动态均压采用RC电路,可避免各阀端电压的不平衡。
紧急触发电路采用BOD(break-over-diodes)元件,其功能是当晶闸管的端电压超过某一指定值时,BOD立即触发晶闸管,将高压泄放到电抗器等设备上,以避免过高的行波电压对晶闸管产生破坏作用。
AC控制器具有足够的安全系数,当某一个晶闸管击穿短路后,仍能正常工作。晶闸管故障后有灯光指示,可在停机检修时予以更换。
晶闸管的冷却水系统为闭路循环,水质为去离子水,通过一台热交换器对循环水降温。
三相电抗器为Δ形连接,在对称控制时,3次谐波不会进入电网。计算时按最大可能的谐波电流。
⑵主电抗器
主电抗器与AC控制器配合,产生可变的感性无功功率。主电抗器为空心结构,自然空冷。为了避免晶闸管承受过高的短路应力,将每相电抗器分为两部分,中间接AC控制器。当某一部分电抗器发生短路后,晶闸管最大承受2倍的额定电流。
⑶滤波回路
单调谐滤波回路由电容器和电抗器组成,电容器选用全膜介质的滤波电容器,具有较高的场强和稳定性,并装有内放电电阻。电抗器为空心结构,带抽头可调。在谐振频率下,XCn=XLn,可对相关谐波形成近似短路回路,以吸收谐波电流。滤波器的滤波效果及电网阻抗曲线见图7。
高通滤波回路由电容器、电抗器和电阻器组成,在谐振频率以上呈现低阻抗,可以同时吸收特征频率及其以上的谐波。
滤波回路均为Y形连接,设中性点不平衡保护。其他保护有过压、失压、过电流、速断等保护。
3 动态无功补偿控制系统介绍
控制系统的任务是通过测量系统变量及人为给定量,计算出系统的有功功率、无功功率、电容器组的容性无功功率和主电抗器的感性无功功率,经过运算处理,产生相应的触发脉冲,调节AC 控制器的控制角,控制主电抗器的无功功率,以使电网电压保护稳定。
调节控制系统接线见图8。

3.1控制系统的组成及功能
整个控制系统由测量单元、计算单元、处理单元、触发单元和同步单元组成。
3.2测量单元
测量以下变量;提升机电流;补偿回路电流;AC控制器电流;6kV或10kV线电压。
电流电压信号采用三相输入。虽然对于三相对称负荷,采用单相测量方法比较简单经济,但由于对输入信号进行滤波而使测量值具有惯性。因此,为了保证调节速度,需采取三相全信号输入。
3.3 6.3kV电压测量
通过6300/100V电压互感器得到100V交流电压,然后在降至7.07V输入电子电路。交流输入信号经三相全波整流器整流滤波,放大为直流10V,相当于交流6.3kV。
3.4 电流测量
提升机回路,补偿回路和AC控制器回路均采用□/5A电流互感器,然后再经5/0.1A中间电流互感器将信号输入电子回路。
3.5计算单元
计算单元根据输入信号计算出各回路的有功功率,无功功率。
3.6处理单元
处理单元包括一个电压及功率因数调节器,一个电流调节器和线性化环节和触发单元。
3.7同步单元
同步单元的作用是使触发脉冲与电网交流电压同步,以保证晶闸管触发正确。
同步单元由锁相环及锯齿波形发生器组成,锁相环产生一个跟随电网频率及相应的时钟信号,并使锯齿波发生器产生与电网交流电源同步的锯齿波。
触发脉冲产生电路将锯齿波电压与控制电压进行比较,当锯齿波电压大于控制电压时,产生触发脉冲。由于锯齿波与电网交流电压是同步的,所以触发脉冲与电网电压也能保持同步。
4在我国煤矿的应用前景
该装置应用于开滦吕家坨煤矿以来,经过两年多的运行,已经取得了明显的节能及提高电网电压质量的效果,具有良好的经济及技术效益,主要有以下几点:
⑴提高电压质量
电压质量的好坏直接关系电器设备的安全运行.提升机直流系统向电网注入谐波电流,使电压正弦波形发生畸变,并引起晶闸管电路触发不同步, 电动机力矩不稳,电网谐振时,可诱发电缆放炮等事故.
提升机等大功率负载频繁起动,无功冲击导致电网电压产生波动,对井上下电器设备产生干扰。
采用这套动补滤波装置后,可以吸收谐波,补偿无功功率,改善电压质量。
⑵减少损耗,提高主变压器利用率
在未投动补滤波装置时,电网自然功率因数很低,负载所需的有功功率和无功功率均由电网提供,使变压器和电网线路的损耗增加,同时带负荷能力降低。
投入动补滤波装置后,电网和主变压器仅传输有功功率,可提高效率,减少损耗。
铝家坨矿新井35kV变电所现有两台主变压器运行,投入动补装置后,可实现一台主变运行,另一台主变备用的供电方式,仅基本电费每月可节省10多万元。
⑶调控运行,防止过补
以往在煤矿地面变电所设计中,通常在6(10)kV母线并接电容器组,对电网进行固定式补偿。由于提升机为短时循环工作制的负载,一个提升机循环分为加速、等速、减速和休止几个工作状态,各阶段所需功率均不同,而电容器组只能输出恒定无功功率,造成有时无功不够,有时过补现象。采用TCR动态补偿,可根据负载无功的变化进行动态补偿,使电网始终处于最佳状态。
目前,国内煤矿大功率提升机通常采用晶闸管供电的直流电控系统或交-交变频调速系统,对电网会产生不利影响。近几年国家颁布了一系列标准、规程,对电网电压质量有了明确规定。因此,在新矿井设计阶段应对谐波和冲击压降问题进行详细计算论证,并提出相应的技术措施,而动态补偿及滤波装置,作为一种可靠的高技术设备,在煤矿电网中具有广阔的应用前景。