)導(dǎo)致無功補(bǔ)償柜中的其它設(shè)備原件過熱，進(jìn)而導(dǎo)致原件和設(shè)備的燒毀，給生產(chǎn)**和生產(chǎn)質(zhì)量帶來巨大的影響。針對(duì)這個(gè)問題，在煤礦供電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償中，需要首先解決諧波帶來的諧振過大的情況，對(duì)其控制是至關(guān)重要的，具體的方案如下圖2。

在煤礦的供電系統(tǒng)中，針對(duì)諧振過大的問題一般采取清波的方案，而清波治理無功補(bǔ)償主要包括了有源濾波治理無功補(bǔ)償和無源濾波治理無功補(bǔ)償兩種方案。其中，有源濾波治理無功補(bǔ)償方案的局限性是很大的，對(duì)施用的設(shè)備也有很高的要求，要求設(shè)備功率比較小，諧振污染也要比較小，比如一些精密儀器和通信設(shè)備等，但是這個(gè)方案運(yùn)用在這些設(shè)備上的成本比較大[4]，在煤礦開采和挖掘作業(yè)中，大多數(shù)是功率巨大的電氣設(shè)備，且諧振污染很大，在這樣的系統(tǒng)中，是很難發(fā)揮其應(yīng)有的作用的。

而無源濾波治理無功補(bǔ)償方案則比有源濾波治理方案運(yùn)用廣泛，從上圖2中我們可以看出，自動(dòng)控制器經(jīng)過內(nèi)部的DSP數(shù)據(jù)處理單元分析處理判斷系統(tǒng)需要進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，其容器內(nèi)部會(huì)有一套動(dòng)態(tài)的命令來控制K1-K4電容器開關(guān)，與所需的無功補(bǔ)償是相應(yīng)的，所形成的電容器的切投也是相應(yīng)的，這樣，不僅完成了供電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償，還解決諧振波問題，達(dá)到一個(gè)濾波的功能，對(duì)于整個(gè)供電系統(tǒng)的運(yùn)行都有十分重要的作用[5]。另外，無源濾波治理無功補(bǔ)償及消諧裝置的無功補(bǔ)償作用有針對(duì)性，特別是對(duì)于會(huì)產(chǎn)生較**含量的電氣設(shè)備的補(bǔ)償作用比較好，從圖2中可以看出，這種無功補(bǔ)償作用的形成，主要是通過連接電感，同時(shí)并聯(lián)電容之間的匹配，使得諧波所經(jīng)的并聯(lián)低阻力，形成了一條低阻通道，為濾波電流展開通道，將諧波電流的流入降低到*小，完成無功補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)運(yùn)行。

3 無功補(bǔ)償及消諧裝置的應(yīng)用效果

通過上文的具體技術(shù)分析，我們了解到無功補(bǔ)償及消諧裝置的應(yīng)用，其應(yīng)用效果可以說是十分明顯的，一方面，這種應(yīng)用可以提高煤礦供電系統(tǒng)的供電功率，提高其負(fù)載電能的功率，另一方面，還可以大大降低相應(yīng)系統(tǒng)的能耗，將配電電壓穩(wěn)定在一定的數(shù)值之內(nèi)，從而提高整個(gè)供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。同時(shí)，這種無功補(bǔ)償及消諧裝置，會(huì)減少有功功率對(duì)配電系統(tǒng)帶來的**影響，減少?zèng)_擊，也就能夠保證大型電氣設(shè)備的用電需求，使得整體的煤礦供電系統(tǒng)有效運(yùn)行。

4 結(jié)語

上文中我們提到的無功補(bǔ)償及消諧裝置，一般來講是針對(duì)大型煤礦電氣設(shè)備所進(jìn)行的無功補(bǔ)償，一方面是對(duì)煤礦中的配電系統(tǒng)的補(bǔ)償，另一方面也可以解決供電系統(tǒng)中的諧波過大問題，給大型電氣設(shè)備的運(yùn)行提供一個(gè)良好的環(huán)境。從上文中的技術(shù)分析中我們可以理解，無功補(bǔ)償及消諧裝置的運(yùn)用，是可以有效地減少高次諧波的產(chǎn)生，可以減少高次諧波給供電系統(tǒng)帶來的沖擊，進(jìn)而也就減少了系統(tǒng)過熱等問題，延長(zhǎng)電氣設(shè)備的使用壽命，需要特別提到的是，這種技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于節(jié)能減排的作用也是非常有效和明顯的，降低了單位煤炭的生產(chǎn)成本，起到了一個(gè)減少消耗的作用?？偨Y(jié)來講，就礦井供電系統(tǒng)方面的問題，從高次諧波對(duì)煤礦供電系統(tǒng)的危害入手，分析了有源濾波治理無功補(bǔ)償?shù)挠行ё饔?，進(jìn)而對(duì)無功補(bǔ)償及消諧裝置的應(yīng)用效果進(jìn)行了闡述，希望對(duì)實(shí)際工作中的煤礦供電系統(tǒng)的改善提出有益的思考。