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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)中也運用了大功率采煤機組、運輸設施等，井下供電系統承擔的負荷就越來(lái)越多，這就要求整個(gè)供電系統必須提高供電質(zhì)量。同時(shí)，隨著(zhù)礦井智能化建設發(fā)展方向，對礦井供電設備的智能化水平要求要來(lái)要高。煤礦供電系統也暴露出很多問(wèn)題。電網(wǎng)無(wú)功占比大、功率因數過(guò)低：在煤礦井下供配電系統中還存在大量的感性負荷,如三相異步電動(dòng)機和變壓器，這些感性負荷在配電系統中消耗大量的無(wú)功功率來(lái)維持電機所需的勵磁電流和勵磁轉矩，降低了系統的功率因數，造成線(xiàn)路電壓損失加大和電能損耗增加。電網(wǎng)功率因素長(cháng)期運行在0.4-0.7之間，隨著(zhù)煤炭產(chǎn)量增加，巷道延伸，負荷增加，井下電能損耗相當嚴重。供電線(xiàn)路壓降大，大型設備啟動(dòng)困難：隨著(zhù)工作面的不斷延伸和用電負荷的不斷增加，井下系統壓降增大，在設備集中啟動(dòng)時(shí)常會(huì )造成系統壓降較大，不能滿(mǎn)足設備正常啟動(dòng)。電網(wǎng)諧波污染嚴重：煤礦供配電系統中應用了很多電力電子裝置，這些裝置構成了整流電路、逆變電路、直流斬波電路等。在這些裝置運行的過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的諧波，對供電系統的電能質(zhì)量造成了危害，常造成設備電子元器件的損壞、控制系統的失靈、繼電保護誤動(dòng)作等問(wèn)題的發(fā)生，威脅到整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)。在供電系統中出現諧波時(shí)，導致電網(wǎng)回路的電壓峰值出現非常大的改變，損壞電纜線(xiàn)路，最終出現漏電和產(chǎn)生火花的現象，直接影響煤礦生產(chǎn)的安全性。危害電機電機會(huì )在諧波電流的影響下，電機的軸承會(huì )受到危害，電機溫升高，甚至電機會(huì )被燒壞。諧波電流流經(jīng)變壓器時(shí)會(huì )導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)量現狀

針對上述煤礦井下存在的各類(lèi)供電問(wèn)題，新風(fēng)光推出適應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(chēng)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，在應用于煤礦井下具有瓦斯、煤塵等爆炸危險環(huán)境中，獲得良好的應用效果。 

新風(fēng)光井下電能質(zhì)量治理以及應用方案

 防爆SVG解決方案

電能質(zhì)量解決方案

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

終端補償方案：應用于3.3kV或者1140V采煤工作面和掘進(jìn)工作面，并接于負荷設備側，在采煤、掘進(jìn)工作面中，大型負荷設備諸如采煤機、掘進(jìn)機、運輸機、泵站等與移動(dòng)變電站之間的供電距離較長(cháng)，設備啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生巨大無(wú)功沖擊，造成末端電壓跌落嚴重，設備啟動(dòng)困難。本方案采取無(wú)功補償裝置對掘進(jìn)機設備單獨補償方式解決，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，并接于負荷設備側可以快速跟蹤掘進(jìn)機啟動(dòng)瞬間產(chǎn)沖擊電流，調節交流側輸出電壓的幅值和相位，發(fā)出無(wú)功進(jìn)行無(wú)功補償，用于提高末端網(wǎng)壓，穩定設備運行，節能降耗。

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)調節逆變橋中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節與系統的無(wú)功交換：當輸出電壓小于系統電壓時(shí)，SVG 工作于“感性”區，吸收無(wú)功功率（相當于電抗器）；反之，SVG 工作于“容性”區，發(fā)出無(wú)功功率（相當于電容器）。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運行模式原理示意圖

煤礦現場(chǎng)應用效果

6kV 2.5Mvar 防爆SVG

該煤礦變電所功率因數在0.4-0.6之間波動(dòng)，后級大負載啟動(dòng)時(shí)出現變電所電網(wǎng)電壓拉低到80%額定電壓，從而影響其他設備運行，為了提高該變電所功率因素以及穩定電網(wǎng)電壓，根據反饋井下供電設計變電所后級采煤機、乳化泵等負載額定負荷和為4890kW。

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

防爆SVG投運后補償效果

運行過(guò)程中設備輸出最大無(wú)功補償為2.26Mvar此時(shí)負載側總的無(wú)功為2.33Mvar，補償后網(wǎng)測系統無(wú)功僅剩余0Mvar，經(jīng)過(guò)無(wú)功補償后，系統電壓跌落（6-5.99）/6=0.17%，滿(mǎn)足后級設備的75%~110%波動(dòng)范圍要求,可以有效的補償并網(wǎng)點(diǎn)的無(wú)功需求及后級負載的供電電壓需求。

補償后線(xiàn)路無(wú)功和電壓情況

防爆SVG投運后功率因數變化

防爆SVG設備補償前后的系統功率因數如圖2-5的數據對比所示，補償前系統功率因數為0.4-0.68之間，啟用SVG設備補償后系統功率因數為0.99左右，補償效果良好。

SVG應用前后功率因數對比

變電所治理方案實(shí)施后，通過(guò)功率因數提升、負荷電流下降、負載有效使用率提高等因數可實(shí)現節能供電，在提高供電質(zhì)量的同時(shí)可大幅節省電費支出。

新風(fēng)光高壓防爆SVG產(chǎn)品優(yōu)勢

高壓防爆SVG系列產(chǎn)品為滿(mǎn)足用戶(hù)對井下提高輸配電網(wǎng)絡(luò )的功率因數、治理諧波、補償負序電流的迫切需要，具有以下優(yōu)勢：

▲ 模塊化設計，安裝、調試、設定方便。

▲ 動(dòng)態(tài)響應速度快，響應時(shí)間≤5ms。

▲ 在補償容量足夠的前提下，輸出電流諧波(THD)≤3%。

▲ 多種運行模式極大的滿(mǎn)足用戶(hù)需求，運行模式有：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,目標值可實(shí)時(shí)更改。

▲ 實(shí)時(shí)跟蹤負荷變化，動(dòng)態(tài)連續平滑補償無(wú)功功率，提高系統的功率因數，實(shí)時(shí)治理諧波，補償負序電流，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。

▲ 抑制電壓閃變，改善電壓質(zhì)量，穩定系統電壓。

▲ 設備結構緊湊，占地面積小，便于井下搬運。

結束語(yǔ)

礦山行業(yè)正在逐漸向大型化、智能化煤礦方向發(fā)展，國家能源局、國家礦山安全監察局下發(fā)《煤礦智能化建設指南》,針對智能采煤、智能采煤、智能運輸等井下對高質(zhì)量電網(wǎng)系統迫切需求，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用驗證解決上述問(wèn)題，從而保證智能化礦井安全可靠穩定運行，煤礦智能化建設離不開(kāi)防爆SVG參與，通過(guò)防爆SVG節能減排從而助力碳達峰、碳中和，相信高壓防爆SVG必然有更大的發(fā)展和應用。