一种矿井配电网串联电容补偿装置及远距离供电方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种矿井配电网串联电容补偿装置及远距离供电方法，串联电容补偿装置设置于矿用隔爆移动变电站低压侧，逐级增加每相补偿电容器C投入数量；在掘进工作面作业过程中，逐级减少每相补偿电容器投入数量，电容额定载流量符合线路负荷要求；在电缆长度按整数段拆除或安装时，输入电缆变更后的长度和电缆参数，控制器操作真空接触器分闸或合闸；在串联电容补偿装置内外部发生故障时，涡流快速开关自动合闸，补偿电容器退出。本发明专利技术自适应强，结构简单可靠，维护量少。

A series capacitor compensation device and long distance power supply method for mine distribution network

【技术实现步骤摘要】
一种矿井配电网串联电容补偿装置及远距离供电方法
本专利技术属于矿井配电网
，具体涉及一种矿井配电网串联电容补偿装置及远距离供电方法。
技术介绍
矿井井下配电网均采用电缆线路，对于高产高效矿井，综采和综掘工作面设计较长，均超过了2000米以上，而对于1140V电缆考虑压降，最远供电距离约1000米，3300V电缆最远供电距离约2000米。将配电设备放置在掘进、综采工作面巷道，巷道内潮气重，空间小，又有积水、粉尘，环境恶劣，同时堵塞材料设备运输。为减轻工作量，提高工作效率，便于集中控制，提高供电可靠性，目前一些先进矿井已经相继开展了综采或综掘工作面远距离供电系统，主要采取增加供电电缆截面，配置SVG并联无功补偿装置的方法，但并不能解决电压跌落的根本问题，适应性差，且投资与维护成本较高。矿井工作面负荷均为电机负荷，综采综放工作面每台矿用隔爆移动变电站低压侧均通过馈电开关或组合开关控制电缆线路并联接入工作面刮板机、转载机、破碎机、采煤机、水泵等电机负荷，大电机采用变频或减速机启动；掘进工作面每台矿用隔爆移动变电站低压侧均通过馈电开关或组合开关控制电缆线路并联接入掘进机、局部通风机、输送机、刮板机、水泵等负荷，大电机采用变频或减速机启动。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井配电网串联电容补偿装置及远距离供电方法，缩短起动时间，实现工作面远距离供电，降低线路有功损耗。本专利技术采用以下技术方案：一种远距离供电方法，包括以下步骤：<br>S201、将串联电容补偿装置设置于矿用隔爆移动变电站低压侧，在综采综放工作面回采过程中，逐级增加每相补偿电容器C投入数量，保证电机端电压合格，且不会产生电机自激；在掘进工作面作业过程中，逐级减少每相补偿电容器C投入数量，保证电机端电压合格，不会产生电机自激，且投入的电容额定载流量符合线路负荷要求；S202、在电缆长度按整数段拆除或安装时，输入电缆变更后的长度和电缆参数，串联电容补偿装置的控制器control根据补偿度计算每相需要退出或投入的补偿电容器C数量，向用于补偿电容器C投退切换的真空接触器K1或电子开关发送指令，若需要退出部分补偿电容器C时，操作与相应电容器串联的真空接触器K1分闸，若需要投入部分补偿电容器C时，操作相应的真空接触器K1合闸；S203、送电后，串联电容补偿装置的高压侧带电，UPS或超级电容充电，控制器control检测正常，涡流快速开关K2分闸，补偿电容器C投入运行；S204、在串联电容补偿装置内部发生故障时，控制器control检测故障信息，涡流快速开关K2自动合闸，补偿电容器C退出；S205、在串联电容补偿装置负荷侧发生故障时，控制器control检测故障信息，MOV氧化锌限压回路、阻尼回路先后导通，涡流快速开关K2自动合闸，补偿电容器C退出。具体的，步骤S201中，补偿电容器C的额定电流为：其中，P1，P2，...，Pn为工作面矿用隔爆移动变电站所带多台电机有功功率，为最大负荷电机额定功率因数角。具体的，步骤S202中，补偿电容器C的电抗值XC为：且XC＜1/2(Xl1+XT+Xl2+XDmax)其中，Xl1为矿用隔爆移动变电站进线电缆电抗值，XT为矿用隔爆移动变电站短路电抗值，Xl2为最大负荷电机进线电缆电抗值，R2最大负荷电机进线电缆电阻值，XDmax为最大负荷电机定子电抗值，Pmax，Qmax分别为最大负荷电机的额定有功功率、无功功率。具体的，步骤S203中，涡流快速开关K2的分闸时间为3～7毫秒。具体的，步骤S204中，涡流快速开关K2的合闸时间为7～15毫秒。具体的，步骤S205中，补偿电容器C与阻尼回路串联形成补偿主回路，在电机启动时流过电机或电机群启动电流，正常运行时流过负载电流，其等效阻抗Z∑为：其中，R为阻尼回路电阻阻值，C为每相电容值，L为阻尼回路电感值，U0为电容放电前的初始值，t为放电时间，ω为角速度，j为复数虚部符号，Xc为等效电容电抗值，X1为等效电感电抗值。具体的，步骤S205中，阻尼回路为振荡放电过程，包括并联连接的阻尼回路电抗L和阻尼回路电阻R，令经过阻尼回路电抗L的放电电流为：经过阻尼回路电阻R的电流为：其中，R为阻尼回路电阻阻值，C为每相电容值，L为阻尼回路电感值，U0为电容放电前的初始值，t为放电时间。本专利技术的另一个技术方案是，一种矿井配电网串联电容补偿装置，串联电容补偿装置的一端连接矿用隔爆移动变电站T的低压侧，另一端经电机启动用馈电开关或组合开关K3后连接负荷电机D，采用权利要求1所述的远距离供电方法，通过与串联电容补偿装置连接的控制器control，用于在故障发生后2～3毫秒完成短路电流判别。进一步的，串联电容补偿装置包括一次系统和二次系统，一次系统的每相包括四个并联支路以及测量用电压互感器、电流互感器和一次接线，四个并联支路包括电容可控补偿支路、电容器过电压保护支路、快速开关旁路支路和电压互感器放电支路，电容可控补偿支路串联连接有阻尼回路，用于承受电容器放电电流和故障电流，并通过线路额定电流。更进一步的，电容可控补偿支路包括补偿电容器C，补偿电容器C包括若干并联连接的电容器，第二个及以上电容器均串联连接用于对应电容器组的投退切换的真空接触器K1；电容器过电压保护支路包括氧化锌限压器MOV，氧化锌限压器MOV的动作持续时间＝控制器control保护动作时间+快速开关支路的合闸动作时间；快速开关支路包括涡流快速开关K2；电压互感器放电支路包括测量与放电电压互感器VT；阻尼回路包括并联连接的阻尼回路电抗L和阻尼回路电阻R。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种远距离供电方法，电容补偿量与负载电流的平方成正比，可以显著提高电缆线路末端电压，增大电机起动扭矩，缩短起动时间，实现工作面远距离供电，降低线路有功损耗，补偿线路及电机无功消耗，达到高效节能，同时系统简单可靠，维护量少，实现综采工作面与掘进工作面远距离供电，可以减少作业过程或搬家倒面过程中的设备搬迁，提高作业时间，设备设置在远离工作面的变电所或配电硐室，改善了设备周围环境，提高了设备使用效率，满足工作面远距离集中控制、无人或少人化高产高效工作面的要求。进一步的，将串联电容补偿装置设置于矿用隔爆移动变电站低压侧，电容直接补偿电缆线路的电抗值，同时避免设置在移动变电站高压侧可能引起的线路投运时空载变压器铁磁谐振问题，还可以将移动变电站所属的馈电开关或高爆开关兼作为装置的上级隔离开关。进一步的，在工作面回采或掘进过程中，成整数段拆除或安装线路电缆，为避免负荷电机端电压过高或不足，需要根据电缆长度的变化引起的线路电抗变化，通过控制器control控制相应K1的分合操作来调整投入线路的电容数目，同时避免补偿过度而引起电动机自激现象。进一步的，矿用隔爆移动变电站送电后，串联电容补偿装置的高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种远距离供电方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS201、将串联电容补偿装置设置于矿用隔爆移动变电站低压侧，在综采综放工作面回采过程中，逐级增加每相补偿电容器C投入数量；在掘进工作面作业过程中，逐级减少每相补偿电容器C投入数量，电容额定载流量符合线路负荷要求；/nS202、在电缆长度按整数段拆除或安装时，输入电缆变更后的长度和电缆参数，串联电容补偿装置的控制器control根据补偿度计算每相需要退出或投入的补偿电容器C数量，向用于补偿电容器C投退切换的真空接触器K1或电子开关发送指令，若需要退出补偿电容器C时，操作与相应电容器串联的真空接触器K1分闸，若需要投入补偿电容器C时，操作相应的真空接触器K1合闸；/nS203、送电后，串联电容补偿装置的高压侧带电，UPS或超级电容充电，控制器control检测正常，涡流快速开关K2分闸，补偿电容器C投入运行；/nS204、在串联电容补偿装置内部发生故障时，控制器control检测故障信息，涡流快速开关K2自动合闸，补偿电容器C退出；/nS205、在串联电容补偿装置负荷侧发生故障时，控制器control检测故障信息，MOV氧化锌限压回路、阻尼回路先后导通，涡流快速开关K2自动合闸，补偿电容器C退出。/n...

【技术特征摘要】
1.一种远距离供电方法，其特征在于，包括以下步骤：
S201、将串联电容补偿装置设置于矿用隔爆移动变电站低压侧，在综采综放工作面回采过程中，逐级增加每相补偿电容器C投入数量；在掘进工作面作业过程中，逐级减少每相补偿电容器C投入数量，电容额定载流量符合线路负荷要求；
S202、在电缆长度按整数段拆除或安装时，输入电缆变更后的长度和电缆参数，串联电容补偿装置的控制器control根据补偿度计算每相需要退出或投入的补偿电容器C数量，向用于补偿电容器C投退切换的真空接触器K1或电子开关发送指令，若需要退出补偿电容器C时，操作与相应电容器串联的真空接触器K1分闸，若需要投入补偿电容器C时，操作相应的真空接触器K1合闸；
S203、送电后，串联电容补偿装置的高压侧带电，UPS或超级电容充电，控制器control检测正常，涡流快速开关K2分闸，补偿电容器C投入运行；
S204、在串联电容补偿装置内部发生故障时，控制器control检测故障信息，涡流快速开关K2自动合闸，补偿电容器C退出；
S205、在串联电容补偿装置负荷侧发生故障时，控制器control检测故障信息，MOV氧化锌限压回路、阻尼回路先后导通，涡流快速开关K2自动合闸，补偿电容器C退出。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S201中，补偿电容器C的额定电流为：



其中，P1,P2,…,Pn为工作面矿用隔爆移动变电站所带多台电机有功功率，为最大负荷电机额定功率因数角。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S202中，补偿电容器C的电抗值XC为：



XC＜1/2(Xl1+XT+Xl2+XDmax)
其中，Xl1为矿用隔爆移动变电站进线电缆电抗值，XT为矿用隔爆移动变电站短路电抗值，Xl2为最大负荷电机进线电缆电抗值，R2最大负荷电机进线电缆电阻值，XDmax为最大负荷电机定子电抗值，Pmax,Qmax分别为最大负荷电机的额定有功功率、无功功率。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S203中，涡流快速开关K2的分闸时间为3～7毫秒。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S204中，涡流快速开关K2的合闸时间为7～...

【专利技术属性】
技术研发人员：石晓军，张志华，
申请(专利权)人：陕西秦煤矿山机械研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61