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煤炭生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展的今天，煤礦作業(yè)中也運(yùn)用了大功率采煤機(jī)組,、運(yùn)輸設(shè)施等,，井下供電系統(tǒng)承擔(dān)的負(fù)荷就越來(lái)越多，這就要求整個(gè)供電系統(tǒng)必須提高供電質(zhì)量,。同時(shí),，隨著礦井智能化建設(shè)發(fā)展方向，對(duì)礦井供電設(shè)備的智能化水平要求要來(lái)要高,。煤礦供電系統(tǒng)也暴露出很多問(wèn)題,。電網(wǎng)無(wú)功占比大、功率因數(shù)過(guò)低：在煤礦井下供配電系統(tǒng)中還存在大量的感性負(fù)荷,如三相異步電動(dòng)機(jī)和變壓器,，這些感性負(fù)荷在配電系統(tǒng)中消耗大量的無(wú)功功率來(lái)維持電機(jī)所需的勵(lì)磁電流和勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩,，降低了系統(tǒng)的功率因數(shù)，造成線路電壓損失加大和電能損耗增加,。電網(wǎng)功率因素長(zhǎng)期運(yùn)行在0.4-0.7之間,，隨著煤炭產(chǎn)量增加，巷道延伸,，負(fù)荷增加,，井下電能損耗相當(dāng)嚴(yán)重。供電線路壓降大,，大型設(shè)備啟動(dòng)困難：隨著工作面的不斷延伸和用電負(fù)荷的不斷增加,，井下系統(tǒng)壓降增大，在設(shè)備集中啟動(dòng)時(shí)常會(huì)造成系統(tǒng)壓降較大,，不能滿足設(shè)備正常啟動(dòng),。電網(wǎng)諧波污染嚴(yán)重：煤礦供配電系統(tǒng)中應(yīng)用了很多電力電子裝置，這些裝置構(gòu)成了整流電路,、逆變電路,、直流斬波電路等。在這些裝置運(yùn)行的過(guò)程中,，產(chǎn)生了大量的諧波,，對(duì)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量造成了危害，常造成設(shè)備電子元器件的損壞,、控制系統(tǒng)的失靈,、繼電保護(hù)誤動(dòng)作等問(wèn)題的發(fā)生，威脅到整個(gè)礦井的安全生產(chǎn),。在供電系統(tǒng)中出現(xiàn)諧波時(shí),，導(dǎo)致電網(wǎng)回路的電壓峰值出現(xiàn)非常大的改變，損壞電纜線路,，最終出現(xiàn)漏電和產(chǎn)生火花的現(xiàn)象,，直接影響煤礦生產(chǎn)的安全性。危害電機(jī)電機(jī)會(huì)在諧波電流的影響下,，電機(jī)的軸承會(huì)受到危害,，電機(jī)溫升高，甚至電機(jī)會(huì)被燒壞,。諧波電流流經(jīng)變壓器時(shí)會(huì)導(dǎo)致銅損和雜散損耗增加,，諧波電壓則會(huì)使鐵損增加。變壓器效率降低,，噪聲增加,，壽命縮短。

煤礦井下電網(wǎng)質(zhì)量現(xiàn)狀

針對(duì)上述煤礦井下存在的各類供電問(wèn)題,，新風(fēng)光推出適應(yīng)井下多種工況隔爆兼本質(zhì)安全型靜止無(wú)功發(fā)生器（簡(jiǎn)稱防爆SVG）裝置,，該裝置解決了煤礦井下供電電網(wǎng)質(zhì)量問(wèn)題，在應(yīng)用于煤礦井下具有瓦斯,、煤塵等爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中,，獲得良好的應(yīng)用效果。 

新風(fēng)光井下電能質(zhì)量治理以及應(yīng)用方案

 防爆SVG解決方案

電能質(zhì)量解決方案

整體集中補(bǔ)償與區(qū)域性片區(qū)補(bǔ)償方案：主要應(yīng)用于10kV或者6kV中央變電所和采區(qū)變電所,，6kV/10kV系列防爆SVG裝置配置在井下6kV/10kV高壓供電線路中,，可以對(duì)整個(gè)工作面或多個(gè)工作面的所有負(fù)荷進(jìn)行集中補(bǔ)償，配合終端補(bǔ)償及終端設(shè)備變頻解決方案,，可以從系統(tǒng)層面提高工作面功率因數(shù),、濾除電網(wǎng)諧波，提升供電線路傳輸及供電能力,，節(jié)能降耗,。

終端補(bǔ)償方案：應(yīng)用于3.3kV或者1140V采煤工作面和掘進(jìn)工作面，并接于負(fù)荷設(shè)備側(cè),，在采煤,、掘進(jìn)工作面中，大型負(fù)荷設(shè)備諸如采煤機(jī),、掘進(jìn)機(jī),、運(yùn)輸機(jī)、泵站等與移動(dòng)變電站之間的供電距離較長(zhǎng),，設(shè)備啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生巨大無(wú)功沖擊,，造成末端電壓跌落嚴(yán)重，設(shè)備啟動(dòng)困難,。本方案采取無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)掘進(jìn)機(jī)設(shè)備單獨(dú)補(bǔ)償方式解決,，將礦用隔爆兼本質(zhì)安全型低壓靜止無(wú)功發(fā)生器配置在工作面，并接于負(fù)荷設(shè)備側(cè)可以快速跟蹤掘進(jìn)機(jī)啟動(dòng)瞬間產(chǎn)沖擊電流,，調(diào)節(jié)交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位,，發(fā)出無(wú)功進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,，用于提高末端網(wǎng)壓，穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行,，節(jié)能降耗,。

防爆SVG原理介紹

原理示意圖

SVG裝置的基本原理是：將自換相橋式電路組成的電壓源型變流器通過(guò)變壓器或者電抗器并聯(lián)到電網(wǎng)上。然后通過(guò)調(diào)節(jié)逆變橋中IGBT 器件的開(kāi)關(guān),，控制直流電壓逆變到交流電壓的幅值和相位,，因此，對(duì)于理想的SVG（無(wú)有功功率損耗）,，僅改變其輸出電壓的幅值即可調(diào)節(jié)與系統(tǒng)的無(wú)功交換：當(dāng)輸出電壓小于系統(tǒng)電壓時(shí),，SVG 工作于“感性”區(qū)，吸收無(wú)功功率（相當(dāng)于電抗器）,；反之,，SVG 工作于“容性”區(qū)，發(fā)出無(wú)功功率（相當(dāng)于電容器）,。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō),，通過(guò)控制連接電抗器兩端的端電壓即可控制SVG發(fā)出的無(wú)功功率性質(zhì)以及容量。

SVG運(yùn)行模式原理示意圖

煤礦現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

6kV 2.5Mvar 防爆SVG

該煤礦變電所功率因數(shù)在0.4-0.6之間波動(dòng),，后級(jí)大負(fù)載啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)變電所電網(wǎng)電壓拉低到80%額定電壓,，從而影響其他設(shè)備運(yùn)行，為了提高該變電所功率因素以及穩(wěn)定電網(wǎng)電壓,，根據(jù)反饋井下供電設(shè)計(jì)變電所后級(jí)采煤機(jī),、乳化泵等負(fù)載額定負(fù)荷和為4890kW。

為了滿足用戶需求,，配置一臺(tái)6kV2.5Mvar防爆SVG設(shè)備放置于該變電所,，距離綜采工作面電站距離為200m，距離前級(jí)中央變電所距離2880m,。

防爆SVG投運(yùn)后補(bǔ)償效果

運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備輸出最大無(wú)功補(bǔ)償為2.26Mvar此時(shí)負(fù)載側(cè)總的無(wú)功為2.33Mvar,，補(bǔ)償后網(wǎng)測(cè)系統(tǒng)無(wú)功僅剩余0Mvar，經(jīng)過(guò)無(wú)功補(bǔ)償后,，系統(tǒng)電壓跌落（6-5.99）/6=0.17%,，滿足后級(jí)設(shè)備的75%~110%波動(dòng)范圍要求,可以有效的補(bǔ)償并網(wǎng)點(diǎn)的無(wú)功需求及后級(jí)負(fù)載的供電電壓需求。

補(bǔ)償后線路無(wú)功和電壓情況

防爆SVG投運(yùn)后功率因數(shù)變化

防爆SVG設(shè)備補(bǔ)償前后的系統(tǒng)功率因數(shù)如圖2-5的數(shù)據(jù)對(duì)比所示,，補(bǔ)償前系統(tǒng)功率因數(shù)為0.4-0.68之間,，啟用SVG設(shè)備補(bǔ)償后系統(tǒng)功率因數(shù)為0.99左右，補(bǔ)償效果良好,。

SVG應(yīng)用前后功率因數(shù)對(duì)比

變電所治理方案實(shí)施后,，通過(guò)功率因數(shù)提升、負(fù)荷電流下降、負(fù)載有效使用率提高等因數(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能供電,，在提高供電質(zhì)量的同時(shí)可大幅節(jié)省電費(fèi)支出,。

新風(fēng)光高壓防爆SVG產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

高壓防爆SVG系列產(chǎn)品為滿足用戶對(duì)井下提高輸配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)、治理諧波,、補(bǔ)償負(fù)序電流的迫切需要,，具有以下優(yōu)勢(shì)：

▲ 模塊化設(shè)計(jì)，安裝,、調(diào)試、設(shè)定方便,。

▲ 動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快,，響應(yīng)時(shí)間≤5ms。

▲ 在補(bǔ)償容量足夠的前提下,，輸出電流諧波(THD)≤3%,。

▲ 多種運(yùn)行模式極大的滿足用戶需求，運(yùn)行模式有：恒裝置無(wú)功功率模式,、恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式,、恒考核點(diǎn)功率因數(shù)模式、恒考核點(diǎn)電壓模式,、恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式2,目標(biāo)值可實(shí)時(shí)更改,。

▲ 實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷變化，動(dòng)態(tài)連續(xù)平滑補(bǔ)償無(wú)功功率,，提高系統(tǒng)的功率因數(shù),，實(shí)時(shí)治理諧波，補(bǔ)償負(fù)序電流,，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量,。

▲ 抑制電壓閃變，改善電壓質(zhì)量,，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓,。

▲ 設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小,，便于井下搬運(yùn),。

結(jié)束語(yǔ)

礦山行業(yè)正在逐漸向大型化、智能化煤礦方向發(fā)展,，國(guó)家能源局,、國(guó)家礦山安全監(jiān)察局下發(fā)《煤礦智能化建設(shè)指南》,針對(duì)智能采煤、智能采煤,、智能運(yùn)輸?shù)染聦?duì)高質(zhì)量電網(wǎng)系統(tǒng)迫切需求,，由于井下大部分電網(wǎng)存在功率因素低以及諧波含量大一直是煤礦應(yīng)用痛點(diǎn)，新風(fēng)光高壓防爆SVG在南屯煤礦使用得到很好的應(yīng)用驗(yàn)證解決上述問(wèn)題，從而保證智能化礦井安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行,，煤礦智能化建設(shè)離不開(kāi)防爆SVG參與,，通過(guò)防爆SVG節(jié)能減排從而助力碳達(dá)峰、碳中和,，相信高壓防爆SVG必然有更大的發(fā)展和應(yīng)用,。