煤炭生産技術的(de)迅速發展的(de)今天，煤礦作業中也(yě)運用了(le／liǎo)大(dà)功率采煤機組、運輸設施等，井下供電系統承擔的(de)負荷就(jiù)越來(lái)越多，這(zhè)就(jiù)要(yào / yāo)求整個(gè)供電系統必須提高供電質量。同時(shí)，随着礦井智能化建設發展方向，對礦井供電設備的(de)智能化水平要(yào / yāo)求要(yào / yāo)來(lái)要(yào / yāo)高。煤礦供電系統也(yě)暴露出(chū)很多問題。電網無功占比大(dà)、功率因數過低：在(zài)煤礦井下供配電系統中還存在(zài)大(dà)量的(de)感性負荷,如三相異步電動機和(hé / huò)變壓器，這(zhè)些感性負荷在(zài)配電系統中消耗大(dà)量的(de)無功功率來(lái)維持電機所需的(de)勵磁電流和(hé / huò)勵磁轉矩，降低了(le／liǎo)系統的(de)功率因數，造成線路電壓損失加大(dà)和(hé / huò)電能損耗增加。電網功率因素長期運行在(zài)0.4-0.7之(zhī)間，随着煤炭産量增加，巷道(dào)延伸，負荷增加，井下電能損耗相當嚴重。供電線路壓降大(dà)，大(dà)型設備啓動困難：随着工作面的(de)不(bù)斷延伸和(hé / huò)用電負荷的(de)不(bù)斷增加，井下系統壓降增大(dà)，在(zài)設備集中啓動時(shí)常會造成系統壓降較大(dà)，不(bù)能滿足設備正常啓動。電網諧波污染嚴重：煤礦供配電系統中應用了(le／liǎo)很多電力電子(zǐ)裝置，這(zhè)些裝置構成了(le／liǎo)整流電路、逆變電路、直流斬波電路等。在(zài)這(zhè)些裝置運行的(de)過程中，産生了(le／liǎo)大(dà)量的(de)諧波，對供電系統的(de)電能質量造成了(le／liǎo)危害，常造成設備電子(zǐ)元器件的(de)損壞、控制系統的(de)失靈、繼電保護誤動作等問題的(de)發生，威脅到(dào)整個(gè)礦井的(de)安全生産。在(zài)供電系統中出(chū)現諧波時(shí)，導緻電網回路的(de)電壓峰值出(chū)現非常大(dà)的(de)改變，損壞電纜線路，最終出(chū)現漏電和(hé / huò)産生火花的(de)現象，直接影響煤礦生産的(de)安全性。危害電機電機會在(zài)諧波電流的(de)影響下，電機的(de)軸承會受到(dào)危害，電機溫升高，甚至電機會被燒壞。諧波電流流經變壓器時(shí)會導緻銅損和(hé / huò)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。

煤礦井下電網質量現狀

針對上(shàng)述煤礦井下存在(zài)的(de)各類供電問題，新風光推出(chū)适應井下多種工況隔爆兼本質安全型靜止無功發生器（簡稱防爆SVG）裝置，該裝置解決了(le／liǎo)煤礦井下供電電網質量問題，在(zài)應用于(yú)煤礦井下具有瓦斯、煤塵等爆炸危險環境中，獲得良好的(de)應用效果。 

新風光井下電能質量治理以(yǐ)及應用方案

 防爆SVG解決方案

電能質量解決方案

整體集中補償與區域性片區補償方案：主要(yào / yāo)應用于(yú)10kV或者6kV中央變電所和(hé / huò)采區變電所，6kV/10kV系列防爆SVG裝置配置在(zài)井下6kV/10kV高壓供電線路中，可以(yǐ)對整個(gè)工作面或多個(gè)工作面的(de)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(yǐ)從系統層面提高工作面功率因數、濾除電網諧波，提升供電線路傳輸及供電能力，節能降耗。

終端補償方案：應用于(yú)3.3kV或者1140V采煤工作面和(hé / huò)掘進工作面，并接于(yú)負荷設備側，在(zài)采煤、掘進工作面中，大(dà)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(zhī)間的(de)供電距離較長，設備啓動瞬間産生巨大(dà)無功沖擊，造成末端電壓跌落嚴重，設備啓動困難。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，将礦用隔爆兼本質安全型低壓靜止無功發生器配置在(zài)工作面，并接于(yú)負荷設備側可以(yǐ)快速跟蹤掘進機啓動瞬間産沖擊電流，調節交流側輸出(chū)電壓的(de)幅值和(hé / huò)相位，發出(chū)無功進行無功補償，用于(yú)提高末端網壓，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(de)基本原理是(shì)：将自換相橋式電路組成的(de)電壓源型變流器通過變壓器或者電抗器并聯到(dào)電網上(shàng)。然後通過調節逆變橋中IGBT 器件的(de)開關，控制直流電壓逆變到(dào)交流電壓的(de)幅值和(hé / huò)相位，因此，對于(yú)理想的(de)SVG（無有功功率損耗），僅改變其輸出(chū)電壓的(de)幅值即可調節與系統的(de)無功交換：當輸出(chū)電壓小于(yú)系統電壓時(shí)，SVG 工作于(yú)“感性”區，吸收無功功率（相當于(yú)電抗器）；反之(zhī)，SVG 工作于(yú)“容性”區，發出(chū)無功功率（相當于(yú)電容器）。簡單點說(shuō)，通過控制連接電抗器兩端的(de)端電壓即可控制SVG發出(chū)的(de)無功功率性質以(yǐ)及容量。

SVG運行模式原理示意圖

煤礦現場應用效果

6kV 2.5Mvar 防爆SVG

該煤礦變電所功率因數在(zài)0.4-0.6之(zhī)間波動，後級大(dà)負載啓動時(shí)出(chū)現變電所電網電壓拉低到(dào)80%額定電壓，從而(ér)影響其他(tā)設備運行，爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)提高該變電所功率因素以(yǐ)及穩定電網電壓，根據反饋井下供電設計變電所後級采煤機、乳化泵等負載額定負荷和(hé / huò)爲(wéi / wèi)4890kW。

爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)滿足用戶需求，配置一(yī / yì ／yí)台6kV2.5Mvar防爆SVG設備放置于(yú)該變電所，距離綜采工作面電站距離爲(wéi / wèi)200m，距離前級中央變電所距離2880m。

防爆SVG投運後補償效果

運行過程中設備輸出(chū)最大(dà)無功補償爲(wéi / wèi)2.26Mvar此時(shí)負載側總的(de)無功爲(wéi / wèi)2.33Mvar，補償後網測系統無功僅剩餘0Mvar，經過無功補償後，系統電壓跌落（6-5.99）/6=0.17%，滿足後級設備的(de)75%~110%波動範圍要(yào / yāo)求,可以(yǐ)有效的(de)補償并網點的(de)無功需求及後級負載的(de)供電電壓需求。

補償後線路無功和(hé / huò)電壓情況

防爆SVG投運後功率因數變化

防爆SVG設備補償前後的(de)系統功率因數如圖2-5的(de)數據對比所示，補償前系統功率因數爲(wéi / wèi)0.4-0.68之(zhī)間，啓用SVG設備補償後系統功率因數爲(wéi / wèi)0.99左右，補償效果良好。

SVG應用前後功率因數對比

變電所治理方案實施後，通過功率因數提升、負荷電流下降、負載有效使用率提高等因數可實現節能供電，在(zài)提高供電質量的(de)同時(shí)可大(dà)幅節省電費支出(chū)。

新風光高壓防爆SVG産品優勢

高壓防爆SVG系列産品爲(wéi / wèi)滿足用戶對井下提高輸配電網絡的(de)功率因數、治理諧波、補償負序電流的(de)迫切需要(yào / yāo)，具有以(yǐ)下優勢：

▲ 模塊化設計，安裝、調試、設定方便。

▲ 動态響應速度快，響應時(shí)間≤5ms。

▲ 在(zài)補償容量足夠的(de)前提下，輸出(chū)電流諧波(THD)≤3%。

▲ 多種運行模式極大(dà)的(de)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、恒考核點功率因數模式、恒考核點電壓模式、恒考核點無功功率模式2,目标值可實時(shí)更改。

▲ 實時(shí)跟蹤負荷變化，動态連續平滑補償無功功率，提高系統的(de)功率因數，實時(shí)治理諧波，補償負序電流，提高電網供電質量。

▲ 抑制電壓閃變，改善電壓質量，穩定系統電壓。

▲ 設備結構緊湊，占地(dì / de)面積小，便于(yú)井下搬運。

結束語

礦山行業正在(zài)逐漸向大(dà)型化、智能化煤礦方向發展，國(guó)家能源局、國(guó)家礦山安全監察局下發《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量電網系統迫切需求，由于(yú)井下大(dà)部分電網存在(zài)功率因素低以(yǐ)及諧波含量大(dà)一(yī / yì ／yí)直是(shì)煤礦應用痛點，新風光高壓防爆SVG在(zài)南屯煤礦使用得到(dào)很好的(de)應用驗證解決上(shàng)述問題，從而(ér)保證智能化礦井安全可靠穩定運行，煤礦智能化建設離不(bù)開防爆SVG參與，通過防爆SVG節能減排從而(ér)助力碳達峰、碳中和(hé / huò)，相信高壓防爆SVG必然有更大(dà)的(de)發展和(hé / huò)應用。