煤矿电力范文

煤矿电力范文（精选9篇）

煤矿电力 第1篇

实际运行中构成了复杂的电磁环境, 由此产生的强电磁干扰信号将影响设备本身

的正常运行。为解决这一问题, 许多国家和组织都对电子电气设备及系统的电磁

兼容性制定了相应的标准, 电磁兼容包含两方面的内容:电磁敏感性和电磁干扰性。电磁干扰产生的三要素是:电磁干扰源、干扰传播路径和敏感设备。电磁兼容问题的研究是围绕电磁干扰的三要素进行的。自20世纪70年代, 电力电子设备广泛地应用于工业、医疗、家电等领域, 它们所产生的电磁干扰问题也越来越引起了人们广泛的关注。

一、煤矿井下特殊的电磁环境

1. 特殊的工作环境

煤炭立井开采是由地面开凿几百米深井, 在井下挖掘出各种纵横交错、形状不同、长短不一的巷道, 在巷道的一端布置开采工作面进行采煤。原煤经过采煤机割采, 沿井巷输送机械运送到井下煤仓, 再由提升机将原煤提升到地面。原煤开采过程中的一些辅助设备由井下电力机车运送。

煤矿井下巷道截面狭窄、潮湿、矿尘大, 有瓦斯、一氧化碳等易燃易爆气体, 有硫化氢等腐蚀性气体。工作巷道布置复杂, 包括电力缆线、电力设备、通信设备。监控设备、电力机车轨道和架空线路、通讯电缆、控制缆线等, 都布置在截面有限的巷道中, 从而构成了煤矿井下特殊的工作环境。

2. 特殊的电磁环境

(1) 电磁干扰传播和耦合的特殊性。煤矿井下狭小的限定空间和巷道环境, 如巷道截面形状、尺寸、煤岩体、弯曲、分支、倾斜、通风设施等, 会形成特殊的电磁传播和耦合干扰路径;煤矿井下采用中点不接地式的供电系统, 其干扰传播与耦合也不同于地面中性点接地供电系统;另外, 煤矿井下的电压等级比较多, 都采用电力电缆供电, 供电距离远, 分支多, 电缆挂在巷道壁的一侧, 不同于地面电缆埋在地下或架空线。

(2) 用电设备的特殊性。煤矿井下的电气设备一般为防爆、本质安全型, 功率大, 位置相对集中, 起停频繁, 电磁脉冲干扰严重;矿井中电力机车的接触网, 电火花干扰严重, 沿巷道轨道分布的杂散电流传播路径复杂且干扰十分严重。

(3) 无线电频率传输电磁场的特殊性。煤矿井下现代通信设备的应用, 形成巷道传播模式的无线电频率传输电磁场。

(4) 煤岩体及瓦斯的电磁环境。煤矿井下煤岩动力变化过程中存在复杂的电磁环境, 煤岩中的瓦斯流随煤岩特性的变化, 具有参数和传播特性变化的电磁场特性。

二、煤矿井下电磁干扰问题

近些年来, 煤矿井下发生过一些与电磁干扰相关的问题:

近几年开始应用于井下的人员定位系统经常出现误报或漏报现象, 而这些产品在地面上应用都非常成功。

当采煤机或其他井下电力设备启动或停车时, 用于井下监测、监控的视频和通信系统会出现图像模糊或噪声干扰现象。

井下电力机车司控道岔有时会出现误动作, 造成撞车和人员伤亡事故。

我国煤矿超限误报警现象十分普遍, 导致一些系统出现瓦斯超限报警时, 不知是否应该采取相应措施。曾经发生过数起特大瓦斯爆炸事故, 造成大量伤亡。

三、防电磁干扰的措施

1. 屏蔽技术

屏蔽技术通过切断辐射干扰的耦合路径来抑制辐射干扰沿空间的传播。电磁干扰沿空间的传播是以电磁波的方式进行的, 屏蔽技术的本质是将关键电路用一个屏蔽体包围起来, 使耦合到这个电路的电磁场或电磁波通过反射和吸收衰减掉。屏蔽技术包括场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽三种。

电场屏蔽使屏蔽体内的设备或电路不受外部电场影响, 也不会对外部电场产生影响。有些电力电子设备为免除干扰, 要实行电场屏蔽。例如整流桥的电源变压器, 在初级绕组和次级绕组之间包上金属薄片或绕上一层漆包线并接地, 从而达到屏蔽效用。

磁场屏蔽是指对静磁场或交变磁场的屏蔽。磁场屏蔽的原理是由屏蔽体对干扰磁场提供低磁阻的磁通路, 对干扰磁场进行分流, 从而防止交变电场、交变磁场和交变电磁场的影响。

电磁屏蔽是利用集肤效应以阻止高频电磁波透入良导体, 它比静电屏蔽和磁场屏蔽更具有普遍意义。

2. 接地技术

接地技术对电力电子设备防电磁干扰问题有至关重要的意义, 接地技术按照其作用可以分为安全接地和信号接地, 其中安全接地又包括保护接地和防雷接地, 安全接地是采用低阻抗的导体将设备外壳连接到大地, 使操作人员不至于因为设备外壳漏电或静电放电而发生触电危险。保护接地是为绝缘损坏造成设备带电危及人身安全而设置的保护装置, 它有接地和接零两种方式。凡是采用三相四线供电的系统, 由于中性点接地, 所以应采用接零方式, 即将设备的金属外壳通过导体接至零线上。防雷接地是为防雷电而设置的接地保护装置, 通过将建筑物等设施或用电设备的外壳与大地连接, 为提供泄放大电流的通路。

信号接地是为设备、系统内部各种电路的信号电压提供的参考电平, 为电源和信号提供零基准电位。系统基准地与大地相连, 可保证设备工作稳定可靠, 抑制电磁干扰。信号接地的方式可分为四种:悬浮地、单点接地、多点接地和混合接地。

摘要：煤炭资源被称作我国工业的粮食, 随着科学技术的不断发展, 目前我国矿井下开始大量使用电子电力设备, 但是电子电力设备所造成的谐波危害和电磁干扰问题也越来越引起人们的关注, 本文分析了井下特殊电磁环境下电力电子设备产生的谐波干扰和电磁干扰特性, 提出了矿井下防止电磁干扰的对策。

关键词：电力设备,电磁干扰,谐波,矿井

参考文献

[1]马伟明, 张磊, 孟进.独立电力系统及其电力电子装置的电磁兼容.北京:科学出版社, 2007

现代电力电子技术在煤矿电气的应用 第2篇

现国有统配煤矿基本实现了机械化，但电气化仍较落后。

从电气传动技术及其装备水平看，工业技术先进国家的电力拖动系统中，采用变频调速技术已达到70%～80%，而我国不足10%，煤矿的应用水平则更低。

而矿井的电能消耗中，电机消耗的电能占了近90%。

该文介绍电力电子技术的发展和应用前景，通过在煤炭企业的应用实例，论述了煤炭企业电力电子技术的推广应用可以节约一定的电能。

【关键词】电力电子;技术煤矿;节能

1.现代电力电子技术在煤矿电气的应用

传动系统中的应用国际上，技术先进的产煤国家，井下使用现代电力电子技术和装备已相当广泛。

如调速变频电牵引采煤机，风机、水泵、提升机等矿用设备调速系统;原不调速系统实现变频调速;原直流调速系统正被交流变频调速系统逐步代替。

1.1提高生产工艺流程自动化控制系统智能化水平

电气传动自动化技术是以生产机械的驱动装置—电动机为自动控制对象、以微电子器件(包括微计算机系统)为核心、以电力电子装置为执行机构，在自动控制理论指导下，按给定的规律控制电动机的转速进行自动调节，以满足生产工艺的最佳要求，达到提高效率、降低能耗、提高产品(或系统运行)质量、减少系统环节、降低劳动强度的优化效果。

现代变频装置的智能化程度比较高，自身具有很强的保护功能，对于被驱动负载来说，它既是一个功能很强的控制环节，又是很准确的电动执行机构。

作为电气传动自动化系统，可称得上是控制和执行器的机电一体化环节。

采用此项技术和设备，不但可容易地实现较高性能的单机自动化，而且实现矿井的顺槽自动化控制要简单和容易得多。

1.2提高电气传动系统的机电一体化水平，减小驱动设备占用空间

电气传动系统的机电一体化是现代矿井采、掘、运、提等大型生产装备机电一体化的最重要组成部分，这不但可有效地提高生产工艺流程自动化控制系统智能化水平，而且可有效地减小设备占用空间。

由于井下空间有限，限制了装备的体积及使用范围：缩小装备的体积可以有效地减少恫室开挖量，节约投资。

随着现代电力电子技术的不断发展和进步，发展无机械齿轮机，技术已日臻成熟，并且已进入实用阶段。

如：交流主轴驱动系统、滚筒内装电动机式提升绞车等已投入使用，既减少了机械传动环节系统体积，又有效地提高了整体的传动效率，为矿井电气传动系统改造提供了诱人的新技术前景。

2.现代电力电子技术在电机调速及拖动中的应用

矿井中电机是耗能大户，并且集中在提升机电机通风机电机、主排水泵电机、压缩机电机以及采煤机电机等几个大型电机上，耗能比较集中，因此为实现电力电子技术改造提供了方便。

以TKD和JKMK系列提升机电控系统为主的交流提升电控系统在我国使用最为普遍，这些控制系统都是采用转子附加电阻来调速的。

由于交流提升机在减速段机械特性软调速性能较差，后来又出现直流调速提升机，由于在开始发展直流控制系统时电力电子技术特别是大功率电力电子元件及控制模块还不是很成熟，因此这种直流调速方案主要采用F—D系统(直流发电机拖动直流电动机)。

这种系统中拖动发电机的电动机除了检修以外，一般停机，因此电能浪费严重，以某矿副井提升机为例：该矿副井提升机采用的是直流F—D直流拖动系统，提升电机的功率是1250kw，为其提供直流电源的是功率为1450kw的直流发电机，拖动发电机的是功率为1600kw的交流同步电动机，在提升机进行电力电子技术改造前每个月的耗电量在40—45万kw·h之间。

除此之外，整个控制系统仍然采用传统的继电器控制，所有参数也是模拟量，因此控制复杂、故障率高、参数易变、维护量大，每年的维修费用15万元左右，维修时间超过500h。

该矿于2004年5月对电控系统进行改造，改造成电力电子整流直流调速系统，整套系统采用进口整流控制柜和PLC控制系统。

改造后，每月电量消耗在20万kw·h左右，节能非常明显，两年内节约的电费就收回了项目投资。

同时控制系统数字化、模块化，结构紧凑、集成度高、故障率低、维护方便，年维修费用2万元以下，年维修时间200h左右。

节能效果良好，经济和社会效益明显。

相对于直流调速系统，交流电机费用低、结构简单、维护方便，因此受到用户的青睐，特别是交流电机的变频调速性能和直流调速基本相似，因此变频调速的发展速度很快，并且有逐步取代直流调速的趋势。

交流电机采用变频技术相对直流电机采用直流调速性能基本相似，但是变频技术相对直流调速方案总体经济效益较好，这一点在电梯调速方面的成功应用可以得到验证。

煤炭企业大功率电机直接使用变频调速的难度在于电机的额定电压以6kv为主，应用高压交流电机和高压变频调速的方案目前还没有一个成功应用的例子。

随着变频技术的进步，具有内置式PID以及张力卷取软件、速度级链速度跟随以及电流平衡等功能的大功率高压变频器技术的成熟。

目前的矿用提升机交流电控系统除了调速性能不理想外其转子串接的加速电阻也消耗部分电能，而且维修量大。

矿用刮板输送机和带式输送机是煤矿生产的重要设备之一，这些设备启动频繁，负荷变化大，目前使用的启动设备大多数采用普通磁力启动器配液压联轴器，启动效果不很理想，同时也无法达到节能效果。

随着隔爆型变频器技术的成熟，矿用运输设备采用变频器是完全可行的，而且可以同时达到节能和软启动的目的。

但是隔爆型变频器造价高，推广起来有一定的难度，不过现在国内有的企业通过和国外技术合作、引进或自制研制成功了隔爆型节能软启动开关，这种开关造价比变频器低，还可以通过调整输出电压来达到节能的目的，在目前条件下，这种开关还是值得推广的。

3.现代电力电子技术的其它应用

煤炭企业一般距离市区较远，因此煤矿的工人村都有相对对立的物业管理体系，例如必须具备对立的供水系统。

现在大多数矿山工人采用的都是定时供水制，只在规定的`时间内供水，供水的时候，就是用水的高峰期，每个用户还要用容器存一部分水备用，实际上并不一定能用完，长流水的地方也比较多，因此造成水资源和电能的浪费。

另外，由于用水集中，为了保证有足够的水压，供水的水泵和电机都比较大，因此也造成了设备资源的浪费。

全自动无塔变频供水装置这项技术在全国推广使用已经好几年了，这项技术投资少，自动化程度高，同时还可以达到节水节能的目的，但是在煤炭企业应用还不是太广泛，还没有认识到其优势。

某矿工人原来使用的也是定时供水制，自从改造成全动无塔变频供水以后，节约水资源10%以上，节约电能15%以上，而且还可以保证全天候供水，方便了居民生活，经济和社会都很好。

我国于1996年正式启动绿色照明计划，绿色照明计划的关键就是利用电力电子技术开发节能光源和节能灯具。

煤矿井下大量使用照明，目前矿井使用的照明设备以普通荧光灯白炽，因此大规模推广使用节能灯具有着重要意义。

以百万吨矿井生产照明用电容量为50kw计算时，推行节能技术可以节约电量15%，全国年产原煤12亿t，年节约电量近80GW时，细算起来是一个不小的数字。

但是，我国在开发成本低、电磁污染低、可靠性高的性能先进的电子整流器方面，特别是能适应煤矿井下恶劣条件的先进节能灯具技术还不是很成熟。

4.结论

电机是感性负载，功率因数低，负载变化大，节能的空间很大。

节能的关键在于先进的节能设备的使用或对现有设备的技术改造。

电机类负荷的节能方法主要是电力电子器件，而我国煤炭企业在电力电子技术的应用不仅无法和国外先进水平相比，即使和国内其他行业相比也落后很多。

电力监测系统在煤矿供电中的应用 第3篇

关键词：电力监控与自动化平台的整合 实施方案 无人值守

效益分析

1 概述

近年来，随着电力系统管理体制的深化改革，变电站的无人值守、综合管理和安全管理是电网现代化的必由之路。远程视频/环境监控系统已逐步成为无人值班变电所新增的十分必要的自动化项目，通过远程视频/环境监控系统，安全值班人员、企业领导可以随时对电站的重点部位进行监控和监视，以便能够实时、直接地了解和掌握各变电站的安全情况，并及时对发生的情况做出反应。

为实现供电系统和设备的在线参数监测、远程操作控制、实时事故报警、数据统计分析、运行安全保护、用电计量管理；实现了“四遥操控”，对故障监测预警、保护、定位，上传故障数据和信息，提供了快速解决手段，也解决了煤矿供电系统越级跳闸、电压波动跳闸、漏电接地选线、突发大面积和长时间停电等困扰煤矿供电的运行难题，我矿2008年按计划引进了KJ357矿用电力监控系统。

2 系统总体结构

系统分为四个层次：设备层（即高开综合保护层）、变电层（即变电所内的当地监控和自动化设备——井下测控分站）、通讯平台层（即变电所与地面间的公共通讯平台——光纤以太网平台）、地面监控层。

设备层主要完成数据采集、计算、保护和控制执行，并通过RS485总线接入变电所的测控分站中。测控分站一方面完成数据转发，另一方面实现变电所综合选漏、录波存储、时钟同步和当地监控，并通过光纤以太网，完成与监控主站的通讯。通讯平台是由分站光端设备构成的光纤以太网或是专门的光纤以太网。监控主站是一套供电系统专业版组态系统，可按照供电系统的规范，对供电系统进行监测、控制、统计和分析。

一个变电所装设一台井下监控分站。变电所的高低压综合保护用双绞线接入变电所的测控分站，监控分站直接接入现有环网，以太网与地面监控主站通讯。

系统后台可以用OPC方式将数据传输到矿井综合自动化平台，实现数据共享和网络发布。

3 实施方案

3.1 系统原理图（图1） 井下各6kV变电所的高、低压开关通过RS485通讯线接入分站，分站通过网线接入千兆环网，监控中心服务器、监控主机通过环网读取各变电所的高、低压开关数据，从而实现监测和控制。

3.2 系统连接 电力监控系统设备连接，在井下泵房和变电所各安装一台监控通讯分站，各变电所的监控摄像头通过网线或光缆（根据现场传输距离情况决定）连至电力监控分站，由电力监控分站将电力监控数据和视频监控数据由网线连至环网交换机，通过环网传至监控服务器和主机。

3.3 电力监控中心站的建立 在调度中心建立电力监控后台，对地面35kV配电房和东地6kV配电房的开关柜进行数据监测和分、合闸控制，井下16个变电所的高、低压开关进行远程监测、遥控、遥信、遥调和遥视。

3.4 地面配电房的接入 需将矿内地面35kV配电房和东地6kV配电房接入要建的电力监控系统实现配电室的监测、监控。

3.5 电力监控分站的建立 在井下共16个变电所中各安装一台电力监控分站。电力监控分站与变电所内的高、低压开关的综合保护器用RS485通讯方式进行联网，实现变电所的就地监控、通讯转发等。电力监控分站就近接入变电所附近的千兆环网交换机，通过已有的工业以太网与地面电力调度中心后台进行数据交换。

3.6 视频的建设 在井下变电所安装带云台隔爆摄像机，并接入变电所的测控分站，进行数据编码和压缩，并通过以太网，将视频传输到地面电力调度中心，实现井下变电所的视频监视，实现变电所的图像监视即遥视，从而可以实现变电所的无人值班。

3.7 与综合自动化平台的连接 ①目前我矿已有千兆工业环网，工业以太网共安装12台环网交换机，地面4台工业环网交换机，井下 8台矿用防爆环网交换机。地面除了在机房安设两台核心交换机外，还分别在35kV变电站和洗煤厂（正在建设中）各安装一台交换机。井下分别在8个变电所各安装一台防爆环网交换机。地面、井下通过单模光缆构成两个1000M高速光纤环网并实现冗余（环网系统如图2所示）。②现有综合自动化集成软件平台主要包括操作系统、数据库系统、组态平台及应用平台。操作系统选用Windows2003简体中文版，数据库系统使用SQL2005简体中文版。组态平台作为整个系统组态开发平台，采用HMI/SCADA自动化监控组态软件iFIX简体中文版作为组态平台。

综合自动化集成软件平台利用标准软件接口采集不同系统的数据信息，进行集中处理、存储和发布，以iFIX组态软件模拟生产过程，将数据以图形及表格的方式动态表现出来，并通过Web方式在网络上发布，使信息资源有机整合到一起，得到最大限度的利用，便于企业领导及时掌握煤矿生产情况并做出合理决策。

综合自动化集成软件平台使用两台iFIX管控服务器，一台运行，另一台备用；还有两台数据库服务器负责对iFIX管控服务器收集的数据进行存储备份，一主一备，一台数据库服务器运行时如发生故障，另一台自动投入运行，确保对iFIX管控服务器所收集数据的正常存储。

电力监测系统通过OPC SERVER与全矿井综合自动化平台接口，实现两者的无缝连接。

3.8 系统效益分析 ①使各变电站真正做到无人值班，以综合性保护和控制增加了变电站整体安全和设備运行可靠性。②极大提高上级管理部门对下级操作部门、操作部门对所属变电站的监督和管理水平：a上级管理部门实时监督操作人员的工作状态和规范程度。b实时管理和监控变电站有关人员、物品进出等安全防护情况。c操作部门可实时监控变电站主要设备的运行状态。d优化相关操作、维护人员的派出和工作计划，极大提高生产效率。e管理部门对变电站的突发事件能清晰看到、准确决策并在第一时间传达指令到现场。③降低变电站的日常维护成本，每个变电站最少可节约两名值班人员人工成本。

4 结束语

该系统还可通过智能分析，预告事故隐患，预防突发电力事故，具有应对突发安全事故时的电力预案程控操作功能，可用于高效准确处置重大安全事故；系统的高精度计量监测、专业图表分析工具、录波分析工具和智能专家系统，是加强供电管理、减少事故、降低损耗、节约电能、提高运行效率和管理水平的最新现代化工具，运用系统网络远程操作控制和智能程控技术，能实现煤矿供电系统和生产设备的全面自动化监控无人管理，很值得推广。

参考文献：

[1]高峰.煤矿电力监测监控系统的设计与开发[J].科技致富向导，2013（23）.

[2]王朝阳.矿用电力监测系统研制成功[J].河北煤炭，1998-05-30.

煤矿电力变压器保护系统研究 第4篇

关键词：变压器,差动保护,故障

0 引言

电力变压器是电力系统中的重要设备,其安全运行是整个电力系统连续稳定工作的关键,矿用电力变压器保护的正确动作,是矿井安全可靠供电的保障。通过分析可知,变压器的非正常工作状态主要有:由于变压器外部短路引起的电流过流和中性点电压过大、控温系统故障或失效导致的温度过高、外部负载大于额定值导致的过负荷现象等。

目前,矿用电力变压器保护的正确动作率较低,虽然由多种原因造成,但变压器保护在原理上存在客观的缺陷是造成以上故障的主要原因之一。

1 变压器纵联差动保护简介

自从差动保护成为变压器主保护的主要方式后,正确识别就成为变压器差动保护所需解决的重要问题。在没有完善的新原理可以取代差动保护前,就需要更全面地提取涌流特征,提高励磁涌流识别能力。常用的识别励磁涌流方法有:二次谐波制动原理、间断角原理和基于波形特征的识别方法。传统的二次谐波制动原理只利用了励磁涌流中明显的二次谐波特征信息,并没有利用其他辅助判据。间断角原理利用了电流波形间断角特征来识别励磁涌流,与二次谐波制动原理相比其利用了更多的信息。基于波形特征的识别方法本质上与间断角原理类似,但是其用来提取涌流特征的波形包括了间断角的整个涌流波形,因此从性能上来说更为优越。由于数学形态学和小波分析等数学工具的广泛应用以及专家系统等人工智能方法的不断成熟,为更全面地提取励磁涌流特征提供了更多的选择。总之,通过提取和分析励磁涌流特征的完整信息从而识别励磁涌流是实现变压器差动保护的正确选择。

纵联差动保护在原理上不会反映外部短路问题,在保护设备的内部故障时,保护动作具有灵活性、可选性和快捷性等特点,因此在对输电线路和电气主设备的保护中被广泛应用。而纵联差动保护也存在缺点,即只能限制在基于电流基尔霍夫定律的纯电路系统中使用。但是变压器进行差动保护系统中除去电路以外还包括铁心磁路,并且铁心磁路是非线性的。而非线性铁心磁路会导致某些情况下差动保护中出现过大的励磁电流,如:当变压器故障消除外部电压恢复供电时和变压器无负载合闸时。所以将纵联差动保护作为变压器的主保护就存在其不满足差动保护应用的问题。为了解决这个问题就需要寻求全新的变压器保护理论。目前的等值电路法理论和磁通特性理论等能够提供一定的思路和指导,但是目前与它们能够在实际中成熟的应用还存在着比较大的差距。

2 变压器差动保护中不平衡电流产生的原理

为了减小稳态情况下的不平衡电流,差动保护应采用型号和特性完全相同的电流互感器。为了降低暂态过程中最大不平衡电流的影响,常在差动回路中接入具有快速饱和特性的中间变流器(BLH),有时也可以接入电阻。当采用以上措施仍不能满足灵敏性的要求,或要进一步提高差动保护的灵敏性时,可采用具有制动特性的差动继电器。但是采用以上措施会带来新的电流不平衡问题。

2.1 由于变压器两侧电流相位不相等而导致的电流不平衡

传统的变压器采用的是Y/Δ-11的接线方式,这就造成了变压器两侧电流相位会产生30°的差值。在这种情况下如果电流互感器依旧沿用传统的接线办法,二次电流的相位也会产生差值,进而造成继电器中会有一个差电电流进入。为了解决这个问题,常用的办法是将变压器星形侧的3个电流互感器接成三角形,而变压器三角形侧的3个电流互感器接成星形,这种连接方式可以实现校正二次电流相位的效果。Y/Δ-11接线变压器的纵联差动保护原理及向量图如图1所示。

图1中和为Y侧的一次电流,和为Δ侧的一次电流,后者超前30°,如图(b)。现将Y侧的电流互感器也采用相应的三角形接线,则其副边输出电流为,这样就与具有相同的相位,如图(c)。但是在这种连接方式的情况下,会造成互感器接成Δ侧的差动一臂中电流提高倍。此时为保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中没有电流,就必须将这侧电流互感器的变比加大倍,使二次电流变小,进而等于另外一侧的电流,故这时所采用的新变比应满足的条件:

式中,nl1和nl2为满足Y/Δ的接线要求而选择的新变比。

2.2 由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流

由于两侧的电流互感器均是从产品目录中选择的,它们的变比是标准的,所以变压器的变比也是固定的。因此,变比之间的关系很难满足的条件,这就使得差动回路中有电流。当采用如图2所示的速饱和铁心差动继电器时,用其平衡线圈Wph除去差电流是常用的办法。假设出现区外故障时有,则为差动线圈所流过的电流,因而产生的磁势为。适当地选择Wph的匝数,使磁势能完全抵消,则在二次线圈W2里就不会有感应电势,继电器I中也没有电流,达到了消除差电流影响的目的。因此,选择Wph与Wcd的关系应为:

上式表明,由较大的电流在Wcd中所产生的磁势,被较小的电流在Wcd+Wph中所产生的磁势所抵消,因此,在铁芯中没有磁通,继电器不可能动作。按上式计算的Wph匝数,一般都不是整数,而实际上Wph只能按整数进行选择,因此还会存在一定的不平衡电流。

2.3 由于调整带负载变压器分接头而导致的电流不平衡

调整带负载变压器分接头是电力系统中采用带负载调压的变压器来调整电压的方法,改变分接头实际上就是调整变压器的变比nB。如果差动保护已经按照特定的变比确定,那么改变分接头会导致差动回路中有一个新的不平衡电流流入。这时由于变压器的分接头在不断地变化,并且带电的差动保护回路不能被操作,所以就不能再用选择平衡线圈匝数的办法来消除新的不平衡电流。

依据上述内容,在稳态情况下,可以由下式求得整定变压器纵联差动保护的不平衡电流的最大值Ibp.max:

Ibp.max=(Klz×10%+ΔU+Δfza)Id.max/nl

式中,10%为电流互感器允许的相对误差最大值;Klz为电流互感器同型系数,取为1:ΔU为由带负载调压所导致的相对误差,如果电流互感器二次电流在相当于被调节变压器额定抽头的情况下处于平衡时,则ΔU等于电压调整范围的一半;Δfza为由于所选用的互感器变比或平衡线圈的匝数与计算值不相等时,所导致的相对误差;Id.max/nl为保护范围外部最大短路电流归算到二次侧的数值。

3 变压器的非电量保护

(1)瓦斯保护:是变压器内部诊断故障和保护变压器的主要元器件,能够灵敏快速地对变压器内部短路、绕组出现断线及绝缘表皮劣化和油箱内油面下降等故障作出反应。瓦斯保护是瓦斯继电器(即气体继电器)利用变压器内反应气体的状态来识别故障和实现对变压器的保护的。

(2)压力释放保护:当变压器超载或故障时,会引起油箱内部压力升高,如果压力达到一定程度而始终得不到释放,可能会引起变压器爆炸,所以油浸式变压器需要装设压力保护装置——压力释放阀。

(3)冷却器故障,风冷消失保护:由于变压器的铁耗和铜耗的影响,大中型变压器在运行中会产生较大的热量,尤其在高温的环境时,发热问题更加严重,因此大中型变压器一般都装有冷却装置。

(4)油温高保护:若变压器长时间在较高温度下运行,将导致变压器的老化加速,因此必须对变压器的温度进行检测,如变压器的顶层油温等。

4 结语

本文对变压器差动保护进行了研究,并对变压器差动保护电路中的不平衡电流的产生原因进行了详细介绍。此外,还对变压器的非电量保护进行了分类介绍。为在实际生产中对变压器进行保护提供了很好的方法。

参考文献

[1]陈少华,陈为,等.电力系统继电保护[M].北京:机械工业出版社, 2009

[2]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M].北京:中国电力出版社,2006

[3]郭立新.电力变压器继电保护设计[J].西北职教,2007(9)

[4]刘春晖.电流互感器的饱和对继电保护装置的影响[J].新疆电力, 2006(1)

KJ36A型煤矿电力监控系统 第5篇

KJ36A型煤矿电力监控系统由天地 ( 常州) 自动化股份有限公司研制推出,致力于解决煤矿井下供电难题。该系统具有“五遥四联动”、故障定位等功能,实现了井下变电所无人值守和防越级跳闸,减少供电事故发生和缩短故障排除时间。

KJ36A型煤矿电力监控系统通过环网设备,接入其他生产控制系统,可形成生产综合自动化平台, 具有综合型系统配置、环网接入型系统配置和独立型系统配置等多种组网模式,能满足不同用户的高、 中、低端需求。

系统功能特点: “五遥”功能,具备遥信、遥控、 遥测、遥调、遥视功能,实现井下变电所远程监控;“四联动”功能( 选配) ,具备门禁联动、视频联动、语音联动、环境联动功能,实现井下变电所少人值守、 无人值守和综合调度; 防越级跳闸( 选配) ,闭锁控制器与专用综合保护器相互配合,解决煤矿供电网络短路引起的越级跳闸故障; 能效管理,对区队用电分班考核,强化用电管理,实现节能降耗; 故障录波, 自动准确记录电力系统故障前、后过程电压、电流、 开关状态等各种电气量的变化情况,为事故分析提供依据; 图形报表,界面友好,为用户提供丰富的图形报表; 数据共享,具备Web,OPC,CDT等多种远程联网接口,具有丰富的扩展、接入和数据共享功能。

煤矿电力系统中无功补偿的研究 第6篇

1 以直流电动机为负载的变流电路的谐波分析

可控变流电路如图1所示。输入端输入相位相差120°的对称三相交流电。电路依靠改变晶闸管的触发角α来实现调压或稳压的目的,即所谓相控调压。依靠改变触发角α的相控变流装置的输入电流通常为非正弦波型。

在理想情况下,交流侧电流为正负半周各为120°的方波,三相电流波形相同,且依次相差120°。触发控制角为α时,a相电流与电压波形如图2所示。

以电流正、负两半波之间的中点(图中与横轴垂直的虚线处)作为时间零点,将交流侧a相电流分解为傅里叶级数:

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(1/13)sin13ωt-(1/17)sin17ωt-(1/19)sin19ωt+…] (1)

(k=1,2,3,4,5…,n)

由式(1)可知可控变流装置交流侧电流含6k±1(为正整数)次谐波;各次谐波有效值与谐波次数成反比;与基波有效值的比值为谐波的倒数。即网侧电流除基波成分之外,还含有5,7,11,13,17等高次谐波,其幅值与谐波次数成反比。

同理,在非理想状态下即考虑换相过程和直流电流的脉动时交流侧电流也含6k±1(k为正整数)次谐波。频谱图如图3所示。

由上述分析可知,带直流电动机负载的可控整流电路对于网侧相当于一个包含高次谐波的电流谐波源。这些谐波电流流入电网将对电网造成很大的危害,并且还要消耗大量的无功功率。另一方面,其在传输线上流动时将引起传导和射频干扰,造成对它敏感的电子仪器和设备、继电器以及通信线路等的谐波干扰。采用TCR型SVC可滤掉谐波和补偿无功功率。

2TCR型SVC补偿原理

TCR型SVC由一个可调节电感量的电感元件(TCR)和几组LC滤波回路组成(图3),它能够跟踪电网或负荷的波动无功,进行随机性实时补偿,从而维持电压稳定[25]。

由图3可得稳态下无功功率和谐波电流平衡方程

QS=QL+Qf-QC (2)

Ih=ILh+Ifh-ICh (3)

式中:Qf——负载无功功率(随机的);

QL ——为补偿电抗器的感性无功功率;

QC ——固定电容器组提供的容性无功功率;

QS ——系统无功功率;

Ih ——谐波电流。

TCR如图4接入系统中,电容器提供固定的容性无功QC,TCR的电流决定了TCR输出感性无功QL的大小,感性无功和容性无功相抵消,只要使系统无功QS=QL+Qf-QC=常数(或0),则能实现电网功率因数=常数,电压几乎不波动。

3 矿井直流提升机的补偿系统设计

矿井直流提升机整流装置的谐波抑制及无功补偿系统框图如图5所示。系统图的组成有四部分:TCR无功补偿系统主电路,LC滤波器组,矿井直流提升机,控制单元;其中控制单元包括信号采样、瞬时无功计算、TCR触发脉冲角的计算及触发电路。

由于TCR是电感负载的交流调压电路,也含有大量的谐波,谐波电流大小与触发延迟角α有关,α角增大则电流波形畸变率增加。由于TCR在三角形联结时输入电流各次谐波含量小于星形联结时输入电流各次谐波含量,且可以使所有的三次谐波序列的谐波电流都在闭合三角形中流通,而线电流中不出现这些谐波,所以本补偿系统TCR主电路采用三角形联接。LC滤波器由3组单调谐滤波器和一组3次二阶高通滤波器组成,主要是滤除5,7,11谐波其他高次谐波,同时还兼顾无功补偿的需要。TCR控制单元是通过电流互感器对电流信号采样,在用基于瞬时无功功率检测方法检测被补偿系统的有关变量,计算相应的触发延迟角,从而控制调节补偿器吸收的无功功率。

4 补偿系统实验仿真与结果分析

补偿系统的主要任务是提高矿井直流提升机的平均功率因数至0.97(平均)值并稳定电压(△U<3%),同时为保持6kV系统电压波形为正弦,必须滤除矿井直流提升机的整流器、补偿装置以及其他非线性负荷产生的谐波。

系统仿真实验是在MATLAB7.0环境下完成的,实验参数如下:

1) 三相交流电源线电压Uline=5kV,50Hz,电源电阻R=1×10-3Ω,L=3mH;

2) 直流电动机负载等效为反电动势阻感负载,其中电动机反电动势为645V,电枢电阻为7.546×10-3Ω,电枢电感为0.693mH,转子给定电流初始值为1000A,0.6s后给定电流为2500A;

3) TCR的补偿容量为3MVA;

4) 滤波器组:二阶高通滤波器滤3次谐波,补偿容量为0.07MVA;三个单调谐滤波器分别滤掉5次、7次和11次谐波,补偿容量为1.75MVA,0.68MVA,0.5MVA。

系统仿真算法:变步长ode15s,相对误差:1e-3。仿真波形如图6～图10所示。

如图6～图9所示,直流电动机负载在0.6s时,给定电流由1000A变为2500A时,由于负载电流IL,(a,b,c)↑,所以负载的无功功率QS↑。通过控制环节的计算,使得TCR触发延迟角α↑,所以TCR的无功功率QTCR↓,最终保证系统总无功功率不变。由图10可得出系统的线电流和线电压相位基本一致,线电流波形接近正弦波。补偿系统补偿了无功功率,补偿了谐波,实验结果表明了理论的正确性。

5 结语

所采用的TCR型SVC用在煤矿直流提升机系统具有良好的补偿效果,既可以补偿大量的无功功率,也补偿了由于以阻感性为负载的整流电源产生的谐波。实际证明,TCR型SVC在实际应用中节约了大量的能源,给煤矿系统带来了一定的经济效益。

摘要：煤矿系统中直流提升机整流装置产生大量谐波,对电网电压产生很大的危害,SVC型TCR可以作为一种补偿方式。分析了以直流提升机为负载的整流电路的谐波;介绍了TCR的工作原理;设计了补偿系统,并给出了实验结果。

关键词：TCR,整流器,谐波

参考文献

[1]王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2005,(1-8):52-123,150-189,220-256.

[2]粟时平,刘桂英.静止无功功率补偿技术[M].北京:中国电力出版社,2006.21-58,58-98.

煤矿电力 第7篇

电机设备的能量消耗在矿井中属于较高的一类, 主要有主排水泵、采煤机和压缩机等几种电机, 这些设备耗能较高。鉴于此, 为了响应绿色环保的主题建设, 加快电子技术的精进就显得尤为重要。目前在我国使用量最大且范围最广泛的就是以TKD和JLMK系列优化机电控制系统为主的采用转子附加电阻以实现调速的交流提升电控系统。因为一般情况下交流提升机在削减速度阶段机械特性软调速的性能不是很理想, 所以随后又出现了一些直流调速提升机, 但是与交流提升机相比, 直流控制系统相关电子电力技术还不够成熟。另外, 整个控制系统依然像以前一样被传统继电器所控制, 每一个参数都是模拟值, 所以控制工作比较复杂, 故障发生的几率大, 参数容易发生变化且维修频率高, 每一年对其进行维修所耗费的资金都高达十五万元左右。据相关数据显示, 某矿从2013年4月起更新电控系统, 改造电力电子系统整流直流的调速系统, 系统整体装备有进口的整流控制柜和PLC控制系统, 待改造完成后, 耗能量明显降低, 平均每月电能的消耗量控制在了20万kw/h内, 很快便收回了项目的投入资金。而且控制系统更科学, 结构更紧凑, 发生故障的几率也大大降低, 维护起来十分便利, 降低了年维修费用和时间。平均每年的维修费用不超过两万元, 维修时间徘徊在200小时左右, 极大地缩短了设备维修上的时间成本, 在一定程度上拉升了企业的利润和效益, 同时为社会的增效也做出了一定的贡献[1]。

众所周知, 交流电机与直流调速相比具有自身较为突出的优势, 包括初期的投入成本, 操作易于上手, 便于后期维护等等, 所以在日常使用中交流电机深受广大用户的青睐。加之交流电机的变频调速功能与直流调速的性能不相上下, 所以交流电机的发展就显得更加快速和迅猛, 在市场中占据了不小的份额。虽然交流与直流电机的调速性能不相上下, 但使用变频技术直流调速方案所收到的经济效益相对更高。

由于电机额定电压限定值在6KV, 高压交流电机方案和高压变频调速方案直至如今尚未有一例应用成功, 所以煤矿企业大功率电机直接使用变频调速的难度也因此而增加。但科技在不断发展, 变频技术也取得了进步, 张力卷曲软件、电流平衡以及具有内置PID等大功率高压变频技术日趋成熟。最后, 像矿用刮板输送机一类启动频率高、负荷变化大的重要煤矿生产设备大都采用普通磁力起动器配送液压联轴器, 启动效果不佳, 而且耗能大, 根本达不到节能的目的。但在隔爆型变频器不断发展和成熟的过程中, 在矿用运输设备中融入使用变频器是绝对可以的, 而且这样做依然可以实现节约能耗和软启动的目的。凡事优缺点兼备, 隔爆型变频器也不例外, 因为它的造价比较高, 所以要想很好地推广还是比较困难的。为了彻底解决该问题, 在我国有部分企业已经开始引进国外先进的技术经验, 并且也开始和国外一些先进企业进行学习交流, 比如引进隔爆型节能软启动开关, 在保证调整输出电压实现节能效果的同时, 也大大地降低了企业的经营成本, 是值得推广的营销策略。

2 电力电子技术在煤矿电气中的具体应用

纵观煤矿机电的发展, 国外一些较为先进的国家在井下都拥有着较为先进的电子技术设备, 比如水泵、提升机和风机等一系列矿用设备调速系统在无形中取得了巨大的进步[2]。

2.1 提升生产流程中的自动化控制水平

电气传动自动化技术是针对控制电动机, 围绕微电子器件功能, 通过电力电子装置执行命令, 遵循自动控制理论, 实现电动机的转速自动调节的一种技术。该技术可以有效提升工作效率以满足生产需求, 将能源资源消耗值降到最低, 提高系统运行的质量, 简化系统环节, 降低劳动强度依然可以取得相同劳动成果。新世纪的变频装置相较于传统装置智能化程度提升很大, 本身就有着十分不错的保护功能, 在驱动负载方面, 它不但充当着强大的控制环节的角色, 而且还是一个十分准确的执行机构。电气传动自动化系统, 可以被看做是集控制与执行功能于一身的重要环节。该设备和相关技术的投入既能轻松实现单机自动化, 又能简单完成顺槽自动化的控制工作。

2.2 提升电气传动系统的机电一体化性能

现代矿井开采、挖掘和运输等生产装备机电一体化都离不开电气传动系统的机电一体化, 它不但能提升自动化控制水平, 而且还能有效地缩小设备所占空间。因为井下的可利用空间十分有限, 所以自然对装备体积和使用的范围造成了约束, 因此企业必须思考如何减小装备体积, 减少恫室的挖掘量, 从而降低资金投入。在电力电子技术不断发展的今天, 无机械齿轮技术逐渐成熟, 而且已经一步步走向实用阶段。比如投入使用的滚筒内装电动机提升绞车, 不但体积小, 而且整体转动效果更好。

3 结语

电机相对而言功率因数不是很高, 负载变化量较大, 节能空间经过优化也可以很大。目前和国外先进的电力电子设备发展现状相比, 我国的技术水平还比较落后, 在我国不同区域的发展水平也不尽相同。所以, 煤炭企业在电力电子技术的改造和应用方面还需要不断探索创新, 将行业发展潜力充分发掘, 为企业发展创造更高的经济效益和社会效益。

摘要：在科技高速发展的今天, 电力电子技术也得到很大的发展。虽然目前我国煤炭行业电力消耗量较高, 统配煤矿也可以认为基本达到了机械化水准, 但相对而言, 电气化依然不够成熟。本文通过阐述电力电子技术在煤炭企业多个方面中的应用, 说明其推广对企业发展的重要意义。

关键词：煤矿,电力电子

参考文献

[1]宋瑞菊.冯营矿北风井风机改造前后检测结果合并分析[J].煤矿现代化, 2010 (06) .

煤矿电力 第8篇

关键词：GOOSE技术,电力监控,“五遥”,高压综保

0 引言

供电系统是矿井安全生产的基础环节, 在煤矿供电系统中经常发生以下故障情况, 一是井下供电网络中某台开关发生短路故障时, 上一级配有综合保护装置的高压防爆开关不动作, 而是直接引起地面35k V变电站高压开关柜发生瞬动跳闸, 造成井下高压防爆开关失压保护动作跳闸;二是井下供电系统发生漏电故障时, 由于综合保护装置不能准确的判断出故障线路和故障点, 造成井下高压防爆开关误动或拒动。井下电网越级跳闸可引起大面积停电, 不但会影响正常生产还可能引起安全事故, 为此, 深入分析煤矿电网越级跳闸的原因并制订相应的对策, 对煤矿井下安全供电具有十分重要的意义。

1 工程现状

目前, 八矿井下电气设备选用BGP型、PBG型高压真空隔爆开关共273台, 选用KBZ系列普通型和智能型、BKD-400Z/1140 660隔爆真空智能型低压馈电开关共329台。其中高低压设备共150台无电动合闸, 不具备智能保护功能, 目前采用的智能保护大多是RS485通讯, 通讯速率低。

本次自动化改造主要涉及井下四个变电所 (二水平中央变电所、戊一采区变电所、戊一车房变电所、丁一下部变电所) , 并将原井下低压电费计量系统接入, 通过后台监控系统实现井上井下变电站的一体化监控功能。

2 建设目标

通过本次改造完成井下回路中实现防越级跳闸功能, 满足无人值守要求。建立地面监控中心, 按照煤矿运行要求对供电系统运行参数进行监测、显示、定时打印制表及与上级系统通讯, 实现井上、井下供电系统的遥测、遥信、遥控和遥调等功能, 提高地面供电开关和井下高压防爆开关保护动作的可靠性和灵敏性, 解决线路越级跳闸、接地选线及开关柜温度测量的问题, 提高井下低压供电系统馈电开关保护动作的可靠性和灵敏性, 实现低压供电系统的自动化控制。建立用电计量考核系统, 使矿区管理层实时掌握全矿电能消耗及重要设备电能消耗, 为节能降耗提供科学指导方案。

3 技术方案

计划将井下四个变电所内高压保护装置更换为支持GOOSE信息的智能保护装置, 在每个变电所增加一套通讯管理设备, 借助原有的井上、井下工业以太环网, 建立井下四个变电所的电力监控系统, 实现对井上、井下改造后的供电系统一体化无缝监控管理。

3.1 井下电网越级跳闸原因

井下电网越级跳闸原因分别为: (1) 上下级开关继电保护不配合; (2) 失压脱扣器先于过流保护动作; (3) 保护装置性能差造成越级跳闸; (4) 漏电保护选择性差造成越级跳闸。

3.2 系统针对井下电网越级跳闸的解决方案

本方案利用保护装置之间端对端直接传输的技术, 即IEC61850的GOOSE技术实现保护测控设备之间的快速信息交换, 利用下级变电站保护动作或馈出线保护动作信号快速闭锁本线路保护的速断保护功能, 从而实现选择性。

如下图所示, 考虑极限情况线路末端短路仅靠电流定值无法满足选择性, 所有保护装置在检测到故障电流信号时均能启动速断保护, 速断保护启动立刻向上一级发出闭锁信号, 同时检测下一级是否有闭锁信息发出, 如果检测到闭锁信息则闭锁速断出口, 闭锁时间可以整定, 一般与GOOSE闭锁信息可靠传输时间及下级保护可靠跳闸时间进行配合。

如果由于某种原因通信线路出现故障, 则不能保证下级的闭锁信号可靠传输, 此时本级保护装置仍按原保护定值跳闸, 避免事故扩大。

对于由于电压波动、干扰、开关柜拒动等原因造成的越级跳闸, 采取如下措施:

(1) 保护装置具备失压延时跳闸功能, 解决由于电压波动引起的越级跳闸;

(2) 采用工业级CPU芯片, 提高井下保护的硬件水平和抗干扰性能, 延长使用寿命, 解决由于干扰引起的保护装置误动引起的越级跳闸。

(3) 采用GOOSE通讯技术, 解决由于机械故障开关拒动产生的越级跳闸。间隔层供电系统装置能准确、迅速定位故障点, 使无故障的线路能及时送电, 故障开关送不上电, 防止试送电引起二次事故。

3.3 系统设计

目前, 八矿井上下已建成矿井工业以太环网, 本项目将在工业以太环网划分一个VLAN专用通道, 用于传输井下四个变电所的电力监控数据至后台服务器。

整个电力监控网络采用分层分布式光纤以太网结构, 分主站和分站系统。主站系统设在地面电力集控中心, 运行人员通过主站系统即可实现对井下变电站实时运行状态的监视和控制。

各分站系统相互独立, 互不影响, 自成一个子系统。各分站子系统通过现有光纤及新敷设光纤形成一个专网, 各分站系统之间的专网支持IEC61850网络, 一方面把变电站监控信息经传输到地面监控中心, 另一方面在各保护继电器之间传送GOOSE信息, 方便保护之间闭锁信息和其它快速信息的交换。

3.4 系统结构

系统采用高速光纤以太网结构分为三层, 即间隔层供电系统、通讯管理层、地面监控中心。地面监控中心设在地面电力监控调度。

间隔层供电系统主要包括变电所已配置的低压第三方厂家保护装置, 本改造的高压和低压保护装置, 智能型灯光照明保护装置。所有保护装置负责采集各自线路的电流、电压、有功、无功、开关位置信号等各种信息, 将采集到的信息送至通讯管理机, 再与地面监控中心系统相联。

通讯管理层是由变电所通讯管理机、交换机等通讯设备构成, 通讯管理机接收间隔级各种智能设备所采集的信息, 对各种信息进行处理后, 上传至地面监控中心的监控主机, 并将监控主机发出的各种下行命令, 如遥控、遥调等, 传达至间隔层供电系统的智能设备进行控制。

地面监控中心的操作员工作站是系统的显示管理分析中心, 完成系统的智能管理、报表打印、图表显示、数据库管理等功能。

3.5 系统功能

电力监控系统能对井上井下变电站正常运行和事故情况下的生产过程进行实时监控, 实现无人值守功能。系统采用彩色液晶显示, 可定时自动报表打印或召换报表打印, 越限和事故报警, 事故推画面、事件顺序记录与事故追忆, 可进行数据采集与处理, 完成站内自动化控制功能, 向调度传送远动信号与数据, 接收调度遥控命令, 以及其它一些运行管理功能。

3.5.1 电子挂牌

本系统可有效解决检修和停电安保问题。设置检修和停电时开关都必须挂电子牌, 从而闭锁送电, 防止检修时操作误送电。

3.5.2 遥控检测试验

按照煤矿井下运行规程要求, 定期将对各线路进行试验, 主要包括过流、漏电和绝缘试验。

3.5.3 超限告警

本系统中高压保护可提供温度超限告警、过流超限告警等功能, 可有效防止开关、变压器等设备因高温失火事故, 为合理利用负荷提供判断依据和安全保证。

3.5.4 电能管理

电力监控系统具有电能管理功能, 能提供多种分时计费 (尖、峰、平、谷) 方案和费率的种类, 能够统计各回路每日、每月、每年的有功电度总值和无功电度总值。

3.5.5 系统失压录波

为方便分析系统电压波动程度和原因, 高压保护在满足以下两个判据时会启动录波并自动上传至监控系统:1) 系统电压波动范围⊿U超过设定值;2) 开关自身欠压和失压保护动作, 录波时长将达到2s。

3.5.6 通讯处理

监控系统首先处理各种不同规约的信息, 发送和接收遥测、遥信、遥控、系统对时, 配置信息的请求、应答、报文, 将实时数据按相同的数据格式存入实时数据库, 为系统其它模块提供数据来源。

3.5.7 事件顺序记录与事故记忆

顺序事件记录包括所有报警信息, 操作人员确认报警动作的有关信息, 操作人员对断路器所做的操作, 各开关状态的变位, 系统通信信息, 系统复位和重启, 保护装置动作信号, 控制操作及操作后状态变化等信息。

3.5.8 开关操作与安全管理

系统对不同的使用人员分级授权, 操作人员只能进行权限允许的操作。获得权限的人员可在监控计算机或工作站上执行遥控分合闸操作, 采用口令核对和操作返校以确保操作准确。

电力监控系统具有远程控制功能, 可以对具有电动功能的机构进行遥控操作, 并记录存储遥控操作的相关信息。

系统具有防误操作、互相闭锁功能, 当一分闸或合闸命令被发出时, 联锁程序进行核查, 然后确认此指令被执行或被取消。

3.5.9 故障录波和谐波分析功能

故障录波功能可以显示、打印带时标的故障波形, 供精确分析故障。

电力监控系统具有谐波监测功能, 能测量和显示高次谐波分量。

3.5.1 0 在线远程维护功能

电力监控系统具有在线远程维护功能。通过远程维护软件经授权可以在线进行画面报表的在线编辑修改, 前景数据的画面报表的在线编辑修改, 数据库部分内容的在线修改, 部分运行参数及限额的在线设置、状态修改, 系统接线图绘制、修改, 设备参数修改, 报警限值设置、修改, 增加、删除操作员, 修改操作员密码, 报表格式设计、修改。

4 结语

煤矿电力 第9篇

目前大量电力电子器件已应用于煤矿系统, 由此带来的谐波及无功问题也愈发严重, 煤矿系统中的谐波污染的问题亟待解决。煤矿系统中谐波污染主要来自于变频器、整流器及各种变流设备的大量使用。在谐波污染越来越严重的大前提下, 对谐波的治理已成为各专家学者研究的热点问题。传统的谐波治理方法为无源滤波器, 但是该方法具有补偿对象单一、不能动态补偿等缺点, 且容易引发不需要的谐振。有源电力滤波器作为一种谐波及无功补偿装置, 具有较高的补偿范围, 可以动态补偿谐波及无功, 已经被广大学者列为研究对象, 并取得丰硕的研究成果。但是, 有源电力滤波器的研究大多为低压市电系统的研究。对于煤矿行业, 其高压大容量的特点不得不作为实际考虑情况并进行研究。

本文针对煤矿系统高压大容量的特点, 在传统有源电力滤波器基本原理的基础上, 提出了一种混合级联多电平拓扑结构, 可以提高输出功率等级和开关频率, 提高补偿效果。

1 并联有源电力滤波器

1.1 并联有源电力滤波器的基本原理

如图1所示, APF系统主要分为电网、谐波源和APF装置3个部分。有源电力滤波器通过对非线性负载 (谐波源) 进行实时的谐波检测, 并以与谐波电流相反的电流信号为指令电流对APF装置进行控制, 使其发出与负载谐波相反的电流, 抵消掉电网中的谐波电流, 以达到谐波治理的目的。

1.2 基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波检测算法

为了获得与A相电网电压同相位的正余弦信号, 可通过采用锁相环 (PLL) 和正余弦发生器来产生。将三相谐波负载电流ia、ib、ic通过3/2变换化为瞬时有功电流ip和瞬时无功电流iq, 再将其通过低通滤波器滤波, 可得瞬时有功和无功电流相应的直流分量。再经过2/3变换即可得到各相基波电流。用负载电流减去基波电流即可得到谐波电流。其谐波检测的原理如图2所示, PLL为可使得正余弦信号更好跟踪电网A相电压相位的锁相环。

其中

1.3 电流跟踪算法

为得到快速的电流跟踪性能, 本文采用重复控制加PI的固定开关频率PWM电流控制策略。应用重复控制提高其稳态性能, 并串入PI调节器以保证动态性能 (图3) 。

2 混合级联多电平拓扑结构并联有源电力滤波器

由于煤矿系统为高电压大容量系统, 传统的APF将会对电力电子器件的耐压值有过高的要求, 联系实际情况, 本文提出混合级联多电平拓扑结构的APF。为方便分析, 以A相为例, 其拓扑结构如图4所示。

混合级联多电平APF系统主电路拓扑结构包括PWM变换器构成的电流源部分和与之串联的3个级联H桥逆变器构成的电压源部分。其中电压源部分的3个H桥共用一个直流侧电容, 有利于减少系统成本和简化控制, 采用每个H桥的输出经变压器变比为1∶1k, 1∶3k, 1∶9k的3个变压器后串联的方法, 其中k为变压器变比系数, 电网电压与3个级联H桥逆变器输出电压的基波分量相抵消, 因此在电网电压为高电压时, 电流源部分也可以工作在低压状态, 容量较小, 直流侧母线具有较低的电压。

则根据基尔霍夫定律和电路关系可得下列各式, 其中Em为电网电压幅值。

系统等效电路模型如图5所示。

3 仿真系统实现

为验证所提拓扑结构的正确性与优越性, 并结合煤矿供电系统实际情况, 在MATLAB仿真环境中搭建了三相电压为6 k V的系统, 滤波器容量为1MVA。系统主要包括三相三相制电网、谐波源、谐波和无功检测模块、级联H桥逆变器、电流源PWM变换器和电流跟踪控制模块。具体仿真参数如下:谐波源为不控整流桥带阻感负载, 其中电感值为150 m H, 电阻值为50Ω, 开关频率为15 k Hz, 并网电感为15 m H, 电流源部分PWM变换器的直流侧电压为610 V。

由图6、图7知, 在补偿之前电流畸变严重, 补偿过后电网电流基本为正弦电流。由图8知, 该系统具有较好的动态性能, 在突加和突减负载时, 系统均能快速补偿谐波。

4 实验结果

由于实验条件的局限性, 并不能模拟6 k V的实验系统来验证结果, 为对该拓扑的正确性进行验证, 对高电压条件下的APF进行进一步的研究。根据实际情况, 此次实验拟搭建380 V/10 k W的实验平台。以TI公司的DSP芯片TMS320F2812作为主控芯片, 并与FPGA芯片相结合, 各种算法通过编程实现。通过电能质量分析仪观测和分析实验效果。

由图9、图10可知, 经过有源电力滤波器的谐波补偿, THD从补偿前的29.80%降为补偿后的3.62%, 具有很好的补偿性能。

5 结语

有源电力滤波器在谐波的治理上具有优越的性能, 但是, 由于受限于器件耐压值的硬性问题, 在高电压大容量的煤矿供电系统中, 传统的有源电力滤波器不能受用。本文提出的混合级联多电平的拓扑结构, 很好地解决了器件耐压值低以及电网电压高的矛盾。

由仿真及实验结果看出:由重复控制加PI调节器的电流控制算法配合混合级联多电平拓扑结构的APF系统在高压大容量的煤矿供电系统的谐波治理中具有优良的性能。

摘要：针对煤矿系统中严重的谐波及无功治理问题, 提出了适用于高电压大容量场合的有源电力滤波器。介绍了并联有源电力滤波器的基本原理, 采用混合级联的方式, 解决了有源电力滤波器中电力电子器件耐压值不够等缺点。采用重复控制加PI控制的电流跟踪策略, 基本实现有源电力滤波器对指令电流的无差跟踪。在MATLAB中仿真验证了该拓扑及控制策略的可行性, 在低压实验中验证了该方案的可行性。