03煤矿电能质量治理技术的研究与应用可行性报告概要.docx

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03煤矿电能质量治理技术的研究与应用可行性报告概要

煤矿电能质量治理技术的研究与应用

项目可行性

研

究

报

告

中平能化集团天成环保工程有限公司

2015年3月

煤矿电能质量治理技术的研究与应用项目

可行性研究报告

一、概述

1.1项目名称及承办单位技术力量概况

1.1.1　项目名称：

煤矿电能质量治理技术的研究与应用

1.1.2　项目承办单位：

河南天成环保科技股份有限公司

河南天成环保科技股份有限公司是平煤神马机械装备集团有限公司代管的一家法人制企业。

公司成立于2001年，经营地址位于平顶山市程平路中段北2号，被中国平煤神马集团确认为环保工程总承包单位，是中国平煤神马集团唯一一家专业从事环保与节能工程设计、施工及咨询；环保与节能设备及产品的研发、生产、销售的企业。

公司注册资本3908.73万元。

现有职工139人，其中具有大专以上学历的各类专业技术人员89人，占职工总数的64%，研究生7人，公司资质力量雄厚，具备一级建造师5人，二级建造师15人，有高级职称人员10人，中级职称人员40人。

公司具有河南省建设厅下发的环保工程专业承包一级资质、机电设备安装、防腐保温工程专业承包三级资质及河南省环保产业协会颁发的环境工程设计乙级资质证书，具备了较强承建大中型环保工程的能力。

多年来，公司不断培训和引进专业技术人才，加强同国内知名学府及一流环保科研单位的横向联合，引进并推广烟气脱硫脱硝、污水生化处理、噪声治理、水源热泵、焦化煤气脱硫除盐、电能质量治理等先进技术和工艺，将这些先进的工艺技术运用于实际生产中，现已为配套工程项目生产了一系列污水处理整套装备和废气治理成套装备，并不断提升、优化环保工程施工技术、施工工艺和工程机械装备水平，具备了较为成熟的施工技术能力和水平，公司发展实力得到长足发展。

先后完成了飞行化工6000t/d化工废水治理项目、中平平煤神马集团神马尼龙化工15000t/d废水处理项目、内黄30000t/d污水处理厂升级改造项目及集团公司内一矿、五矿、六矿、八矿、十三矿等矿井废水、废气、废渣、噪声各类大小环保节能工程400多项，多个单项工程超过1000万元。

工程涉及煤炭、电力、化工、钢铁、纺织印染、矿山、医药、酿酒等多个行业。

先后被中国工程建设与管理联合会授予“全国环保工程50强企业”，被河南省环境保护产业协会授予“河南省环保产业骨干企业”，被平顶山市建筑业协会评为“先进建筑企业”称号。

公司坦诚胸怀，全力为环保节能减排事业服务，致力于打造精品工程，放心工程，以“全心保护环境，构筑碧水蓝天”为己任，竭诚为各界企业环保事业服务。

1.2、项目背景及研究的目的意义

电能既是一种经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形态，又是一种由电厂发电、电力部门向电力用户提供，并由发、供、用三方共同保证质量的特殊产品。

随着工业现代化和科学技术的迅猛发展，我国用电量在不断增加，电气自动化程度也越来越高，大量新工艺、新技术被广泛地应用于工业生产和人民日常生活的各个方面，这些高科技设备在带来高性能与高效率的同时，其对电源特性变化敏感的特点让电力用户对电能质量提出了更高的要求。

与此同时，大量采用新技术的新型电气设备在运行中向电力系统注入谐波等各种电磁干扰，影响电网的安全运行和用电设备的正常工作，使得电能质量问题日益突出，引起了供电部门和广大电力用户的普遍重视。

据国际会议报告介绍，在美国每年由于电能质量下降所引起的经济损失高达数百亿美元。

煤矿生产在国民经济中占有举足轻重的地位，近年来，煤矿企业的生产规模日益扩大。

由于煤矿生产系统的特殊性，煤矿供电系统的安全性与可靠性尤为重要，除了必须双回路供电以外，还必须保证其供电系统安全、稳定运行。

但是，随着建设高产、高效、高安全性的现代化矿井目标的实施，煤矿自动化及信息化程度不断提高，煤矿电网中的非线性负荷日益增多，例如各种整流器、交直流换流设备、电子电压调整设备等，导致煤矿电网谐波日益严重，严重污染了电网的环境。

另外，现在煤矿中的大功率采煤机组及运输、提升设备的数量增长很快，这种单机大功率、启动频繁的设备所造成的电压波动，对煤矿供电系统造成的影响已不可忽视。

而且，采煤和掘进工作巷道的走向长度不断增加，供电距离也不断加长，导致煤矿线路电压损耗大，煤矿供电系统的功率因数低。

电能质量下降会对煤矿供电系统中的电力设备产生损害，造成供电设备产生附加损耗，温升增加，出力下降，影响绝缘寿命，不仅造成企业检修费用提高，而且可能造成继电保护或自动装置误动、拒动，造成绞车电控失效等，对煤矿供电系统的安全、稳定运行埋下很大隐患。

同时，大量非线性负载的存在，使供电系统产生大量无功，使系统功率因数下降，导致大量电能浪费，设备的利用效率降低，企业用电费用增加。

1.3结论

综上所述，电能质量的好坏直接关系到煤矿企业的经济效益，劣质电能质量会对煤矿电网的供电可靠性和安全性产生很大影响。

鉴于电能质量问题对煤矿造成的直接危害和可能对人们生活和生产造成的损失越来越大，电能质量在煤矿电网电力管理中的地位也越来越重要。

如何提高和保证电能质量，已是一个亟待解决的问题。

二、研究的关键技术与方案

2.1电能质量研究内容

2.1.1电能质量的概念

在电力系统中，电能质量这一技术名词涵盖着多种电磁干扰现象。

迄今为止，关于电能质量的定义概括起来要有以下三种：

合格电能质量是指，提供给敏感设备的电力和为其设置的接地系统均适合于该设备工作；

造成用电设备故障或误动作的任何电力问题都是电能质量问题，其表现为电压、电流或频率的偏差；

电能质量就是电压质量，合格的电能质量应当是恒定频率和恒定幅值的正弦波形电压与连续供电。

可以看出，电能质量问题终究是由电力用户的生产需求驱动的，所以用户的衡量标准占有优先的位置。

因此电能质量可以定义为：

导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降与短时间中断以及供电连续性。

2.1.2电能质量标准与分类

1989年，欧洲共同体开始制定电能质量的全面标准。

1992年7月欧洲电工标准化委员会（CENELEC）正式颁布《公用配电系统供电特性》文件（CENELECCLC/BT-TF68-6（sec）15），作为欧洲共同市场对电能质量的统一标准，目前已为国际电工委员会（IEC）采用。

国际电工委员会（IEC）为了统一各国有关电气标准和规范，提出并使用了电磁兼容（EMC）的概念，给出了干扰允许值、抗扰阈值和兼容值的定义，并在此基础上制定了一系列电磁兼容标准。

电磁兼容强调的是设备与设备相互之间的电磁作用和影响，以及电源与设备相互之间的电磁作用和影响。

该学科的着眼点是对干扰的产生、传播、接收、抑制机理以及其相应的测量、计量技术进行深入的研究。

在此基础上，根据经济、技术合理的原则，对产生的干扰水平、抗干扰水平以及抑制措施作出明确的规定，使处于同一电磁环境中的设备都是“兼容”的，也就是说，一个设备（或装置、系统）在其电磁环境中，满意地执行其功能，而又不向所在环境中的任何实体引入不能允许的电磁扰动。

国际电工委员会（IEC）从电磁现象及相互干扰的方式考虑，给出了引起电磁干扰的基本现象分类：

传导型低频现象：

谐波、间谐波、信号系统（电力线载波）、电压波动、电压凹陷（骤降）和间断、电压不对称、频率偏差、感应低频电压、交流电网中的直流分量；传导型高频现象：

感应连续波电压或电流、单方向瞬变、振荡性瞬变；辐射型高频现象：

磁场、电场、电磁场、连续波、瞬变；核电磁脉冲（NEMP）。

电能质量问题基本上属于EMC中的传导现象。

EMC的基本任务是协调干扰发射者和承受者之间的关系。

协调的办法就是制定出合理且配套的规定值。

美国电子电气工程师协会（IEEE）给出的关于电能质量领域电磁现象的具体分类如表1-1。

表中给出了各种现象，并且描述了其属性和特征。

对于稳态现象，可利用以下属性描述：

幅值、频率、频谱、调制、电源阻抗、陷落深度、陷落面积。

对于非稳态现象，可利用上升率、幅值、相位移、持续时间、频谱、频率、发生率、能量强度、电源阻抗等属性描述。

相对于IEC标准中概念性的表述，表1-1提供了一个更为清晰描述电能质量及电磁干扰现象的实用工具。

表2-1电能质量分类

类别

典型频谱

典型持续时间

典型电压幅值

1.0暂态

1.1脉冲

1.1.1纳秒级

5nsrise

<50ns

1.1.2微秒级

1usrise

50ns-1ms

1.1.3毫秒级

0.1msrise

>1ms

1.2振荡

1.2.1低频

<5kHz

0.3-50ms

0-4pu

1.2.2中频

5-500kHz

20us

0-8pu

1.2.3高频

0.5-5MHz

5us

0-4pu

2.0短时间变化

2.1瞬时

2.1.1跌落

0.5-30周期

0.1-0.9pu

2.1.2上升

0.5-30周期

0.1-0.9pu

2.2瞬态

2.2.1中断

0.5周期-3s

<0.1pu

2.2.2跌落

30周期-3s

0.1-0.9pu

2.2.3上升

30周期-3s

1.1-1.4pu

2.3暂时

2.3.1中断

3s-1min

<0.1pu

2.3.2跌落

3s-1min

0.1-0.9pu

2.3.3上升

3s-1min

1.1-1.2pu

3.0长时间变化

3.1中断（持续）

>1min

0.0pu

3.2欠电压

>1min

0.8-0.9pu

3.3过电压

>1min

1.1-1.2pu

4.0电压不平衡

稳态

0.5-2%

5.0波形畸变

稳态

5.1直流偏置

稳态

0-0.1%

5.2谐波

0-100th

稳态

0-20%

5.3间谐波

0-6kHz

稳态

0-2%

5.4凹痕

稳态

5.5噪声

稳态

0-1%

6.0电压波动

<25Hz

0.1-7%

7.0频率变化

<10s

煤矿电能质量测试分析主要包含的内容有：

Ø电网三相各次谐波电压、电流及其谐波含有率；

Ø电网三相电压、电流总谐波畸变率；

Ø电网谐波源的定位；

Ø特定点谐波流向；

Ø电网频率、电压偏差；

Ø电网三相电压不平衡度；

Ø特定点电压的波动和闪变；

Ø特定点电压暂降与短时间中断以及供电连续性；

Ø找到矿井供电系统中影响电能质量的污染源。

2.1.3电能质量的特点

电能质量具有以下几个特点：

（1）动态性。

电能从发电生产到用户消耗是一个整体，其流动始终处于动态平衡中，并且随着电网结构和负荷的改变而不断变换。

（2）相关性。

电能不易大量存储，其生产、输送、分配和转换过程直至消耗几乎是同时进行的。

当系统处在各种运行状态时，电能质量一旦不达标，相关的设备就会受到不同程度的影响。

（3）传播性。

电力系统是一个复杂的网络，为电能提供了最好的传输途径。

电能传播速度快，电气污染波及面大，会大大降低相连系统的电能质量。

（4）潜在性。

电能质量扰动复杂多变，事故诱发条件复杂，其质量的下降造成对系统用电设备的损害有时并不立即显现，为安全运行留下了隐患。

（5）复杂性。

电能质量的多个指标作用于同一个系统时，综合给出电能质量的评判标准是非常困难的。

目前尚没有一个准确和普遍认可的定量评估计算方法。

（6）整体性。

保证电能质量要靠多方努力。

要求电力供应方、电力使用方、设备制造商等共