0 引言
煤礦的日產(chǎn)量隨著煤礦資源的需求量不斷增加，其生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程少不了大型的電動(dòng)機(jī)等大功率電氣設(shè)備的使用，這些電氣設(shè)備的使用自然會(huì)帶來(lái)巨大的電動(dòng)機(jī)消耗，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在煤炭的全年生產(chǎn)中，有超過(guò)一半以上的電能是來(lái)自這些電動(dòng)機(jī)[1]。需要特別提到的是，在煤礦的供電系統(tǒng)中，大部分情況都存在著非線性感性負(fù)載的情況，這個(gè)時(shí)候，如果我們不能采取適當(dāng)?shù)臒o(wú)功率補(bǔ)償措施，會(huì)降低整個(gè)供電系統(tǒng)的功率，而且設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，必然會(huì)產(chǎn)生一定的諧波污染，這些諧波污染不僅會(huì)給供電功率帶來(lái)更負(fù)面的影響，還會(huì)導(dǎo)致電壓的畸變。這些問(wèn)題的出現(xiàn)帶來(lái)的能源浪費(fèi)不可小覷，更嚴(yán)重的是會(huì)降低供電水平，影響煤炭作業(yè)的生產(chǎn)安全。
上面我們提到的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，是在煤礦供電系統(tǒng)中非常成熟，也是非常常見(jiàn)的一種技術(shù)，主要是應(yīng)用在供電系統(tǒng)的節(jié)能減排中，可以最大限度地將單位電能利用起來(lái)[2]。但是在實(shí)際的煤炭供電系統(tǒng)中，這種技術(shù)的應(yīng)用也需要提高，直接影響到了供電質(zhì)量，進(jìn)而給整個(gè)煤炭生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。因此，我們需要在無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)上多做思考和改進(jìn)，將煤礦供電系統(tǒng)發(fā)揮起來(lái)，來(lái)保證大型電氣設(shè)備的運(yùn)行。下面從三個(gè)主要方面就這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行 分析 。
1 高次諧波對(duì)煤礦供電系統(tǒng)的危害
在煤炭的供電系統(tǒng)中，往往會(huì)由于非線性負(fù)荷容量的增加而產(chǎn)生高次諧波，這些諧波的產(chǎn)生會(huì)影響到供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，會(huì)產(chǎn)生電壓的畸變，這些畸變直接影響到供電質(zhì)量，也就無(wú)法滿足大型電氣設(shè)備的用電需要。這時(shí)候所需要用到的無(wú)功補(bǔ)償裝置，常常是由安裝在電容器柜中的補(bǔ)償電容器構(gòu)成的，這些電容器容量的計(jì)算是由系統(tǒng)固定的，一般情況下是根據(jù)處于基波頻率條件下所需的無(wú)功功率來(lái)獲得。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生的大量的并聯(lián)高次諧波。其電流量甚至超過(guò)了基波電流的幾十倍，如此強(qiáng)大的高次諧波，會(huì)導(dǎo)致電壓的畸變，造成無(wú)功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償啟用，進(jìn)入一種非良性的補(bǔ)償循環(huán)中。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們可以在補(bǔ)償電容器中安裝如下圖1所示的裝置，來(lái)緩解高次諧波給供電系統(tǒng)帶來(lái)的危害。具體的裝置圖1如下。
安裝了圖1中的無(wú)功補(bǔ)償及消諧裝置后，會(huì)讓原來(lái)單一容器的容抗特性轉(zhuǎn)換為感抗特性，這種轉(zhuǎn)變帶來(lái)的變化是明顯的，會(huì)使得原來(lái)無(wú)功補(bǔ)償裝對(duì)高次諧波的放大消失，讓供電系統(tǒng)得到凈化，保證大功率的電氣供電設(shè)備的正常使用和運(yùn)行，從而提高整個(gè)煤炭作業(yè)的生產(chǎn)效率。
2 有源濾波治理無(wú)功補(bǔ)償?shù)木唧w技術(shù) 分析
無(wú)功補(bǔ)償裝置及消諧裝置在煤礦供電系統(tǒng)的應(yīng)用，主要從有源濾波治理無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕嵌热胧株U述。無(wú)功補(bǔ)償裝置主要是由電容器組成的，在補(bǔ)償電力容器時(shí)，是要通過(guò)配電網(wǎng)進(jìn)行切投，不過(guò)由于其設(shè)備本身并不具有抗諧波的能力，非常容易受到系統(tǒng)中非線性感性負(fù)載的影響而產(chǎn)生諧振[3]。這些在電容器內(nèi)部形成的諧振，基本上超過(guò)了額定電流的數(shù)倍，如此強(qiáng)大的諧振電流對(duì)電容器本身會(huì)造成很負(fù)面的影響，甚至?xí)a(chǎn)生損毀的情況。同時(shí)需要提到的是，這些諧振電流也會(huì)導(dǎo)致無(wú)功補(bǔ)償柜中的其它設(shè)備原件過(guò)熱，進(jìn)而導(dǎo)致原件和設(shè)備的燒毀，給生產(chǎn)安全和生產(chǎn)質(zhì)量帶來(lái)巨大的影響。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，在煤礦供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償中，需要首先解決諧波帶來(lái)的諧振過(guò)大的情況，對(duì)其控制是至關(guān)重要的，具體的方案如下圖2。
在煤礦的供電系統(tǒng)中，針對(duì)諧振過(guò)大的問(wèn)題一般采取清波的方案，而清波治理無(wú)功補(bǔ)償主要包括了有源濾波治理無(wú)功補(bǔ)償和無(wú)源濾波治理無(wú)功補(bǔ)償兩種方案。其中，有源濾波治理無(wú)功補(bǔ)償方案的局限性是很大的，對(duì)施用的設(shè)備也有很高的要求，要求設(shè)備功率比較小，諧振污染也要比較小，比如一些精密儀器和通信設(shè)備等，但是這個(gè)方案運(yùn)用在這些設(shè)備上的成本比較大[4]，在煤礦開(kāi)采和挖掘作業(yè)中，大多數(shù)是功率巨大的電氣設(shè)備，且諧振污染很大，在這樣的系統(tǒng)中，是很難發(fā)揮其應(yīng)有的作用的。
而無(wú)源濾波治理無(wú)功補(bǔ)償方案則比有源濾波治理方案運(yùn)用廣泛，從上圖2中我們可以看出，自動(dòng)控制器經(jīng)過(guò)內(nèi)部的DSP數(shù)據(jù)處理單元 分析 處理判斷系統(tǒng)需要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，其容器內(nèi)部會(huì)有一套動(dòng)態(tài)的命令來(lái)控制K1-K4電容器開(kāi)關(guān)，與所需的無(wú)功補(bǔ)償是相應(yīng)的，所形成的電容器的切投也是相應(yīng)的，這樣，不僅完成了供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償，還解決諧振波問(wèn)題，達(dá)到一個(gè)濾波的功能，對(duì)于整個(gè)供電系統(tǒng)的運(yùn)行都有十分重要的作用[5]。另外，無(wú)源濾波治理無(wú)功補(bǔ)償及消諧裝置的無(wú)功補(bǔ)償作用有針對(duì)性，特別是對(duì)于會(huì)產(chǎn)生較大波含量的電氣設(shè)備的補(bǔ)償作用比較好，從圖2中可以看出，這種無(wú)功補(bǔ)償作用的形成，主要是通過(guò)連接電感，同時(shí)并聯(lián)電容之間的匹配，使得諧波所經(jīng)的并聯(lián)低阻力，形成了一條低阻通道，為濾波電流展開(kāi)通道，將諧波電流的流入降低到最小，完成無(wú)功補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)運(yùn)行。
3 無(wú)功補(bǔ)償及消諧裝置的應(yīng)用效果
通過(guò)上文的具體技術(shù) 分析 ，我們了解到無(wú)功補(bǔ)償及消諧裝置的應(yīng)用，其應(yīng)用效果可以說(shuō)是十分明顯的，一方面，這種應(yīng)用可以提高煤礦供電系統(tǒng)的供電功率，提高其負(fù)載電能的功率，另一方面，還可以大大降低相應(yīng)系統(tǒng)的能耗，將配電電壓穩(wěn)定在一定的數(shù)值之內(nèi)，從而提高整個(gè)供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。同時(shí)，這種無(wú)功補(bǔ)償及消諧裝置，會(huì)減少有功功率對(duì)配電系統(tǒng)帶來(lái)的不良影響，減少?zèng)_擊，也就能夠保證大型電氣設(shè)備的用電需求，使得整體的煤礦供電系統(tǒng)有效運(yùn)行。
4 結(jié)語(yǔ)
上文中我們提到的無(wú)功補(bǔ)償及消諧裝置，一般來(lái)講是針對(duì)大型煤礦電氣設(shè)備所進(jìn)行的無(wú)功補(bǔ)償，一方面是對(duì)煤礦中的配電系統(tǒng)的補(bǔ)償，另一方面也可以解決供電系統(tǒng)中的諧波過(guò)大問(wèn)題，給大型電氣設(shè)備的運(yùn)行提供一個(gè)良好的環(huán)境。從上文中的技術(shù) 分析 中我們可以理解，無(wú)功補(bǔ)償及消諧裝置的運(yùn)用，是可以有效地減少高次諧波的產(chǎn)生，可以減少高次諧波給供電系統(tǒng)帶來(lái)的沖擊，進(jìn)而也就減少了系統(tǒng)過(guò)熱等問(wèn)題，延長(zhǎng)電氣設(shè)備的使用壽命，需要特別提到的是，這種技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于節(jié)能減排的作用也是非常有效和明顯的，降低了單位煤炭的生產(chǎn)成本，起到了一個(gè)減少消耗的作用?？偨Y(jié)來(lái)講，就礦井供電系統(tǒng)方面的問(wèn)題，從高次諧波對(duì)煤礦供電系統(tǒng)的危害入手， 分析 了有源濾波治理無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠行ё饔?，進(jìn)而對(duì)無(wú)功補(bǔ)償及消諧裝置的應(yīng)用效果進(jìn)行了闡述，希望對(duì)實(shí)際工作中的煤礦供電系統(tǒng)的改善提出有益的思考。
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