唐口煤礦動(dòng)補(bǔ)及濾波器系統(tǒng)設(shè)計(jì)11

1、唐口煤礦動(dòng)補(bǔ)及濾波器系統(tǒng)設(shè)計(jì)唐口煤礦動(dòng)補(bǔ)及濾波器系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、概述晶閘管變流器傳動(dòng)系統(tǒng)為非線性負(fù)載，運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，這些諧波電流注入電網(wǎng)后，不僅引起供電電壓波形畸變，供電質(zhì)量降低，而且嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全供電和用電設(shè)備的安全運(yùn)行。另一方面，晶閘管變流器傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)無(wú)功沖擊較大，導(dǎo)致供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)及功率因素較低（一般在0.6左右），因此必須進(jìn)行必要的濾波和無(wú)功補(bǔ)償。如果采用常規(guī)的并聯(lián)電力電容器補(bǔ)償，將會(huì)對(duì)諧波電流產(chǎn)生放大作用，更加危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此對(duì)于晶閘管變流器傳動(dòng)系統(tǒng)最佳的解決方案是采用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波濾波裝置。 二、基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 1、電網(wǎng)條件 10kv 母線短路容量：最

2、大105.57，最小96.33mva；額定電壓: 10kv；額定頻率: 50hz。2、運(yùn)行方式礦井10kv母線為單母線分段。正常情況下，二段10kv母線分別由2臺(tái)主變供電。一段母線帶一臺(tái)主井提升機(jī)及礦井部分其它負(fù)荷，另一段母線帶一臺(tái)主井提升機(jī)、一臺(tái)副井提升機(jī)及礦井部分其它負(fù)荷。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及濾波裝置按一臺(tái)副井提升機(jī)(1800kw)和一臺(tái)主井提升機(jī)(2600kw)全載全速在同一段母線運(yùn)行設(shè)計(jì)。 3、主、副井提升機(jī)的無(wú)功功率及礦井其它負(fù)荷根據(jù)速度圖，力圖，主、副井提升機(jī)重載上提時(shí)計(jì)算出的最大無(wú)功功率及等速段的無(wú)功功率見表。 表1 最大無(wú)功功率(kvar)等速段無(wú)功功率(kvar)主井提升機(jī)5120

3、2540副井提升機(jī)365019508770 該段母線上礦井其它負(fù)荷為：有功功率：6000kw；無(wú)功功率：4500kar。 因此該段母線上的最大無(wú)功功率為13270kvar 、主、副井提升機(jī)產(chǎn)生的諧波電流主、副井提升機(jī)在運(yùn)行期間產(chǎn)生的最大諧波電流見表。 表2 次數(shù) n57111317192325 主井 (a) 7.084.1627.117.61.351.178.196.86 副井 （a）4.922.8918.312.10.9320.8135.694.77 主、副井疊加（a）8.625.0632.721.41.641.429.978.35 三、動(dòng)補(bǔ)及濾波裝置達(dá)到的性能指標(biāo)1、將提升機(jī)所在10kv母

4、線上的平均功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)酱笥?.95。2、流入系統(tǒng)的諧波電流及10kv母線上的電壓畸變率低于gb/t14549-93的限值。3、由負(fù)載引起的電壓波動(dòng)控制在5%。4、在不大于1.3倍額定電流和1.1倍額定電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行。5、無(wú)危害并聯(lián)諧振。四、無(wú)功補(bǔ)償容量及系統(tǒng)確定主、副井提升機(jī)所在母線上的最大無(wú)功功率為13270kvar ，考慮該段母線上其它負(fù)載有1000kvar的固定無(wú)功功率，則該段母線上的最大無(wú)功率變化為12270kvar?？紤]到主副井提升機(jī)同時(shí)起動(dòng)的概率較小，并考慮動(dòng)補(bǔ)裝置的投資，將因負(fù)載引起的電壓波動(dòng)控制在2%范圍比較適中，這時(shí)所需的動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)范圍為7454kvar?？紤]礦井供電運(yùn)行

5、的靈活性，在2段10kv母線上各設(shè)1套動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，其配置及容量相同。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置采用tcrfc系統(tǒng)。tcr為晶閘管相控電抗器，提供可變的感性無(wú)功；fc為濾波裝置，該裝置除了具有濾波功能外，還提供動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償所需的容性無(wú)功。動(dòng)補(bǔ)裝置系統(tǒng)圖見圖1。根據(jù)前面分析，初步確定svc的最大感性無(wú)功為8000kvar，fc的基波容性無(wú)功為8500kvar，fc超出的500kvar，用于補(bǔ)償10kv母線上的其它固定負(fù)荷。 四、濾波裝置部分 1、濾波器方案 （1）、10kv母線上設(shè)置兩套兼顧無(wú)功補(bǔ)償?shù)臑V波裝置，分別接于2段10kv母線。每套濾波裝置由4.5次二階減幅濾波器及11次單調(diào)諧濾波器組成。濾波

6、器為星形連接。每套濾波器的裝置的容量為12000kvar，基波補(bǔ)償容量為8500kvar。濾波裝置安裝于戶外。濾波電容器的額定電壓為7200v。（2）、保護(hù)控制及信號(hào)系統(tǒng)采用plc計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并將相關(guān)信號(hào)傳至變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。（3）、考慮井下電容電流的影響，按單相接地電流為10a考慮。該方案的濾波裝置接線如圖2所示。2、保護(hù)和指示 每套濾波裝置設(shè)保護(hù)屏1臺(tái)（內(nèi)裝西門子plc一臺(tái)）。 （）、保護(hù) 干線時(shí)限速斷保護(hù) 支路過(guò)流保護(hù)不平衡電流保護(hù)欠壓、過(guò)壓保護(hù)。（）、測(cè)量及信號(hào)電流、電壓測(cè)量帶電顯示放電顯示故障顯示故障報(bào)警五、tcr部分為了降低提升機(jī)無(wú)功沖擊對(duì)電網(wǎng)的影響，在兩段10kv母線上各設(shè)1

7、套tcr。 本動(dòng)補(bǔ)裝置配套采用鞍山電力電子股份有限公司的tcr，該公司生產(chǎn)的tcr技術(shù)先進(jìn)，質(zhì)量可靠，已有多套tcr在礦井運(yùn)行。tcr主要技術(shù)規(guī)格見表3。 表3序號(hào)項(xiàng) 目技術(shù)規(guī)格1額定容量6500kvar2響應(yīng)時(shí)間10ms3晶閘管冷卻方式高效熱管自冷4控制系統(tǒng)全數(shù)字控制系統(tǒng)5晶閘管觸發(fā)方式光隔離電觸發(fā)6tcr調(diào)節(jié)精度0.1電角度7無(wú)功功率調(diào)節(jié)范圍0100%8噪聲水平無(wú)噪聲使用年限20年六、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及濾波裝置達(dá)到的技術(shù)指標(biāo) 經(jīng)計(jì)算動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及濾波裝置投入運(yùn)行后，10kv母線可達(dá)到下述指標(biāo)：1、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出基波無(wú)功為2×500kvar2×8500kvar，礦井的總

8、無(wú)功功率為15147kvar，因此10kv母線上的平均功率因素可以大于0.95。2 、電網(wǎng)諧波分流及10kv母線上的電壓畸變率當(dāng)主副井提升機(jī)在同一段母線上運(yùn)行，且同時(shí)加速，在最大諧波電流情況下，電網(wǎng)諧波分流及10kv母線上的電壓畸變率見表3。表中，ifn5-ifn11為流入濾波器的諧波電流，isln為流入系統(tǒng)的諧波電流，iscn為流入井下的諧波電流，vn%為10kv母線上的電壓畸變率。 表4ninifn5ifn11islniscnvn(%)58.627.995.774.580.07470.68675.063.0516.381.940.06210.4071132.70.90231.80.5570

9、.04400.1831321.42.0319.21.160.1280.453171.640.3371.3590.1630.03080.0834191.420.3531.1490.1580.03720.0900239.973.2457.811.240.4290.858258.353.016.471.070.4390.8071.51 從表4可以看出,流入電網(wǎng)的諧波電流isln和10kv母線上的電壓畸變率vn%均滿足gb/t14549-93要求。10kv母線上的電壓畸變率vn%將小于1.51%。 （3）電壓波動(dòng)情況 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置具有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無(wú)功之功能，因此能有效減少10kv母線上電壓波動(dòng)，經(jīng)計(jì)算負(fù)載引起的最大電壓波動(dòng)小于5。 （4）并聯(lián)諧振情況因4.5次濾波器為二階減幅濾波器，因此系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生4次等并聯(lián)諧振。從圖3可以看出，濾波器具有優(yōu)良的頻率特性。 圖2 濾波器系統(tǒng)圖圖1圖2圖3圖4圖5圖6圖7圖8圖9圖10圖11 主井提升機(jī)網(wǎng)側(cè)電流波形及頻譜（f0=0.5hz）圖12 主井提升機(jī)網(wǎng)側(cè)電流波形及頻譜（f0=1hz）圖13 主井提升機(jī)網(wǎng)側(cè)電流波形及頻譜（f0=2hz）圖14 主井提升機(jī)網(wǎng)側(cè)電流波形及頻譜（f0=