В угольной промышленности преобразователи частоты и выпрямители крупногабаритного оборудования (например, главные подъёмники, вентиляторы) генерируют значительные гармоники и потребляют реактивную мощность. Это приводит к трём критическим проблемам: низкому коэффициенту мощности сети, высоким потерям в линии и даже к отказам оборудования/угрозам безопасности. Статический генератор реактивной мощности (SVG) – это устройство нового поколения для оптимизации качества электроэнергии, которое динамически компенсирует реактивную мощность и фильтрует гармоники, обеспечивая безопасную и экономичную систему электроснабжения угольных шахт. В этой статье объясняется, как SVG решает проблемы электроснабжения угольных шахт, рассматриваются проблемные места в сети, принципы работы SVG и результаты его применения.
I. Проблемы систем электроснабжения угольных шахт: почему вмешательство SVG необходимо ?
Проблемы с гармониками и реактивной мощностью в сетях угольных шахт обусловлены характеристиками оборудования и ограничениями традиционных методов компенсации. SVG решает следующие основные проблемы:
1. Сильное гармоническое загрязнение ставит под угрозу безопасность
- Источники гармоник: преобразователи частоты (подъемники, воздушные компрессоры) и выпрямители генерируют 3-ю/5-ю/7-ю гармоники.
- Измеренное воздействие: на шине 10 кВ угольной шахты наблюдался коэффициент гармонических искажений тока >15% (5-я гармоника: 8%, 7-я гармоника: 5%), что приводило к повышению температуры трансформатора на 10–15 °C (срок службы изоляции сокращался на 30%) и создавало помехи подземным коммуникациям (возникал риск ложных срабатываний системы контроля газа).
- Решение SVG: выходы в реальном времени меняют гармонический ток, снижая коэффициент гармонических искажений до <5% и устраняя корневые опасности.
2. Дисбаланс реактивной мощности приводит к высоким затратам на электроэнергию
- Проблема коэффициента мощности : оборудование изначально имеет коэффициент мощности PF = 0,1–0,2 (подъемники) и работает при коэффициенте мощности PF = 0,7–0,8 (намного ниже отраслевого стандарта 0,9).
- Экономические потери : годовые штрафы за электроэнергию превысили 1 миллион юаней; линия напряжением 10 кВ повлекла за собой дополнительные ежегодные потери в размере 500 000 кВт·ч (≈350 000 юаней затрат на электроэнергию).
- Решение SVG : Динамически отслеживает реактивный спрос, повышая коэффициент мощности до 0,96–0,98, чтобы избежать штрафов и сократить потери на линии.
3. Традиционная компенсация не выдерживает динамических нагрузок
- Традиционное ограничение : пассивные устройства (постоянные конденсаторы) имеют медленное время отклика (≥500 мс), не способны справиться с частыми запусками/выключениями оборудования (подъемники: 3-5 циклов/час), что приводит к пере-/недокомпенсации. Перекомпенсация на одной шахте привела к сгоранию двух подземных трансформаторов (напряжение на шинах подскочило с 10,5 до 12,5 кВ).
- Преимущество SVG : время отклика ≤20 мс, точное отслеживание изменений нагрузки, что позволяет избежать колебаний напряжения и повреждения оборудования.
II. Основные преимущества SVG: почему угольная шахта отдает предпочтение именно ему ?
Благодаря мощному инвертору напряжения в основе SVG лежит интегрированная компенсация реактивной мощности и подавление гармоник. 5 ключевых преимуществ превосходят традиционное оборудование:
1. Полнодиапазонная динамическая компенсация для сложных нагрузок
- Функция : Непрерывная регулировка между номинальной индуктивной и емкостной реактивной мощностью (без переключения батареи конденсаторов).
- Пример : для запуска подъемника требуется индуктивная реактивная мощность → SVG выдает емкостный ток; нормальная работа → SVG автоматически настраивается, чтобы избежать чрезмерной компенсации.
- Результат : коэффициент мощности шины 10 кВ стабилизируется на уровне 0,96–0,98 (колебание ≤0,02) по сравнению с колебанием 0,1 у традиционных устройств.
2. Мощное подавление гармоник с управляемым выходом
- Гибкие цели : независимо компенсирует реактивную мощность, фильтрует определенные гармоники (3-ю/5-ю/7-ю) или достигает полного подавления гармоник.
- Данные испытаний : SVG фильтрует 92% 5-й гармоники и 88% 7-й гармоники, снижая коэффициент гармонических искажений сети с 15% до 2,26% (в соответствии с GB/T 14549-1993).
3. Безопасность, надежность и компактность
- Преимущества оборудования : на основе IGBT (отсутствие вращающихся частей, среднее время безотказной работы ≥50 000 часов); накопитель постоянного тока позволяет сократить объем до 1/3 по сравнению с традиционными устройствами.
- Подходит для сценария : мобильные версии SVG адаптируются к узким подземным пространствам и перемещению рабочих забоев.
4. Быстрое реагирование стабилизирует электропитание
- Регулировка напряжения: время отклика ≤20 мс подавляет мерцание и провалы напряжения. Запуск главного вентилятора шахты вызвал падение напряжения на 15% → SVG снизил его до <3% (что позволило избежать скопления газа при отключении).
- Баланс тока: снижает трехфазный дисбаланс с 12% до <2%, защищая двигатели от перегрузки.
III. Практическое применение SVG: проверенные
Угольная шахта установила два комплекта высоковольтных распределительных устройств SVG-3600/10 на своей подстанции 35/10 кВ. Моделирование в MATLAB и испытания на месте подтвердили результаты по трём ключевым параметрам:
1. Качество электроэнергии значительно улучшилось
До внедрения системы SVG коэффициент гармонических искажений тока (THD) в шине 10 кВ составлял 15,3%, при этом доля 3-й, 5-й и 7-й гармоник составляла 8,2%, 7,5% и 4,8% соответственно. Коэффициент мощности составлял 0,78, колебания напряжения составляли ±8%, а фликер напряжения достигал 1,2%. После внедрения системы SVG коэффициент гармонических искажений тока в шине 10 кВ снизился до 2,26%, а доля 3-й, 5-й и 7-й гармоник уменьшилась до 1,1%, 0,8% и 0,5% соответственно. Коэффициент мощности вырос до 0,97, колебания напряжения контролировались в пределах ±2%, а фликер напряжения снизился до 0,3%, что соответствует требованиям к эксплуатации оборудования угольных шахт.
2. Экономия
Что касается потерь в линии, ток линии 10 кВ снизился с 850 А до 680 А, что позволило сократить потери на 31% и сэкономить 520 000 кВт·ч электроэнергии в год (что эквивалентно 364 000 юаней затрат на электроэнергию). Что касается срока службы оборудования, потери от гармонических искажений в трансформаторе сократились на 40%, что позволило снизить температуру трансформатора на 8 °C и увеличить его ожидаемый срок службы на 5 лет. Частота отказов подземных электродвигателей снизилась с 12% до 3%, что позволило сократить годовые расходы на техническое обслуживание на 280 000 юаней. В целом, угольная шахта получила годовую комплексную выгоду в размере 1,53 млн юаней (включая экономию электроэнергии и сокращение расходов на техническое обслуживание), а срок окупаемости инвестиций составил всего 1,8 года.
3. Гарантия безопасности улучшена
Система SVG оснащена множеством защитных функций, включая защиту от перенапряжения, перегрузки по току и перегрева, и связана с общей системой электроснабжения угольной шахты. При возникновении неисправности в сети SVG может отключить электроснабжение в течение 10 мс, предотвращая распространение неисправности. После внедрения SVG на угольной шахте больше не возникало повреждений оборудования и перебоев в работе, вызванных проблемами с качеством электроэнергии, а безопасный цикл производства был продлен до 18 месяцев.
IV. Рекомендации по применению SVG для угольных шахт: максимизация эффекта
Чтобы в полной мере использовать возможности SVG , сосредоточьтесь на трех ключевых этапах при выборе и развертывании:
1. Точный подбор соответствующих нагрузок
- Расчёт мощности : основан на максимальной реактивной мощности и гармонических составляющих. Пример: для подъёмника мощностью 1250 кВт с коэффициентом мощности 0,7 требуется мощность генератора-генератора не менее 680 квар (рассчитывается как 1250×(1/0,7 - 1/0,98)≈680 квар), при этом рекомендуется запас 20% для компенсации колебаний нагрузки.
- Уровень напряжения : для наземных подстанций предпочтительнее использовать SVG класса 10 кВ, тогда как SVG класса 6 кВ или 1140 В подходят для подземных сетей электроснабжения, поскольку соответствуют различным классам напряжения.
2. Рациональное размещение вблизи источников
- Принцип : Установка СВГ параллельно основным источникам генерации гармоник и реактивной мощности (например, распределительным шинам подъёмников и вентиляторов). Это сокращает дальность передачи реактивной мощности и гармоник в линиях, минимизируя дополнительные потери.
- Пример : На одной угольной шахте SVG был установлен непосредственно в распределительном помещении главного подъемника вместо главной подстанции, что позволило сократить потери в линии еще на 15% по сравнению с традиционным методом развертывания.
3. Связанное управление с шахтными системами
- Интеграция : подключите систему управления SVG к системе мониторинга электропитания угольной шахты (например, системе SCADA) для реализации удаленного мониторинга в реальном времени и автоматической регулировки параметров.
- Пример : за 100 мс до запуска подъёмника (при резком увеличении реактивной нагрузки) система SVG автоматически переходит в режим ожидания, чтобы обеспечить своевременную компенсацию реактивной нагрузки после запуска подъёмника. При изменении нагрузки под землей (например, при изменении скорости вентилятора) SVG регулирует свою производительность в режиме реального времени без ручного вмешательства.
V. Заключение: SVG – неизбежный выбор для модернизации
В эпоху интеллектуальной, экологичной добычи угля система SVG является ключевым устройством для оптимизации электроснабжения благодаря динамической компенсации, подавлению гармоник и повышению безопасности. Она не только снижает энергопотребление и эксплуатационные расходы, но и защищает оборудование от повреждений, вызванных низким качеством электроэнергии, при этом соблюдая всё более строгие отраслевые стандарты качества электроэнергии.
Если ваша угольная шахта сталкивается с такими проблемами, как низкий коэффициент мощности, чрезмерные гармоники или частые отказы оборудования, связанные с качеством электроэнергии, пожалуйста, поделитесь подробностями, включая:
- Типы и параметры основного оборудования (например, мощность подъема, количество вентиляторов)
- Текущие данные о качестве электроэнергии (например, значение THD, коэффициент мощности)
Компания Hengrong Electric CO., LTD. разработает эксклюзивное решение по применению SVG , которое поможет вашей шахте обеспечить безопасное, эффективное и экономичное электроснабжение, поддерживая долгосрочную стабильную добычу!