1 概況

哈爾烏素露天煤礦在2008年8月份購(gòu)置了2臺(tái)1 800 kW／6．3 kV移動(dòng)發(fā)電車，車上配套使用的發(fā)電機(jī)組為康明斯英國(guó)新時(shí)代交流發(fā)電機(jī)公司生產(chǎn)。2臺(tái)移動(dòng)發(fā)電車在露天礦主要擔(dān)負(fù)著為坑下大型用電穿采設(shè)備更換作業(yè)位置時(shí)啟機(jī)、行走提供電源，要求能夠滿足哈爾烏素露天煤礦使用的電鏟和鉆機(jī)等穿采設(shè)備正常啟動(dòng)行走要求，但是在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際使用過程中，無法啟動(dòng)露天礦使用的1190E鉆機(jī)，經(jīng)過礦供電技術(shù)人員結(jié)合1190E鉆機(jī)的技術(shù)參數(shù)對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行了長(zhǎng)期觀察，發(fā)現(xiàn)當(dāng)1 190E鉆機(jī)投入自耦降壓?jiǎn)?dòng)裝置時(shí)，啟動(dòng)電流一般在350 A左右變化。全啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流相當(dāng)于額定電流的4．4倍左右。但是露天礦1 800 kW移動(dòng)發(fā)電車發(fā)電機(jī)輸出的最大過載電流為309 A，所以1190E鉆機(jī)即使投入自耦降壓?jiǎn)?dòng)裝置啟動(dòng)電流大于移動(dòng)發(fā)電車的最大輸出電流，仍然無法啟動(dòng)1190E鉆機(jī)。經(jīng)過分析：主要由于移動(dòng)發(fā)電車的輸出功率較小，而且發(fā)電機(jī)組本身屬于阻感性負(fù)載(電阻性+電感性)，功率因數(shù)較低，導(dǎo)致最大輸出電流達(dá)不到1190E鉆機(jī)的啟機(jī)電流。下面是感性負(fù)載、電容、電阻在交流電路中的電流電壓特性：

①純電感電路中，電流電壓相位相差90。，電流滯后電壓；②純電阻電路中，電流電壓相位相同；

③純電容電路中，電流電壓相位相差90。，電壓滯后電流。

由于發(fā)電機(jī)組為阻感性負(fù)載，其等效電路電壓特性如下：①用電負(fù)載，其電流與電壓相位差為函，該角度介于0～90。，電壓超前電流；②其中視在功率S=U／，由于電壓與電流方向不一致，計(jì)算是把電壓分解為2個(gè)分量，與電流方向一致的分量％，與電流方向垂直的分量鞏，功率等于電壓與電流之積，因此功率也可分為2個(gè)分量。

通過以上對(duì)感性負(fù)載、電容、電阻在交流電路中的電流電壓特性中的分析發(fā)現(xiàn)，要想提高發(fā)電機(jī)組的輸出功率需進(jìn)行無功補(bǔ)償，由于發(fā)電機(jī)組本身屬于阻感性負(fù)載，所以可以通過給發(fā)電機(jī)組加裝電容來提高發(fā)電機(jī)組的功率因數(shù)COS妒，從而提高發(fā)電機(jī)組有功功率P=Scos妒，提高輸出電流來滿足1190E鉆機(jī)的啟動(dòng)。為此，決定為1 800 kW發(fā)電車增加補(bǔ)償電容來改善功率因數(shù)[1]。并聯(lián)電容器補(bǔ)償是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的一種無功補(bǔ)償。作為無功補(bǔ)償設(shè)備，電容器有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：不論采用分散還是集中地補(bǔ)償方式，均能較好的滿足就地補(bǔ)償?shù)囊?；電容器的損耗低，效率高?，F(xiàn)代電容器的損耗只有本身容量的0．02％左右。調(diào)相機(jī)除了本身的損耗外，其附屬設(shè)備還需用一定的所用電，損耗2％～30％，大大高于電容器；由于制造技術(shù)的提高，使用了微機(jī)自動(dòng)控制(VQC)投、切電容器，配合以設(shè)備上變壓器自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行電壓的措施后，不僅使補(bǔ)償容量調(diào)節(jié)靈活，同時(shí)提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性，而且產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益；自動(dòng)電容器是靜止設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，沒有噪音。調(diào)相機(jī)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，運(yùn)行維護(hù)很復(fù)雜；并聯(lián)電容器是電力中用得最多的一種無功功率補(bǔ)償設(shè)備，目前國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)中90％的無功補(bǔ)償設(shè)備是并聯(lián)電容器。對(duì)補(bǔ)償電容的結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行選型，對(duì)元件和電容柜整體結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

2、高壓無功就地補(bǔ)償裝置電器元件設(shè)計(jì)選型

2．1 高壓側(cè)電器元件選型

采用深圳市三和電力科技有限公司生產(chǎn)的單相電力電容器，其主要作用為把其與感性負(fù)荷(發(fā)動(dòng)機(jī)組)并聯(lián)接在同一電路，當(dāng)電容器釋放能量時(shí)，感性負(fù)荷吸收能量；而感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，電容器卻在吸收能量，能量在2種負(fù)荷之問互相交換這樣感性負(fù)荷所吸收的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率中得到補(bǔ)償；該電容器主要特點(diǎn)為：電容選用優(yōu)質(zhì)材料聚丙烯薄膜為介質(zhì)，采用全膜結(jié)構(gòu)，發(fā)熱少，損耗極??；并采用環(huán)保型的高穩(wěn)定性無毒浸漬劑，密封性能好，電容器內(nèi)自帶放電電阻，電容器從電網(wǎng)脫離，經(jīng)內(nèi)部放電電阻自動(dòng)放電，在5 rain內(nèi)將殘留電壓降低到50 v以下[2]。通過多次試驗(yàn)計(jì)算測(cè)得，啟動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)為0．3，為算出本次電容補(bǔ)償，設(shè)啟動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)為0．3。啟動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)：COSp，=0．3補(bǔ)償后啟動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)：COS妒。=0．4選擇電容器Q。時(shí)需要考慮的因數(shù)。電容器選擇過大，引起電動(dòng)機(jī)自勵(lì)磁過電壓。電容器容量Q。選擇值為600 kvar。電容器對(duì)電壓十分敏感，因電容器的損耗與電壓平方成正比，過電壓會(huì)使電容器發(fā)熱嚴(yán)重，電容器絕緣會(huì)加速老化，壽命縮短，甚至電擊穿。因此，電容器裝置應(yīng)在額定電壓下運(yùn)行，一般不宜超過額定電壓的1．05倍，最高運(yùn)行電壓不宜超過額定電壓的1．1倍。選擇高壓無功就地補(bǔ)償裝置(電容器)為深圳市三和電力科技有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。產(chǎn)品型號(hào)：HVCR一6．3—600、額定容量(Q。)：600 kvar、額定電壓(砜)：6 300 V、額定電流(，N)：52．5 A。電容補(bǔ)償柜中的電抗器采用三相干式鐵芯電抗器，磁性鐵心設(shè)備由于其非線性，是諧波的首要產(chǎn)生源。當(dāng)今的電力電子技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生了更加嚴(yán)重的諧波。諧波嚴(yán)重地污染了電網(wǎng)，可以說現(xiàn)在電網(wǎng)諧波無處不有處處有。使用電容器時(shí)更把諧波放大甚至發(fā)生某次諧波諧振，危及電網(wǎng)安全。為避免這種事端的發(fā)生，采用電容器回路串電抗器解決。用以抑制諧波電流和限制合閘涌流；與電容器組構(gòu)成全諧振回路，濾除特征次諧波。線圈采用環(huán)氧樹脂澆注，動(dòng)、熱穩(wěn)定性能好。沒有射頻干擾電磁兼容性好，損耗小等特點(diǎn)[3]。高壓熔斷器選用噴逐式高壓熔斷器作為電容器內(nèi)部故障保護(hù)，該熔斷器為開斷容性小電流特性好，因此主要是用于并聯(lián)電容器的單臺(tái)過流保護(hù)，切斷故障電容器，保證完好電容器的正常運(yùn)行。耐爆能量15 kJ。

電流互感器采用LZZX一10Q 100／5A的互感器，和電流表配套對(duì)裝置的電流進(jìn)行檢測(cè)與顯示。氧化鋅避雷器選用的為電容器專用氧化鋅避雷器，主要作用是在電容器組的分閘過程中，斷路器有一定的重燃率，一旦發(fā)生重燃就會(huì)產(chǎn)生較高的過電壓，危害電容器及其相鄰的電器設(shè)備，為了限制這種過電壓，安裝了江蘇省溧陽(yáng)市目湖避雷器廠生產(chǎn)的電容器專用型號(hào)為YH5WR一10／27的氧化鋅避雷器用以限制投切電容器組引起的操作過電壓。高壓帶電顯示器與電磁鎖、電壓傳感器配合使用，具有強(qiáng)制閉鎖功能，確保操作人員的安全。并有高壓已帶電的警示作用，防止人員誤操作。在高壓無功就地補(bǔ)償裝置上一級(jí)安裝了斷路器QF，斷開此級(jí)斷路器時(shí)，可以斷開高壓無功就地補(bǔ)償裝置的電源，高壓無功就地補(bǔ)償裝置帶電顯示器無來電顯示，柜門電磁鎖釋放，柜門可以開啟，按照檢修步驟對(duì)高壓無功就地補(bǔ)償裝置可以安全的進(jìn)行檢修工作。高壓無功就地補(bǔ)償裝置一次電氣原理圖如圖1。圖1中：①0F：上一級(jí)斷路器；②TA：電流互感器，LZZX—lOQ 100／5A，準(zhǔn)確級(jí)0．5；③CT：電流互感．，F(xiàn)器，變比：X／5；④C：并聯(lián)電容器，BAM6．6／～一200—1；⑤FU：高壓限流式容斷器，F(xiàn)FLDJ一12／100—50，額定電流100A；⑥L：干式鐵心串聯(lián)電抗器，CKSC一6／6．6—1；⑦Fv：氧化鋅避雷器，YH5WR一10／27；⑧H：高壓帶電顯示器，DXN一7Q AC220V，含絕緣子傳感器CG。

2．2控制回路電氣元件選型

為了讓高壓無功就地補(bǔ)償裝置在日常作業(yè)過程中可以根據(jù)鉆機(jī)的啟動(dòng)電流實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在高壓無功就地補(bǔ)償裝置的控制回路加裝了“自動(dòng)／手動(dòng)”鑰匙轉(zhuǎn)換開關(guān)SW、電流繼電器、中問繼電器、真空接觸器、指示燈、急停按鈕、低壓熔斷器等，當(dāng)高壓無功就地補(bǔ)償裝置在檢修之后或試運(yùn)行時(shí)需要將鑰匙轉(zhuǎn)換開關(guān)SW旋轉(zhuǎn)到“手動(dòng)”，然后按下與其配套的真空接觸器KM合閘按鈕HB來檢查高壓帶電顯示器上的儀表、指示燈是否正常，觀察各高壓元件是否出現(xiàn)異常情況，其中在分合閘按鈕上對(duì)應(yīng)的有紅綠指示燈，確保各元器件處于正常狀態(tài)。在日常使用過程中主要采用自動(dòng)運(yùn)行，將進(jìn)線柜“自動(dòng)，手動(dòng)”鑰匙轉(zhuǎn)換開關(guān)SW旋轉(zhuǎn)到“自動(dòng)”位置，通過電流繼電器方可實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)備的啟動(dòng)電流大小實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。電流繼電器是在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期問根據(jù)啟動(dòng)電流來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制真空接觸器的合閘及分閘。在電流繼電器上可以設(shè)置過電流參數(shù)、復(fù)位參數(shù)、動(dòng)作延時(shí)時(shí)問、啟動(dòng)鎖定時(shí)問設(shè)置，在發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)大型用電設(shè)備過程中，當(dāng)檢測(cè)到用電設(shè)備的啟動(dòng)電流大于該設(shè)置值時(shí)，并且達(dá)到了動(dòng)作延時(shí)時(shí)問所設(shè)置的時(shí)問，繼電器動(dòng)作，真空接觸器合閘，電容器投入運(yùn)行。當(dāng)檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)的電流小于復(fù)位值時(shí)，電流繼電器復(fù)位，真空接觸器分閘，電容器退出運(yùn)行。電流繼電器上有3個(gè)指示燈，電源指示燈(綠色：PWR)指示燈在電源接通時(shí)亮，繼電器動(dòng)作狀態(tài)指示器(黃色：RY)繼電器動(dòng)作時(shí)亮燈，警報(bào)指示器(紅色：ALM)有過電流或欠電流時(shí)亮燈，指示器閃爍表示動(dòng)作時(shí)問正在計(jì)時(shí)，輸入已經(jīng)超過了極限的錯(cuò)誤狀態(tài)。電流繼電器動(dòng)作圖如圖2、圖3。

在高壓無功就地補(bǔ)償裝置的正面配有急停按鈕，運(yùn)行過程中發(fā)生故障或緊急狀態(tài)時(shí)，無論裝置處于自動(dòng)還是手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，都必須立刻按下“急停按鈕”，可以立即停止高壓無功就地補(bǔ)償裝置工作，阻止故障或緊急情況的進(jìn)一步發(fā)生?？刂苹芈分饕娖髟x型如圖4。圖4中：①KM：真空接觸器，JCZ5—7．2D／D400AC220V；②DL：電流繼電器，K8AB—AS2 AC220V，整定范圍0．8—8A；③KA：中問繼電器，B12—30—01AC220V；④SW：鑰匙轉(zhuǎn)換開關(guān)，LW39—16CYS一60B；⑤HB：合閘按鈕，LAY50—22D一20／R 2開；@TB：分閘按鈕，LAY50—22D一02／G 2閉；⑦SB：急停按鈕，LAY50—22B一02Z／R 2閉；⑧HR：合閘指示燈，AD56—22DS／R31 AC220V，紅色；⑨HG：分閘指示燈，AD56—22DS／G31 AC220V，綠色；⑩FU01、FU02：低壓熔斷器RTl4—20 4 A熔心電流4 A。

3、改造后的使用效果

發(fā)電機(jī)組加裝電容補(bǔ)償裝置后，在補(bǔ)償裝置設(shè)置為自動(dòng)投入時(shí)，需根通過單相電流繼電器K8AB—AS2和1190E鉆機(jī)的自耦降壓?jiǎn)?dòng)裝置上的時(shí)問繼電器來實(shí)現(xiàn)的。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)1190E鉆機(jī)的試驗(yàn)中，調(diào)節(jié)好電流繼電器和時(shí)問繼電器的匹配是關(guān)鍵，當(dāng)啟動(dòng)電流達(dá)到150 A時(shí)，投入電容補(bǔ)償。由于1190E鉆機(jī)采用自耦降壓?jiǎn)?dòng)裝置，由降壓?jiǎn)?dòng)切換到全啟動(dòng)過程中將產(chǎn)生反沖過高的電壓，所以決定在1190E鉆機(jī)投入全啟動(dòng)之前，先甩掉電容補(bǔ)償裝置，然后投入全啟動(dòng)。最終將調(diào)整電流繼電器過電流參數(shù)(SV)60％，復(fù)位值(HYS)7％，動(dòng)作延時(shí)時(shí)問值(T)0．1 S，啟動(dòng)鎖定時(shí)問值(LOCK)O S。時(shí)問繼電器調(diào)整到10 S。當(dāng)啟動(dòng)電流達(dá)到288 A時(shí)，電容補(bǔ)償投入。流達(dá)到267 A時(shí)甩掉電容補(bǔ)償。1 190E鉆機(jī)的時(shí)問繼電器參數(shù)調(diào)整到10 s后投入全啟動(dòng)。此時(shí)發(fā)電機(jī)組的電壓為6．4 kV，頻率50 Hz，可以啟動(dòng)1190E鉆機(jī)?？紤]到電容器合閘時(shí)由于電容器兩端的電壓不能突變，所以電容器將受到很大的涌人電流：一種是來自電發(fā)電機(jī)組的涌人電流，由于受到回路阻抗的影響，涌人電流在十幾倍左右不算很大；另一種是已經(jīng)投入運(yùn)行的電容器對(duì)剛投入運(yùn)行的電容器放電，此涌流由于回路阻抗較小將達(dá)到幾百倍，這對(duì)電容器壽命構(gòu)成威脅。尤其對(duì)金屬化電容器而言，由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，無感繞法涌流更大、元件端部導(dǎo)電部位(端頭噴金)導(dǎo)電接觸比較薄弱，更怕涌流。涌流對(duì)金屬化電容器雙重致害[4_印。解決減小涌流的辦法，現(xiàn)在大部分補(bǔ)償裝置使用電容器投切專用交流接觸器控制投入型補(bǔ)償裝置接觸器，這種接觸器有1組串聯(lián)限流電阻與主觸頭并聯(lián)的輔助觸頭，在接觸器吸合的過程中，輔助觸頭首先接通，使電容器通過限流電阻接人電路進(jìn)行預(yù)充電，然后主觸頭接通將電容器正常接人電路，通過這種方式可以將涌流限制在電容器額定電流的20倍以下。

4、結(jié) 語

通過為康明斯發(fā)電機(jī)出租加裝正確合理的電容器以及對(duì)高壓無功就地補(bǔ)償裝置中各電器元件的參數(shù)進(jìn)行精密的計(jì)算、設(shè)計(jì)到最后的安裝，通過補(bǔ)償無功功率，提高功率因數(shù)，加上合理設(shè)計(jì)控制回路，選擇合理的電器元件，實(shí)現(xiàn)電容器正常的自動(dòng)投入、退出，最終實(shí)現(xiàn)了1 800 kW發(fā)電車順利啟動(dòng)1190E鉆機(jī)。