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煤炭生產(chǎn)技術的迅速發(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(tǒng)承擔的負荷就越來越多，這就要求整個供電系統(tǒng)必須提高供電質(zhì)量。同時，隨著礦井智能化建設發(fā)展方向，對礦井供電設備的智能化水平要求要來要高。煤礦供電系統(tǒng)也暴露出很多問題。電網(wǎng)無功占比大、功率因數(shù)過低：在煤礦井下供配電系統(tǒng)中還存在大量的感性負荷,如三相異步電動機和變壓器，這些感性負荷在配電系統(tǒng)中消耗大量的無功功率來維持電機所需的勵磁電流和勵磁轉(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)功率因素長期運行在0.4-0.7之間，隨著煤炭產(chǎn)量增加，巷道延伸，負荷增加，井下電能損耗相當嚴重。供電線路壓降大，大型設備啟動困難：隨著工作面的不斷延伸和用電負荷的不斷增加，井下系統(tǒng)壓降增大，在設備集中啟動時常會造成系統(tǒng)壓降較大，不能滿足設備正常啟動。電網(wǎng)諧波污染嚴重：煤礦供配電系統(tǒng)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程中，產(chǎn)生了大量的諧波，對供電系統(tǒng)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(tǒng)的失靈、繼電保護誤動作等問題的發(fā)生，威脅到整個礦井的安全生產(chǎn)。在供電系統(tǒng)中出現(xiàn)諧波時，導致電網(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。危害電機電機會在諧波電流的影響下，電機的軸承會受到危害，電機溫升高，甚至電機會被燒壞。諧波電流流經(jīng)變壓器時會導致銅損和雜散損耗增加，諧波電壓則會使鐵損增加。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

針對上述煤礦井下存在的各類供電問題，新風光推出適應井下多種工況隔爆兼本質(zhì)安全型靜止無功發(fā)生器（簡稱防爆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(qū)域性片區(qū)補償方案：主要應用于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，可以對整個工作面或多個工作面的所有負荷進行集中補償，配合終端補償及終端設備變頻解決方案，可以從系統(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。

終端補償方案：應用于3.3kV或者1140V采煤工作面和掘進工作面，并接于負荷設備側，在采煤、掘進工作面中，大型負荷設備諸如采煤機、掘進機、運輸機、泵站等與移動變電站之間的供電距離較長，設備啟動瞬間產(chǎn)生巨大無功沖擊，造成末端電壓跌落嚴重，設備啟動困難。本方案采取無功補償裝置對掘進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機啟動瞬間產(chǎn)沖擊電流，調(diào)節(jié)交流側輸出電壓的幅值和相位，發(fā)出無功進行無功補償，用于提高末端網(wǎng)壓，穩(wěn)定設備運行，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變壓器或者電抗器并聯(lián)到電網(wǎng)上。然后通過調(diào)節(jié)逆變橋中IGBT 器件的開關，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)的無功交換：當輸出電壓小于系統(tǒng)電壓時，SVG 工作于“感性”區(qū)，吸收無功功率（相當于電抗器）；反之，SVG 工作于“容性”區(qū)，發(fā)出無功功率（相當于電容器）。簡單點說，通過控制連接電抗器兩端的端電壓即可控制SVG發(fā)出的無功功率性質(zhì)以及容量。

SVG運行模式原理示意圖

煤礦現(xiàn)場應用效果

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，后級大負載啟動時出現(xiàn)變電所電網(wǎng)電壓拉低到80%額定電壓，從而影響其他設備運行，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。

為了滿足用戶需求，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

運行過程中設備輸出最大無功補償為2.26Mvar此時負載側總的無功為2.33Mvar，補償后網(wǎng)測系統(tǒng)無功僅剩余0Mvar，經(jīng)過無功補償后，系統(tǒng)電壓跌落（6-5.99）/6=0.17%，滿足后級設備的75%~110%波動范圍要求,可以有效的補償并網(wǎng)點的無功需求及后級負載的供電電壓需求。

補償后線路無功和電壓情況

防爆SVG投運后功率因數(shù)變化

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

SVG應用前后功率因數(shù)對比

變電所治理方案實施后，通過功率因數(shù)提升、負荷電流下降、負載有效使用率提高等因數(shù)可實現(xiàn)節(jié)能供電，在提高供電質(zhì)量的同時可大幅節(jié)省電費支出。

新風光高壓防爆SVG產(chǎn)品優(yōu)勢

高壓防爆SVG系列產(chǎn)品為滿足用戶對井下提高輸配電網(wǎng)絡的功率因數(shù)、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(diào)試、設定方便。

▲ 動態(tài)響應速度快，響應時間≤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足用戶需求，運行模式有：恒裝置無功功率模式、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數(shù)模式、恒考核點電壓模式、恒考核點無功功率模式2,目標值可實時更改。

▲ 實時跟蹤負荷變化，動態(tài)連續(xù)平滑補償無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，實時治理諧波，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(wěn)定系統(tǒng)電壓。

▲ 設備結構緊湊，占地面積小，便于井下搬運。

結束語

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(jiān)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?shù)染聦Ω哔|(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用痛點，新風光高壓防爆SVG在南屯煤礦使用得到很好的應用驗證解決上述問題，從而保證智能化礦井安全可靠穩(wěn)定運行，煤礦智能化建設離不開防爆SVG參與，通過防爆SVG節(jié)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。