煤矿绞车系统谐波抑制和无功补偿.docx

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煤矿绞车系统谐波抑制和无功补偿

附件1

科学技术成果申报表

成果名称：

JKM-3.25/4（II）绞车谐波治理

任务来源：

南山矿

完成单位及

主要研究人员：

南山矿王兴友孙振海李佰村张善利房振江

主要协作单位：

南山矿

上海追日电气

工作起止时间：

2006年3月至2006年6月

填报单位负责人填报单位

（盖章）（盖章）

填报日期2007年4月25日

内容摘要（包括成果的主要用途、原理、技术关键、预定和达到的技术指标、经济价值、国内外水平比较等）

南山煤矿新井JKM-3.25/4（

）绞车主要担负提升二水平的煤炭，2005年1月改造为直流调速系统，提升高度570米，单台直流电机功率为1000KW,双电机拖动。

绞车的供电系统由高压柜、整流变压器、整流装置和电机组成。

整流变压器的容量为1800KVA，电压比6/0.62KV,接线方式分别人Δ/Δ和Δ/Y；整流装置为三相全控桥式6脉冲整流电路。

直流绞车供电系统的整流装置采用三相全桥式6脉冲整流，整流变流器工作时产生的特征谐波电流次数为n=KP±1,谐波发生量的理论值为

，对于该煤矿的直流绞车供电系统来讲，其产生的主要特征谐波电流成份为5、7、11等次。

直流绞车工作时产生的上述特征谐波电流注入系统，严重影响了整个系统的供电质量。

在绞车工作时，矿内的综合监控装置频繁出现乱码，从整流装置到变压器的电缆发烫，存在严重的安全隐患，同时整个绞车供电系统的功率因熟低，平均功率因数仅为0.6左右。

绞车提煤的工作过程耗时约为120秒，由低速爬行（时间为20秒左右）-全速提升（时间60秒）-减速运行（时间30秒左右）-停止（时间10秒左右）四个阶段组成。

循环工作，每天提煤600次左右。

我们专门对此进行了较长时间的监测并对测试数据进行了分析统计，测试选用专用的谐波分析仪。

分析在绞车的工作过程中，各次电流值随工作阶段的不同有较大的变化。

在初始的低速爬行阶段的20秒内，基波电流及各次谐波电流最大，进行快速提升阶段，各次谐波电流值趋于稳定，且幅值大大降低，在进入减速运行阶段此时为近似空载状态，谐波电流较小，在停止的10秒内谐波电流为零。

通过分析，现有系统谐波污染严重，功率因数低下，而且工作周期短，谐波含量和无功需求时间有较大的变化。

针对这种快速变化的系统，谐波的抑制和无功补偿也必须能够随负荷的快速变化，这样才能起到很好的交果。

当前的滤波补偿装置分为有源和无源两大类，其中有源滤波技术是近年来发展起来的一种谐波抑制的新技术，它集动态滤波、动态无功补偿（容性、感性可编程）于一体，响应速度快，滤波效率高，是目前最为理想的滤波、补偿产品之一。

根据上述测试分析来看，在该绞车的供电系统中使用有源滤波装置可有效地解决上述存在的问题，但是由于该装置的成本较高，对操作、维护人员的素质要求很高，因此选用无源滤波装置。

无源滤波技术是利用L、R、C无件组成串联谐振回路，通过合理配置参数，使其在某个（或某此）固定的频率上为谐波提供一个低阻抗的通道，谐波大部分流入该支路，从而减轻对系统产生的污染。

同时滤波支路在基波频率下呈容性，又可以向系统提供容性无功，提高系统的功率因数，因此在该系统中使用无源滤波装置也可同时解决谐波和无功两大问题，但在快速响应和滤波效率上，无源滤波装置是显然无法与有源滤波装置相提并论上，但综合考虑性价比等因素，对该系统的谐波抑制和无功补偿问题最好选择采用无源滤波装置来解决。

该系统的负载特性是规律性快速变化，因此常规的固定式无源滤波装置在此系统中不适用，必须针对负载的实际工作特性进行专门设计，无源滤波装置应随负载变化而变化，以抑制随时变化的谐波和补偿所需的无功，才能有效地改善系统的供电质量。

在设计时主要从以下几点来满足系统的要求：

1、根据系统的无功需求确定分组策略，将整个装置分成若干组进行分步补偿。

2、根据谐波电流变化特性确定各支路的调谐频率和滤波器类型。

3、由于负载变化较快，为保证无源滤波器能够快速响应负载的变化，选用可控硅作为投切元件，电压过零时导通和截止，这样即保证了投切的快速响应，还可减少合闸涌流对电容器的冲击作用。

投切遵循线性顺序，先投低次再投高次，切除时选先切高次再切低次。

通过此项成果不但解决了南山煤矿新井绞车的安全隐患，也为我局为供电可靠性、安全性提出了完善的方案。

项目负责人（签字）：

2007年4月25日

注：

如本栏填写不下，可添页（大小应与本页同）

科技成果数据采集卡

主要用途：

主要用于提升直流和交-交变频绞车的谐波，是提高绞车的运行可靠性能和功率因数，降低绞车运行事故和对电网及附属设备的干扰。

工作原理：

用L、R、C组成串联谐振回路，通过合理配置参数，使其在某个（或某此）固定频率上为谐波提供一个低阻抗通道，谐波大部分流入该支路，从而抑制谐波，同时谐波支路在基波频率下呈容性又可以向系统提供容性无功，提高功率因数。

技术指标：

南山矿新井JKM-3.25/4（

）绞车测试结果：

5次谐波滤除50.58%；7次谐波滤除51.28%；11次谐波滤除35.64%；13次谐波滤除32.273%；17次谐波滤除33.43；19次谐波滤除31.74%；电压总畸变率由11.9%降低到4.7%；功率因数由0.6提升到0.97

技术创新点：

利用可控硅作为投切元件，电压过零时导通和截止，保证了投切的快速响应，又减少合闸涌流对电容器的冲击。

研发起止时间：

2006年3月—2006年6月

资金投入：

48万元

经济效益、社会交益：

从提高功率因数方面每年就可减少因无功损耗的电费20万元；从抑制谐波干扰、提高电网安全质量和供电可靠性方面，其价值是不可估量的。

项目完成单位（公章）：

项目负责人（章）：

基层单位鉴定意见：

鉴定负责人：

鉴定日期：

鹤矿集团鉴定公司意见：

鉴定负责人：

鉴定日期：

资料目录：

1、王兆安张明勋《电力电子设备设计和应用手册》机械工业出版社

2、（奥地利）GeorgeJ.Wakileh著徐政译《电力系统谐波——基本原理、分析方法和滤波器设计》

3、孙树勤林海雪《干扰性负荷的供电》中国电力出版社

（盖章）

附件2类别：

成果

登记

登记号

批准日期

科学技术成果鉴定证书

鹤矿鉴字[200]第号

成果名称：

JKM-3.25/4（II）绞车谐波治理

完成单位：

南山矿

上海追日电气

鉴定形式：

组织鉴定单位：

鉴定日期：

鉴定批准日期：

详细技术说明及主要技术性能指标

本成果是利用L、R、C无件组成串联谐振回路，通过合理配置参数，使其在某个（或某此）固定的频率上为谐波提供一个低阻抗的通道，谐波大部分流入该支路，从而减轻对系统产生的污染。

同时滤波支路在基波频率下呈容性，又可以向系统提供容性无功，提高系统的功率因数，因此在该系统中使用无源滤波装置也可同时解决谐波和无功两大问题。

本成果应用到南山矿新井JKM-3.25/4（

）绞车，解决了南山矿新井JKM-3.25/4（

）绞车自安装直流电控以后出现的电缆热、监控装置乱码、功率因数过低、不明原因的故障等等现象。

装置投入前后对比如下：

谐波电流值

总电流值（A）

5次（A）

7次（A）

11次（A）

13次（A）

17次（A）

19次（A）

投入前

1080

244.08

123.122

98.28

68.04

60.48

45.36

投入后

720

120.62

59.98

63.28

46.08

40.26

30.96

滤除率%

50.58

51.28

35.64

32.273

33.43

31.74

谐波电压畸变率

5次%

7%

11%

13%

17

19

总畸变率%

装置投入前

6.8

4.5

3.7

3.8

5.3

4.4

11.9

装置投入后

1.3

1.9

2

2.7

2.4

0

4.7

从以上投入前后各谐波含量对比可能看出，抑制率达到了国家要求。

推广应用前景与措施

通过在南山矿新井JKM-3.25/4（

）绞车运行至今，从运行效果上：

动力电缆热损耗下降，恢复正常；矿调度的综合监控装置没有出现乱码；绞车运行时没有高频噪声了；运行故障和事故明显减少。

从性能上看：

功率因数由原来的0,6提高到0.97，从这一点每年就可减少因无功损耗的电费20万元；从抑制谐波干扰、提高电网安全质量和供电可靠性等方面的价值是不可估量的。

以上这些证明，无论是用电户还时供电户，动态谐波抑制和无功补偿是降低电网污染、提高功率因数的有效措施。

所以对于直流绞车和交-交变频绞车，抑制谐波技术具有良好的利用价值，值得广泛的推广。

科技成果数据采集卡

主要用途：

主要用于提升直流和交-交变频绞车的谐波，是提高绞车的运行可靠性能和功率因数，降低绞车运行事故和对电网及附属设备的干扰。

工作原理：

用L、R、C组成串联谐振回路，通过合理配置参数，使其在某个（或某此）固定频率上为谐波提供一个低阻抗通道，谐波大部分流入该支路，从而抑制谐波，同时谐波支路在基波频率下呈容性又可以向系统提供容性无功，提高功率因数。

技术指标：

南山矿新井JKM-3.25/4（

）绞车测试结果：

5次谐波滤除50.58%；7次谐波滤除51.28%；11次谐波滤除35.64%；13次谐波滤除32.273%；17次谐波滤除33.43；19次谐波滤除31.74%；电压总畸变率由11.9%降低到4.7%；功率因数由0.6提升到0.97

技术创新点：

利用可控硅作为投切元件，电压过零时导通和截止，保证了投切的快速响应，又减少合闸涌流对电容器的冲击。

研发起止时间：

2006年3月—2006年6月

资金投入：

48万元

经济效益、社会交益：

从提高功率因数方面每年就可减少因无功损耗的电费20万元；从抑制谐波干扰、提高电网安全质量和供电可靠性方面，其价值是不可估量的。

项目完成单位（公章）：

项目负责人（章）：

鉴定委员会专家测试报告

测试组长：

成员：

年月日

鉴定意见

鉴定委员会主任：

________________副主任：

____________

____________年______月____日

主持鉴定单位意见

主管领导签字：

___________（盖章）

__________年______月_____日

组织鉴定单位意见

主管领导签字：

___________（盖章）

__________年______月_____日

主要技术文件目录及来源

1、王兆安张明勋《电力电了设备设计和应用手册》机械工业出版社

2、（奥地利）GeorgeJ.Wakileh著徐政译《电力系统谐波——基本原理、分析方法和滤波器设计》

3、孙树勤林海雪《干扰性负荷的供电》中国电力出版社