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煤炭礦山

1 煤礦企業(yè)供電面臨的關(guān)鍵問(wèn)題

自上世紀(jì)七十年代推廣機(jī)械化采煤后，煤礦的用電負(fù)荷增加，近年來(lái)，出于安全、采煤工藝和節(jié)能三方面的要求，大量非線性負(fù)荷在煤礦供電中被廣泛使用，例如礦井提升機(jī)、露天礦大型電鏟、運(yùn)輸皮電機(jī)、破碎機(jī)、水泵等設(shè)備都采用變頻裝置。尤其是礦機(jī)提升機(jī)、電鏟啟動(dòng)頻繁，負(fù)載變化大。電鏟在挖掘過(guò)程中，遇到大塊或樹(shù)根時(shí)提升和推壓結(jié)構(gòu)會(huì)經(jīng)常造成堵轉(zhuǎn)，這時(shí)電機(jī)要維持出力，勢(shì)必增加電樞電流，從電能角度看是一次迅速的無(wú)功沖擊；電鏟在作業(yè)中，為裝車(chē)方便、準(zhǔn)確，必須具有零位握持特性，即鏟斗滿料時(shí)，高懸空中，回轉(zhuǎn)到裝載位置過(guò)程中，鏟斗必須保持不下降，此時(shí)提升、推壓抱閘打開(kāi)，提升或推壓系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而速度給定在零位，速度調(diào)節(jié)器在工作狀態(tài)，為保持張力平衡，裝置輸出力矩大小為鏟斗和斗內(nèi)料的重力矩，保持鏟斗在空中不下降，如果多臺(tái)電鏟同時(shí)處于零位握持狀態(tài)，此時(shí)對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功需求非常大，從電能質(zhì)量角度分析，其表現(xiàn)為大幅值的無(wú)功上升波動(dòng)；提升機(jī)的弱磁升速特性表現(xiàn)為大幅值的無(wú)功下降波動(dòng)；破碎機(jī)是一個(gè)無(wú)功反復(fù)沖擊過(guò)程。煤礦供電系統(tǒng)常常遠(yuǎn)離供電負(fù)荷中心，存在供電距離長(zhǎng)，供電容量相對(duì)較小的問(wèn)題。在這樣供電客觀條件下，從電能質(zhì)量角度看，對(duì)煤礦供電網(wǎng)絡(luò)而言，用電負(fù)荷增加帶來(lái)的是無(wú)功沖擊的問(wèn)題，對(duì)安全影響是電壓的波動(dòng)于暫降；對(duì)經(jīng)濟(jì)型影響是無(wú)功損耗大，功率因數(shù)低造成力率罰款。

傳統(tǒng)的電容器型補(bǔ)償器面臨著：①難以適應(yīng)負(fù)荷波動(dòng)的變化。②電容器的投切對(duì)電網(wǎng)沖擊大。③諧波治理效果有限，多組濾波器組，占地面積大。④諧波放大，對(duì)電容器及系統(tǒng)的其它設(shè)備造成諧波過(guò)電壓。

2 無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展

隨著電力系統(tǒng)應(yīng)用需求的變化，業(yè)界學(xué)者提出了無(wú)功補(bǔ)償?shù)母拍睢脑缙趶V泛應(yīng)用同步調(diào)相機(jī)作為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，發(fā)展到靜止式無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC。SVC是一種較快速調(diào)節(jié)無(wú)功功率的裝置，國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議將SVC定義為7個(gè)子類(lèi)。①機(jī)械投切電容器（MSC）；②機(jī)械投切電抗器（MSR）；③自飽和電抗器（SR）；④晶閘管控制電抗器（TCR）；⑤晶閘管投切電容器（TSC）；⑥晶閘管投切電抗器（TSR）；⑦自換向或電網(wǎng)換向轉(zhuǎn)換器（SCC/LCC）。MSC和MSR是第一代靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，通常響應(yīng)速度以秒計(jì)，真空接觸器頻繁動(dòng)作，不能準(zhǔn)確地對(duì)負(fù)荷無(wú)功電流的變動(dòng)進(jìn)行跟蹤記錄，且投切電容器或電抗器時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊大。隨著電力電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的機(jī)械開(kāi)關(guān)被晶閘管替代，研發(fā)了以晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）和磁控電抗器（MCR）為代表的第二代無(wú)功補(bǔ)償裝置。MCR是在TCR基礎(chǔ)上發(fā)展的，由MCR磁閥式飽和電抗器、直流激磁調(diào)節(jié)單元、控制器及監(jiān)視器組成，通過(guò)改變鐵芯飽和度進(jìn)而改變電抗器的感抗，實(shí)現(xiàn)MCR輸出無(wú)功功率連續(xù)可調(diào)。這類(lèi)裝置占地面積大，存在諧振過(guò)電壓?jiǎn)栴}。

近幾年，在SVC成熟理論和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，借助不斷發(fā)展的電力電子技術(shù)，一種更先進(jìn)、更可靠、更靈活的無(wú)功補(bǔ)償裝置——大功率靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）由實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)場(chǎng)。隨著IGBT管降價(jià)和中國(guó)封裝線上馬生產(chǎn)，SVG的價(jià)格也大幅下降，許多無(wú)功補(bǔ)償裝置的生產(chǎn)廠家都開(kāi)始生產(chǎn)SVG。SVG屬于第三代動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。它以大功率三相電壓型逆變器為核心，通過(guò)連接電抗器接入系統(tǒng)，與系統(tǒng)側(cè)電壓保持同頻、同相，通過(guò)調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓幅值和相位實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)哪康摹?/span>

SVG有三種運(yùn)行模式（見(jiàn)表1）。空載運(yùn)行模式Ui=Us，Il=0，SVG不吸收、發(fā)出無(wú)功；容性運(yùn)行模式Ui＞Us，Il為超前電流，其幅值可以通過(guò)調(diào)節(jié)Ui來(lái)連續(xù)控制，從而連續(xù)調(diào)節(jié)SVG發(fā)出的無(wú)功；感性運(yùn)行模式Ui＜Us，Il為滯后電流，其幅值可以通過(guò)調(diào)節(jié)Ui來(lái)連續(xù)控制，從而連續(xù)調(diào)節(jié)SVG吸收的無(wú)功。

從技術(shù)上講，SVG較傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置有如下優(yōu)勢(shì)：

使用SVG可提高線路傳輸能力。可提高電壓穩(wěn)定性，根據(jù)負(fù)荷變化對(duì)無(wú)功輸出作進(jìn)一步調(diào)整，以防因無(wú)功倒送降低系統(tǒng)功率因數(shù)；實(shí)施調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，提高區(qū)域供電可靠性。對(duì)提升機(jī)、絞車(chē)、電鏟等礦山負(fù)荷無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理，可減少無(wú)功損耗，節(jié)能降耗；有源濾波可改善電能質(zhì)量；礦山供電線路長(zhǎng)，末端電壓低，使用SVG能夠提高電壓的穩(wěn)定性，控制大型負(fù)載啟動(dòng)過(guò)程中的電壓波動(dòng)或閃變，確保安全供電。除此之外，可有效濾除使用6脈沖變頻器產(chǎn)生5次和7次諧波及使用12脈沖變頻器產(chǎn)生的11次和13次諧波。

3 結(jié)論

無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理技術(shù)，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的關(guān)鍵，隨著電網(wǎng)的飛速發(fā)展，對(duì)補(bǔ)償和諧波治理技術(shù)的要求也越來(lái)越高，只有充分利用前沿的理論和先進(jìn)的技術(shù)，才能保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠、優(yōu)質(zhì)地運(yùn)行。