动补滤波技术及其在煤矿电网中的应用-石家庄波宏.PDF

动补滤波技术及其在煤矿电网中的应用 1 动补滤波技术及其在煤矿电网中的应用 贾保军 (煤炭工业石家庄设计研究院，石家庄 050051) 摘要：煤矿提升机直流控制系统给电网产生多方面的干扰和影响，导致电气设备损耗 增加，故障率上升。动补滤波技术可以有效抑制提升机谐波和电压波动，提高功率因数，从 而保障电气设备的安全可靠运行。 关键词：提升机直流电控，谐波，电压波动，动态补偿滤波装置 1. 概述 随着电力电子技术的发展与进步，各种变流变频装置广泛用于工业及民用领域，煤矿提 升机也较普遍的采用晶闸管供电的直流拖动，称为提升机晶闸管电控系统（SCR—D）。 晶闸管电控系统具有调速平稳准确、效率高、容易维护、可引入计算机监控等优点，目 前国内大功率的矿井提升机采用较多。 但是晶闸管电控系统也会对电网产生一些不良影响。由于晶闸管变流器采用相切控制方 式调节电压或电流，使电网正弦电压波形受到切割，并由此产生谐波电流，导致供电电网电 压波形畸变。SCR—D 系统在整个运行期间功率因数偏低（一般在 0.02～0.8 之间），同时起 动无功冲击大，引起电网电压发生波动，尤其对于矿井提升机这类短时重复工作制的负荷， 电压波动问题更加突出。 SCR—D 系统对电网的干扰影响主要表现在： ① 产生谐波电流； ② 平均功率因数低； ③ 起动无功冲击大。 1.1 谐波电流问题 根据国内外有关技术文献及标准，电网谐波（分量）的定义为“对周期性交流量进行付 立叶级数分解，得到的频率为基波频率整数倍的分量”。在假定发电机输出的电压为理想正 弦波形的前提下，电网的谐波主要由具有非线性特性或者对电流进行周期性开闭的电气设备 产生，这类设备分为以下两种： ⑴ 装有电力电子器件的设备，例如变流器、变频器、交流控制器、电视机等。 ⑵ 具有非线性电流电压特性的设备，例如感应炉、电弧炉、气体放电灯和变压器等。 动补滤波技术及其在煤矿电网中的应用 2 随着晶闸管电路的广泛应用，上述设备成为主要的谐波源。 晶闸管电路进行相切控制时，正弦电流的一部分进入负载，转化为功率，另一部分能量 返回电网，其频率为电网频率的整数倍。这部分电流称为谐波电流。因此，我们可将晶闸管 变流器看作谐波电流源，整个电网作为它的负载。 为了保证所有电气设备的正常工作，各工业国家都对谐波问题开展了深入的研究工作， 并制定出了相应的标准规范。我国于 1984 年颁布了《电力系统谐波管理暂行规定》，后又于 1993 年发布了国家标准《电能质量：公用电网谐波》，规定了电网谐波的允许值。 我国《煤炭工业矿井设计规范》第 16.1.13 条规定：“电网中接有非线性用电设备的矿 井，应采取措施将谐波电流危害限制在允许的范围内。设计滤波电路时，宜结合无功补偿及 控制因大容量谐波源所引起的电压闪变等因素确定。” 根据目前国内外的研究成果，谐波电流允许值应基于电网的电磁兼容性水平，即不可能 完全消除谐波，但应将其限制在一定的水平下。 1.2 功率因数问题 晶闸管装置基本上相当于上一个感性负载，随着控制角的改变，其功率因数也会发生变 化。即使晶闸管装置接的负载是纯阻性，从电网看也具有感性特征。 晶闸管电路的功率因数通常较低，用于煤矿提升机的 SCR—D 系统根据工作状态，其自 然功率因数在 0.02～0.8 之间变化，即起动阶段功率因数很低，等速段功率因数较高，根据 开滦钱家营矿实测结果，提升机的平均功率因数为 0.69。 1.3 电压波动问题 提升机等大型负载起动时，需要大量的无功功率，如果电网容量较小，则会导致电压降 落。周期性重复起动，会造成电压波动，当电压波动达到一定频率时，则会出现“闪变”。 电网电压的稳定性是衡量电网电压质量的一个重要条件，而电压波动的允许值是与其出 现的频度有关，国标《电能质量：电压允许波动和闪变》规定 10kV 电网的电压允许波动为 2.5%。对于矿井提升机这类负载，考虑到技术经济的具体情况，其引起的