毕业设计-唐口煤矿动补及滤波器系统设计1.doc

唐口煤矿动补及滤波器系统设计



唐口煤矿动补及滤波器系统设计

一、概述
晶闸管变流器传动系统为非线性负载，运行时会产生大量的谐波电流，这些谐波电流注入电网后，不仅引起供电电压波形畸变，供电质量降低，而且严重威胁电网的安全供电和用电设备的安全运行。另一方面，晶闸管变流器传动系统运行时无功冲击较大，导致供电系统电压波动及功率因素较低（一般在0.6左右），因此必须进行必要的滤波和无功补偿。如果采用常规的并联电力电容器补偿，将会对谐波电流产生放大作用，更加危及电力系统的安全运行。因此对于晶闸管变流器传动系统最佳的解决方案是采用动态无功补偿及谐波滤波装置。

二、基础数据
　 1、电网条件
 　10kV 母线短路容量：最大105.57，最小96.33MVA；额定电压: 10kV；额定频率: 50HZ。
2、运行方式
矿井10KV母线为单母线分段。正常情况下，二段10KV母线分别由2台主变供电。一段母线带一台主井提升机及矿井部分其它负荷，另一段母线带一台主井提升机、一台副井提升机及矿井部分其它负荷。动态无功补偿及滤波装置按一台副井提升机(1800kW)和一台主井提升机(2600kW)全载全速在同一段母线运行设计。
　 3、主、副井提升机的无功功率及矿井其它负荷
根据速度图，力图，主、副井提升机重载上提时计算出的最大无功功率及等速段的无功功率见表１。


 表1

最大
无功功率
(kVAR)
等速段
无功功率
(kVAR)
主井提升机
5120
2540
副井提升机
3650
1950
∑
8770

该段母线上矿井其它负荷为：有功功率：6000KW；无功功率：4500KAR。 因此该段母线上的最大无功功率为13270KVAR 

４、主、副井提升机产生的谐波电流
　　主、副井提升机在运行期间产生的最大谐波电流见表２。
　　 表2
次数 N
5
7
11
13
17
19
23
25
主井 (A)
7.08
4.16
27.1
17.6
1.35
1.17
8.19
6.86
副井 （A）
4.92
2.89
18.3
12.1
0.932
0.813
5.69
4.77
主、副井叠加（A）
8.62
5.06
32.7
21.4
1.64
1.42
9.97
8.35

三、动补及滤波装置达到的性能指标
1、将提升机所在10kV母线上的平均功率因数补偿到大于0.95。
2、流入系统的谐波电流及10kV母线上的电压畸变率低于GB/T14549-93的限值。
3、由负载引起的电压波动控制在5%。
4、在不大于1.3倍额定电流和1.1倍额定电压下长期运行。
5、无危害并联谐振。

四、无功补偿容量及系统确定
主、副井提升机所在母线上的最大无功功率为13270KVAR ，考虑该段母线上其它负载有1000KVAR的固定无功功率，则该段母线上的最大无功率变化为12270KVAR。考虑到主副井提升机同时起动的概率较小，并考虑动补装置的投资，将因负载引起的电压波动控制在2%范围比较适中，这时所需的动态无功调节范围为7454KVAR。
考虑矿井供电运行的灵活性，在2段10KV母线上各设1套动态无功补偿装置，其配置及容量相同。
动态无功补偿装置采用TCR＋FC系统。TCR为晶闸管相控电抗器，提供可变的感性无功；FC为滤波装置，该装置除了具有滤波功能外，还提供动态无功补偿所需的容性无功。动补装置系统图见图1。
根据前面分析，初步确定SVC的最大感性无功为8000KVAR，FC的基波容性无功为8500KVAR，FC超出的500KVAR，用于补偿10KV母线上的其它固定负荷。

　 四、滤波装置部分
1、滤波器方案
　 （1）、10KV母线上设置两套兼顾无功补偿的滤波装置，分别接于2段10kV母线。每套滤波装置由4.5次二阶减幅滤波器及11次单调谐滤波器组成。滤波器为星形连接。每套滤波器的装置的容量为12000KVAR，基波补偿容量为8500kVAR。滤波装置安装于户外。滤波电容器的额定电压为7200V。
　（2）、保护控制及信号系统采用PLC计算机系统，并将相关信号传至变电所综合自动化系统。
（3）、考虑井下电容电流的影响，按单相接地电流为10A考虑。
该方案的滤波装置接线如图2所示。
2、保护和指示
 每套滤波装置设保护屏1台（内装西门子PLC一台）。
 （１）、保护
 干线时限速断保护
 支路过流保护
不平衡电流保护
欠压、过压保护。
（２）、测量及信号
电流、电压测量
带电显示
放电显示
故障显示
故障报警

五、TCR部分

为了降低提升机无功冲击对电网的影响，在两段10KV母线上各设1套TCR。
本动补装置配套采用鞍山电力电子股份有限公司的TCR，该公司生产的TCR技术先进，质量可靠，已有多套TCR在矿井运行。
TCR主要技术规格见表3。
表3
序号
项 目
技术规格
1
额定容量
6500KVAR
2
响应时间
≤10ms
3
晶闸管冷却方式
高效热管自冷
4
控制系统
全数字控制系统
5
晶闸管触发方式
光隔离电触发
6
TCR调节精度
0.1电角度
7
无功功率调节范围
0～100%
8
噪声水平
无噪声

使用年限
＞20年

六、动态无功补偿及滤波装置达到的技术指标
　 经计算动态无功补偿及滤波装置投入运行后，10kV母线可达到下述指标：
1、动态无功补偿装置输出基波无功为2×500KVAR～2×8500KVAR，矿井的总无功功率为15147KVAR，因此10KV母线上的平均功率因素可以大于0.95。
2 、电网谐波分流及10kV母线上的电压畸变率
当主副井提升机在同一段母线上运行，且同时加速，在最大谐波电流情况下，电网谐波分流及10kV母线上的电压畸变率见表3。表中，Ifn5-Ifn11为流入滤波器的谐波电流，Isln为流入系统的谐波电流，Iscn为流入井下的谐波电流，Vn%为10kV母线上的电压畸变率。

表4
n
In
Ifn5
Ifn11
Isln
Iscn
vn(%)
5
8.62
7.99
5.77
4.58
0.0747
0.686
7
5.06
3.051
6.38
1.94
0.0621
0.407
11
32.7
0.902
31.8
0.557
0.0440
0.183
13
21.4
2.03
19.2
1.16
0.128
0.453
17
1.64
0.337
1.359
0.163
0.0308
0.0834
19
1.42
0.353
1.149
0.158
0.0372
0.0900
23
9.97
3.245
7.81
1.24
0.429
0.858
25
8.35
3.01
6.47
1.07
0.439
0.807
Σ

1.51

从表4可以看出,流入电网的谐波电流Isln和10kV母线上的电压畸变率Vn%均满足GB/T14549-93要求。10kV母线上的电压畸变率Vn%将小于1.51%。
　　（3）电压波动情况
动态无功补偿装置具有动态调节无功之功能，因此能有效减少10kV母线上电压波动，经计算负载引起的最大电压波动小于5％。
（4）并联谐振情况
　因4.5次滤波器为二阶减幅滤波器，因此系统不会产生4次等并联谐振。从图3可以看出，滤波器具有优良的频率特性。
 



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图2 滤波器系统图

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11 主井提升机网侧电流波形及频谱（f0=0.5Hz）

图12 主井提升机网侧电流波形及频谱（f0=1Hz）

图13 主井提升机网侧电流波形及频谱（f0=2Hz）
图14 主井提升机网侧电流波形及频谱（f0=3Hz）

图15 主井提升机网侧电流波形及频谱（f0=4Hz）
图16 主井提升机网侧电流波形及频谱（f0=5Hz）

图17 主井提升机网侧电流波形及频谱（f0=6Hz）

图18 10KV母线电压波形及频谱（滤波器不投入）

图19 10KV母线电压波形及频谱（滤波器投入）

图20电容器组投入时的阻抗曲线

图21阻抗曲线
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