煤矿供电系统谐波的治理与无功补偿技术的研究.pdf

引言 随着矿井现代化技术的深入发展，其供电系统 中各个大型设备都采取了较为先进的电控技术。这 些最常使用的技术主要有 晶闸管整流器 - 直流电 动机、 交流电机 - 晶闸管串级调速等； 采取 PLC 的 软启动形式等，这种电控形式具有接线及维护简便 的优势， 增强了设备运行的安全性， 但是同时也导致 谐波受到了污染[1]。 1供电电网谐波的危害 其影响主要体现在谐波扩大。供电体系存在的 谐波源为电流源。 电容器及主系统都属于分流。 电容 器不仅可以吸取谐波源电流，而且可以吸取主系统 形成的谐波电流。当 nn 的时候， 产生谐波震动， 当 nn 时， 主系统形成的分流将会超出谐波源的电流。 当 N1nn2时， 谐波的范围将会不断扩大 [3]。 谐波电流不仅会形成附加损耗，导致电机温度 过高， 还会导致电机发生振动。 1） 对同步电机的出力造成阻碍； 2） 感应电机 额定转速背景下形成的有效转矩 将会因过大的谐波而降低，同时会在低转速下形成 寄生转矩。 由于各个形式的继电保护设备都是依据工频条 件来进行设计的， 谐波的产生会导致错误动作。 对于 运用电力线路作为联系通道的远动设备而言，谐波 电流将会对动作母线的电压畸变造成影响及产生破 坏，还将会对整流装置中触发脉冲装置的触发周期 造成极大的影响，进而导致晶闸管不具有对等的触 发角[4]。 影响因素在于谐波对相接近的通信线路造成了 电磁及静电感应。 2变频器谐波电流的分析 该变频器中主电路的构成主要为两组反向并联 的整流器，该整流器一般都采取了三相桥式全控整 流电路， 对于换相流程及电流脉动不加以考虑， 假设 交流侧的电抗为 0， 直流电感 L 较大， 负载为三相桥 式全控整流电路[5]。 但通过与可控硅的整流电路相对比，该变频器 的网侧谐波电流具有极为复杂的频谱， 但幅值过小， 其网侧除了整数谐波及基波之外，还包含了非整数 的旁频谐波。 由此可知， 该变频器的网侧形成的谐波电流的 频率和大小与主电路的构造相关。因此， 对较复杂 的工程进行理论计算时， 通常会采取计算机模拟或 类似于现场的实测数据相对比来明确其网侧的谐波 电流[6]。 该变频器中主电路的构成主要有整流部分、 中 间直流部分及逆变部分，对网侧谐波电流进行分析 的核心在于整流部分，假定变压器与变频器呈现几 何对称状态，并且其输出可以当作是整流电流的解 祸，此时变频器所具有的网侧电流与可控硅的整流 器极为相近， 仅仅具有特征谐波的分量； 但两者又存 在一定的不同， 其负载具有阻容性质。 处于轻载状况 下， 整流器不具备持续的网侧电流， 其谐波的含量通 常要更大[7]。 对网侧谐波进行理论分析一般较为复杂。大部 分著名的变频器生产商都可以提供出出厂的变频器 含量的各个资料。还可以基于在额定负载背景下谐 波的含量表与各个负载率背景下基波及谐波的含量 煤矿供电系统谐波的治理与无功补偿技术的研究 齐君 （山西潞安矿业集团漳村煤矿， 山西长治046032） 摘要 为提高煤矿供电系统供电质量， 从多方面分析了供电电网谐波的主要危害， 探讨了变频器的谐波电流， 提出了抑制电力谐波的方法与进行电力无功补偿的新方法， 通过综合应用这些方法， 能有效治理供电系统谐波， 可达到显著提高煤矿供电系统供电质量的目的。 关键词 供电系统功率因数谐波危害无功补偿供电质量 中图分类号 TM714.3文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 06-0266-02 收稿日期 2020-04-06 作者简介 齐君 （1988） ， 男， 本科， 毕业于太原理工大学电气 工程及其自动化专业， 助理工程师， 研究方向为煤矿供电。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.06.116 总第 206 期 2020 年第6 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 206 No.6， 2020 专题与综述 2020 年第 6 期 表来进行估算。 特征谐波与电压型变频器较为相似。但电机侧 与网侧之间的解祸远远不如电压型变频器的效果， 并且电机侧的谐波会对网侧的谐波造成较大的影 响， 因此网侧形成谐波的次数为非整数。 3谐波治理 选择最有效的供电模式，即通过容量较大的供 电点或者利用电压较高的电网来为谐波源进行供 电； 避免谐波因电容器的影响而放大， 抑制方法为添 加串联的电抗器，其原理为电容器与电抗器相互构 成无源滤波器； 增强设备抗谐波干扰的能力， 确保设 备可以在某个限度的谐波背景下运行；完善谐波的 保护功能，即针对谐波敏感的设备可以运用灵敏度 较高的保护设备。 1） 将整流设备的相数或脉波数加以提升。通过 运用多重化技术来提高脉波数，它主要是将数个整 流器相互联合所运用， 采取多个方波相叠加的形式， 以有效清除低频率的谐波，取得与正弦波相接近的 阶梯波。 2） 将谐波源的设置或工作形式加以转变。具有 集中谐波互补性的设备应当加以分散，并对谐波产 生的工作形式加以约束。 3） 对高功率因素进行设计或运用。变流器大多 运用 PWM 技术，促使整流器形成较高的谐波频率 及较低的幅值， 波形与正弦波相接近， 但仅可应用于 自关断部件。 1） 采取无源滤波器 PE。 主要包含高通或单调谐 两种滤波器， 可以汲取相应的谐波电流， 同时还可以 开展无功补偿， 有助于维护。 2） 采取有源滤波器 APF。 主要有串、 并联两种方 式， 可以对谐波加以隔离或者补偿， 并联型还可以做 出无功补偿。 3） 采取混合型的有源滤波器 HAPF。它具有两 个优势，分别为具有较好的 APF 性能和较少的 PF 成本。 4无功补偿 无功补偿的方法 1） 静态补偿， 其主要针对功率因数的平均值； 2） 动态补偿， 其主要针对冲击性的无功功率。 所采取的静补方式是在用电装置与公共电网相 连接的部位并联相应的电容器组，运用容性无功来 对感性无功进行补偿，降低用电装置所吸收的无功 功率， 增强功率的因数。 电容器主要有电容器常接方 式和电容器自动投切方式存在以下两种接入形式。 其目的在于对因冲击性无功功率所导致的电网 电压出现的波动加以抑制。 目前， 工程中主要存在以 下两种补偿方式。 基于负载无功功率的状况，通过运用晶闸管中 无触点开关来对电容器发挥投切作用，从而确保无 功功率的总和降低。TSC 控制器的输入及输出分别 为无功功率的分量 QL和 TS1-TSn的投切指令。控制 器依据 QL的数值来明确将投切命令下达给哪几个 晶闸管的无触点开关，向电网来动态化的补充 QTS1～QTSn的容性无功功率[8]。 晶闸管控制电抗器又名相控电抗器。依据负载 无功的功率，通过对晶闸管的触发延迟角进行有效 控制，以此来对 TCR 形成的无功功率进行控制， 再 由于 TCR 形成的无功功率之和基本维持不变。这样 一来， 电网中无功功率的总和增加了， 但是其波动却 降低了。 5结语 无功补偿可以极大改善电能的质量电压。随着 矿井电子装置的深入运用，应对谐波治理与无功补 偿技术结合研究，运用有效的检测与评估方法对电 网进行测评，尤其对于煤矿电网，即使在正常运行 时， 也应当对电网的质量进行检测与评估。 保证供电 系统具备较好的电能质量， 确保设备维持稳定运行。 参考文献 [1]肖洪梅， 刘慈浩.新型油浸式节能配电变压器的设计[J].电子技 术与软件工程， 2019 （8） 40-42. [2]巩庆.晶闸管投切电容器动态无功补偿技术及其应用[J].电网 技术， 2005 （2） 118-122. [3]赵伟， 罗安， 唐杰， 等.静止无功发生器与晶闸管投切电容器协 同运行混合无功补偿[J].中国电机工程学报， 2009 （19） 92-98. [4]张琛.矿用变压器散热改进方法探究[J].矿业装备， 2018 （5） 22-24. [5]张艳.矿用干式变压器绝缘状态评估方法分析[J].山西焦煤科 技， 2018 （8） 10-12. [6]王贺， 商立群， 崔姝浩， 等.煤矿矿井供电系统无功补偿技术的 应用分析[J].安徽电力， 2016 （4） 40-42. [7]悦波.煤矿动态无功补偿方案设计与仿真[J].能源与节能， 2015 （4） 58-60. [8]聂荣华.矿山供电系统中动态无功补偿装置的设计应用[J].矿 山机械， 2014 （5） 71-73. （编辑 贾娟） （下转第 298 页） 齐君 煤矿供电系统谐波的治理与无功补偿技术的研究267 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 参考文献 [1]弯勇.矿井提升机制动力矩的不确定度评定方法[J].矿山机械， 2019， 47 （6） 16-19. [2]杨佳佳.浅析矿井大型提升机液压制动系统[J].中国新技术新 产品， 2018 （4） 56-57. [3]杨莺， 叶学龙， 叶超.超深矿井提升机制动盘热性能分析与优化 [J].工程设计学报， 2019， 26 （1） 47-55. [4]张水林.矿井提升机盘式制动器故障分析与应对措施[J].煤矿 机械， 2019， 40 （8） 164-165. [5]朱程林， 王飞.矿井提升机制动力矩检测方法研究[J].矿山机 械， 2018， 46 （6） 32-35. [6]李毅华， 范飞飞， 邓家一， 等.矿井提升机液压制动系统的改进 设计[J].煤矿机械， 2019， 40 （11） 16-17. （编辑 王瑾） Problems and Improvement Measures of Mine Lifting Mechanism Gao Xin （Hongsha No 1 Construction Co., Ltd., Yangquan Shanxi 045000） Abstract Combined with the working principle of hoist braking, this paper analyzes the function of lifting mechanism moving mechanism and the cause of brake mechanism failure, puts forward the hoist system controlled by PLC frequency converter, and analyzes the maintenance precautions and common fault handling s of lifting mechanism moving mechanism to improve the brake effect of hoist and ensure safety in production. Key words mine; hoist; brake mechanism; problem; improvement measures Application of Automation Technology in Fully Mechanized Mining Face Li Pingsheng （Jinneng Group Jinzhong Co., Ltd., Jinzhong Shanxi 030600） Abstract The application of automation technology in fully mechanized mining face is deeply analyzed from the aspects of shearer control, hydraulic support control system, conveyor control system, fully mechanized mining adaptive overcurrent protection system, fault diagnosis system of “three machines“ working condition and early warning system. At present, the automation technology of fully mechanized mining face is developing towards the direction of unmanned automation and intelligence. Under different geological conditions, the adaptability of automation technology is also improving, and the intelligent mining technology of unmanned working face will become possible step by step in the future. Key words automation technology; fully mechanized face; application （上接第 275 页） Research on Harmonic Control and Reactive Power Compensation Technology of Coal Mine Power Supply System Qi Jun （Zhangcun Coal Mine, Shanxi Luan Mining Group, Changzhi Shanxi 046032） Abstract In order to improve the power supply quality of coal mine power supply systems, this paper analyzes the main hazards of power supply harmonics from multiple aspects, discusses the harmonic current of the inverter, and proposes s to suppress power harmonics and per power a new of reactive power compensation. By comprehensively applying these s, the harmonics of the power supply system can be effectively controlled, and the purpose of significantly improving the power supply quality of the coal mine power supply system can be achieved. Key words power supply system; power factor; harmonics; hazards; reactive power compensation; power supply quality （上接第 267 页） 298