一种防爆无功补偿装置制造方法及图纸

本申请涉及矿用隔爆兼本质安全型无功补偿设备领域，尤其是一种防爆无功补偿装置,包括设置在防爆壳体内的变压器、电抗器、功率单元、主控单元、水冷换热器、水冷系统，所述变压器通过与10kV三相线路侧母线并联的高爆开关馈线端进行连接，每相电路上包括12个所述功率单元，每个功率单元通过两个IGBT模块级联后再经电抗器直接接入10kV电网，所述变压器通过接触器与所述电抗器相连。它该装置能够快速跟随运行负荷变化而变化，提高功率因数，运行经济指标好，降低线路损耗，为煤矿安全高效供电提供了可靠的技术保障；适用于含有甲烷混合气体，具有爆炸危险的煤矿井下，对交流50Hz、额定电压10kV的供电电网，能够快速连续地提供容性或感性无功功率。

An Explosion-proof Reactive Power Compensation Device

This application relates to the field of mine explosion-proof and intrinsically safe reactive power compensation equipment, in particular an explosion-proof reactive power compensation device, including transformer, reactor, power unit, main control unit, water-cooled heat exchanger and water-cooled system installed in the explosion-proof housing. The transformer is connected with the feeder end of high explosion switch parallel to the bus of 10 kV three-phase line, and each phase circuit includes 12. Each power unit is cascaded by two IGBT modules and then connected directly to a 10 kV power grid via a reactor. The transformer is connected to the reactor through a contactor. The device can quickly change with the change of operation load, improve power factor, operate economically well, reduce line loss, and provide reliable technical guarantee for safe and efficient power supply in coal mines; It is suitable for underground coal mines with methane mixture gas and explosion risk, and can provide capacitance or inductance for power supply network with 50 Hz AC and 10 kV rated voltage rapidly and continuously. Sex reactive power.

【技术实现步骤摘要】
一种防爆无功补偿装置
本申请涉及矿用隔爆兼本质安全型无功补偿设备领域，尤其是一种防爆无功补偿装置。
技术介绍
随着现代化矿井快速发展，井下机械化程度不断提升，大功率电机大量使用和供电线路随生产延伸，各种感性负荷与地面电网供电电源之间必然循环着大量无功功率，造成井下供电质量下降。另外电力电子设备等非线性装置在煤矿井下的大量应用，除消耗无功功率外，还产生大量谐波，存在严重的电能质量问题，已经影响到煤矿企业正常的生产。在2006年4月国家发改委、国家能源领导小组办公室、国家统计局等五部委联合下发了《关于印发千家企业节能行动实施方案的通知》，其中把全国煤炭行业列为重点对象，2007年7月国家发改委、国家环保总局下发了《煤炭工业节能减排意见的通知》中明确指出“煤矿井下宜采用动态无功补偿和就地无功补偿，矿井平均功率因数不得低于0.9”。然而在现在煤矿系统中，当工作面装机容量随采区生产的提高而大幅增长时，由于供电能力和线路延伸过长，大量大容量中高压电机的集中使用，造成系统中大量无功功率增加。这种情况在大功率设备集中度最高的采煤工作面供电系统中极为突出，在用电高峰期电压降低，功率因数很低，大功率采区设备起动困难。因此，进行煤矿井下用无功补偿技术研究和推广应用，对于保障生产、节能降耗具有非常重要的意义。该技术的实施和推广，不仅在本矿形成良好的社会效益和经济效益，对我国煤炭行业的节能降耗也会起到积极作用。现有的煤矿高压供电系统也存在功率因数低、谐波含量高、电压波动大、电压三相不平衡等现实问题，结合煤矿存在着点多、面广、线长、设备功率大、负荷波动大等特点。申请内容本申请为解决上述技术问题之一所采用的技术方案是：一种防爆无功补偿装置，包括设置在防爆壳体内的变压器、电抗器、功率单元、主控单元、水冷换热器、水冷系统，所述变压器通过与10kV三相线路侧母线并联的高爆开关馈线端进行连接，每相电路上包括12个所述功率单元，每个功率单元通过两个IGBT模块级联后再经电抗器直接接入10kV电网，系统所需的系统母线电流信号取自高爆开关里的断路器进线端，当系统停机或因故障退出运行时，以断路器作为可靠分断器件，来保障完全快速退出电网，同时不会影响后面负荷的供电，一母线电流互感器安装在10kV系统母线上，所述变压器通过接触器与所述电抗器相连，所述主控单元各个输出端口、输入端口分别通过信号线路与变压器、电抗器、功率单元、主控单元、水冷换热器、水冷系统的信号输入端口、信号输出端口相连。所述IGBT模块的额定电压为1700V。所述防爆壳通过两隔板将其腔体分割为三部分，所述变压器、电抗器位于防爆壳左侧腔体内，所述主控单元、水风换热器、水冷系统位于防爆壳体的右侧腔体内，所述功率单元设置在防爆壳体的中间腔体内，所述功率单元放于由固定在防爆壳体内的绝缘型材拼装的绝缘框架上，绝缘框架与功率单元间有通风槽，既保证了电气性能的要求，又便于空间内通风。所述水冷系统采用水-水型的板式换热器。所述主控单元采用FPGA芯片。所述功率单元采用链式H桥功率单元级联结构，所述级联结构是由IGBT组成的H桥电路级联构，输出的交流逆变电压相位和幅值可灵活控制，从而实现补偿无功或有源滤波的功能，所述链式H桥功率单元级联结构，由多个两电平H桥电路串联而成，达到电压叠加的目的。功率单元的结构布置是本申请的一项重点内容，本装置共含有36个功率单元，每相12个，其中还有水路和电路需要考虑，还要考虑到井下空间有限，因为转运和安装设备都对外形尺寸有很大的要求，因此如何布置功率单元成为该设备设计研发时的一个难点和重点，最后综合考虑，结合电抗器和水冷系统的外形尺寸，采取双排布局的方式，模块与模块之间采用背靠背的布置方式，每相12个功率单元，前面6个，后面6个，背靠背布置，最大范围的节省了空间，同时中间留出主水管的空间，前后两面走水路和连接铜排，使整个装置外形更加合理，内部空间布局紧凑，水路和连接铜排走线更加方便美观，成为本装置设计的一大亮点。在10kV系统应用时，每相链接多个两电平的功率单元；与传统的多重化变流器技术方案相比，省略了多重化连接变压器，不但减小了占地面积，降低了装置成本，而且避免了多重化逆变变压器激磁回路中剩磁和饱和非线性导致的装置过电压和过电流。在接入系统受到扰动时，链式电路可以分相进行控制以便更好地提供电压支撑作用。不仅如此，采用链式结构还可以降低功率器件的开关频率，大大降低开关损耗。所述电抗器采用水冷电抗器,增加散热效率。本申请所具有的有益效果是，该装置能够快速跟随运行负荷变化而变化，提高功率因数，运行经济指标好，降低线路损耗，为煤矿安全高效供电提供了可靠的技术保障；适用于含有甲烷混合气体，具有爆炸危险的煤矿井下，对交流50Hz、额定电压10kV的供电电网，能够快速连续地提供容性或感性无功功率，实现动态无功补偿，特别适用于煤矿井下大功率电机集中使用、冲击性负荷频繁起动的电网末端，保障供电系统和用电设备稳定、高效运行。提高电网的功率因数，提高供电系统的利用率；稳定电网电压；抑制谐波，净化电网，增强供电系统的安全可靠性。在社会效益方面：1、节能减排：在井下供电系统研制10kV高压无功补偿后，大幅度减少采区供电系统在10kV高压侧补偿电网运行中存在的无功功率，提高了系统的功率因数，减少了无功功率的损耗，节约了能源，同时又能起到抑制谐波的效果。2、优化供电电网：改善煤矿井下供电环境，补偿负荷所需的容性无功，提高电网的功率因数，消除电压闪变和电压波动、抑制谐波污染，净化电网；对电网优化设计和设备配置将起到重要作用。附图说明图1为本申请的主视结构示意图。图2为本申请的侧视结构示意图。图3为本申请的俯视结构示意图。图4为本申请的各个功率单元的位置布置示意图。图5为本防爆无功补偿装置在电网系统中的安装位置示意图。图6为系统的电压桥式电路示意图。图7为本装置的工作原理。图中，1、变压器；2、电抗器；3、主控单元；4、水冷换热器；5、水冷系统；6、功率单元；7、母线电流互感器；8、IGBT模块；9、绝缘框架；10、通风槽:12、水冷管；13、连接铜排。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本申请进行详细阐述。如图1-7中所示，一种防爆无功补偿装置，包括设置在防爆壳体内的变压器、电抗器、功率单元、主控单元、水冷换热器、水冷系统，所述变压器通过与10kV三相线路侧母线并联的高爆开关馈线端进行连接，每相电路上包括12个所述功率单元，每个功率单元通过两个IGBT模块级联后再经电抗器直接接入10kV电网，系统所需的系统母线电流信号取自高爆开关里的断路器进线端，当系统停机或因故障退出运行时，以断路器作为可靠分断器件，来保障完全快速退出电网，同时不会影响后面负荷的供电，一母线电流互感器安装在10kV系统母线上，一母线电压三相互感器安装在防爆壳体内，所述变压器通过接触器与所述电抗器相连，所述主控单元各个输出端口、输入端口分别通过信号线路与变压器、电抗器、功率单元、主控单元、水冷换热器、水冷系统的信号输入端口、信号输出端口相连；芯片为市面上通用的芯片。在将其与各个部件连接时工作人员根据各芯片的引脚的功能进行自行对应连接，连接方式属于本领域技术人员的常用手段，不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防爆无功补偿装置，其特征在于：包括设置在防爆壳体内的变压器、电抗器、功率单元、主控单元、水冷换热器、水冷系统，所述变压器通过与10kV三相线路侧母线并联的高爆开关馈线端进行连接，每相电路上包括12个所述功率单元，每个功率单元通过两个IGBT模块级联后再经电抗器直接接入10kV电网，所述变压器通过接触器与所述电抗器相连，所述主控单元各个输出端口、输入端口分别通过信号线路与变压器、电抗器、功率单元、主控单元、水冷换热器、水冷系统的信号输入端口、信号输出端口相连。

【技术特征摘要】
1.一种防爆无功补偿装置，其特征在于：包括设置在防爆壳体内的变压器、电抗器、功率单元、主控单元、水冷换热器、水冷系统，所述变压器通过与10kV三相线路侧母线并联的高爆开关馈线端进行连接，每相电路上包括12个所述功率单元，每个功率单元通过两个IGBT模块级联后再经电抗器直接接入10kV电网，所述变压器通过接触器与所述电抗器相连，所述主控单元各个输出端口、输入端口分别通过信号线路与变压器、电抗器、功率单元、主控单元、水冷换热器、水冷系统的信号输入端口、信号输出端口相连。2.根据权利要求1所述的一种防爆无功补偿装置，其特征在于：所述IGBT模块的额定电压为1700V。3.根据权利要求1或2所述的一种防爆无功补偿装置，其特征在于：所述防爆壳通过两隔板将其腔体分割为三部分，所述变压器、电抗器位于防爆壳左侧腔体内，所述主控单元、水...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文慧，相龙阳，刘文蔚，王传会，张传亮，吴欣欣，李倩，王艳霞，
申请(专利权)人：兖州东方机电有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37