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電抗器作用：關(guān)于礦井電纜串聯(lián)電抗器的探討 電抗器作用：關(guān)于礦井電纜串聯(lián)電抗器的探討
摘 要：鐵煤集團礦井負荷逐年增加，暴露出礦井投產(chǎn)時安裝的入井電纜串聯(lián)電抗器額定容量無法滿足正常生產(chǎn)，需要更換大容量電抗器。由于井下大容量開關(guān)的更換，電抗器的限流作用也失去意義。因電抗器的投入運行，造成大量電能損失，同時在電抗器上產(chǎn)生的壓降，對井下設(shè)備正常運行造成影響。本論文從限流、節(jié)能、殘壓、穩(wěn)定方面分析，取消入井電纜串聯(lián)電抗器，每年可減少電能損耗1296306kWh，減少電費支出99.8萬元，減少電抗器投資費用154萬元。
關(guān)鍵詞：電抗器；串聯(lián)電抗器；經(jīng)濟效益
1、鐵煤集團礦井變電所電抗器的現(xiàn)狀
目前，礦井變電所共計安裝電抗器26臺，大隆變電所3臺、大興變電所3臺、小康變電所3臺、大明變電所4臺、大明立井變電所2臺、曉青變電所4臺、曉南變電所4臺、曉明變電所3臺。2001版《煤礦安全規(guī)程》第453條規(guī)定，井下電力網(wǎng)的短路電流不得超過其控制用的斷路器在井下使用的開斷能力[1]。當時礦井井下防爆開關(guān)以PB3-6型為主，該型開關(guān)額定短路容量均為50兆伏安左右，所以必須在地面變電所入井電纜串聯(lián)電抗器。礦井供電設(shè)備更新改造后，井下防爆開關(guān)全部使用新型設(shè)備，額定短路開斷電流12.5千安，隨著礦井機械化程度的提高，負荷逐年增加，電抗器的額定容量已不能滿足要求。從今年開始，擬計劃陸續(xù)更換電抗器，2010年計劃更換大興、曉青變電所6臺電抗器。各所電抗器安裝情況見附表1。
2、入井電纜串聯(lián)電抗器作用
通過入井電纜串聯(lián)電抗器，增加入井電纜回路阻抗，限制井下電網(wǎng)短路電流，保證井下發(fā)生短路故障時，短路電流能在斷路器遮斷能力范圍內(nèi)。另外，井下發(fā)生短路故障時，保證變電所母線殘壓不低于60～70%額定電壓。不能引起其它安裝無壓釋放開關(guān)跳閘影響井下設(shè)備正常工作。
3、變電所入井電纜串聯(lián)電抗器選擇方法
3.1電抗值的選擇
根據(jù)限流要求所需的系統(tǒng)總電抗及系統(tǒng)原有電抗按下式計算
式中——電抗器的計算電抗；
——限流要求所需的系統(tǒng)總電抗；
——系統(tǒng)原有電抗。
根據(jù)電抗器的額定電流及計算電抗值選擇電抗器的百分電抗
式中Xke%——電抗器的百分電抗值；
Ij——基準電流值；
Ike——電抗器的額定電流，其值應(yīng)大于或等于長時最大工作電流，即
Ike≥Ig
3.2電抗器的校驗
3.2.1校驗正常工作時的電壓損失
電抗器正常工作時的允許電壓損失△U%一般不應(yīng)超過4～5%，否則會使受電端電壓過低，影響供電質(zhì)量
△U%=Xke%sinΦ=4～5% 式中Φ為回路最大負荷時的功率因數(shù)角。
3.2.2母線殘壓的校驗
當電抗器回路的繼電保護動作時間大于1s時，在電抗器出口處短路時的母線殘壓△Ucm%不應(yīng)低于額定電壓的60～70%，以保證母線上其它設(shè)備工作。母線殘壓按下式校驗。
△Ucm%=Xke%≥60～70%
式中I"——電抗器出口處最小運行方式下短路的次暫態(tài)電流值。
3.2.3電抗器的動、熱穩(wěn)定性校驗
按電抗器的極限通過電流校驗其動穩(wěn)定性，即
式中——電抗器極限通過電流峰值；
——電抗器后三相短路時，最大運行方式下的沖擊電流值。
電抗器的熱穩(wěn)定性按下式校驗
式中Irw、trw——分別為電抗器的熱穩(wěn)定電流及其相應(yīng)時間；
tj——分別為短路電流穩(wěn)定值及其假想時間[2]
4、現(xiàn)有安裝的電抗器校驗情況
各礦井變電所入井電抗器基本都是礦井建設(shè)初期安裝的，都已運行多年，由于電網(wǎng)系統(tǒng)的變化，以及礦井負荷的變化，這些電抗器的運行是否滿足要求，一直沒有驗算過，現(xiàn)將全礦區(qū)變電所安裝并投入運行的電抗器按上述計算公式進行校驗計算，結(jié)果見表2。
5、按09年入井負荷計算電抗器的電能損耗
由于串聯(lián)電抗器增加了電纜回路阻抗，必然會產(chǎn)生電能損耗，以2009年全年負荷為依據(jù)，計算在電抗器上發(fā)生的電能損耗，計算方法如下：
礦井按每天兩個班生產(chǎn)，一個檢修班，減去法定假日11d和每年停產(chǎn)或檢修時間15d。全年設(shè)備運轉(zhuǎn)時間：T=365÷3×2-11-15=217.33d。
電抗器上的電能損耗：
Q損=式中 Q損——電能損耗，kWh；Z—電抗器阻抗，Ω；
Q2009—2009年總電量，kWh；T---全年設(shè)備運轉(zhuǎn)時間，h。
Ue---額定電壓，V；計算結(jié)果見表3
6、關(guān)于取消入井電纜串聯(lián)電抗器的原因分析
6.1從限流作用分析，沒有必要安裝電抗器。
井下防爆開關(guān)全部使用新型設(shè)備，額定短路開斷電流12.5千安；各礦井下中央變電所處（不帶電抗器）短路電流均小于12.5千安，詳細數(shù)據(jù)見附表2。所以不需要安裝電抗器，就符合2001版《煤礦安全規(guī)程》第453條規(guī)定。
6.2從母線殘壓分析，沒有必要安裝電抗器。
從附表2可以看出，大明、大明立井、大隆、曉明和曉康五座變電所入井電纜串聯(lián)電抗器15臺殘壓不符合要求，占總數(shù)的58%，一旦井下某回路發(fā)生短路故障，容易引起其它入井回路所接防爆開關(guān)無壓釋放保護跳閘。
2009年礦井變電所6千伏配出號故障跳閘57次，井下號跳閘7次，其中不合格電抗器的回路跳閘3次。從以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，87.7%的故障無法考慮母線殘壓影響，目前電抗器僅能減少7%的故障對礦井生產(chǎn)的影響，而且還是在無壓釋放整定值合格的情況下。 所以，通過電抗器減少故障對井下生產(chǎn)影響無實際意義，沒必要安裝電抗器。
6.3從節(jié)能角度分析，沒有必要安裝電抗器。
從表3可以看出，僅09年電抗器電能損耗電量1296306千瓦時。
6.4從系統(tǒng)穩(wěn)定分析，沒有必要安裝電抗器。
煤礦6千伏電氣設(shè)備正常工作電壓范圍5.9～6.3千伏，隨著井下機械化程度不斷提高，負荷不斷增大，而且各設(shè)備同時工作率很高，對電網(wǎng)電壓影響很大。
當?shù)V井正常生產(chǎn)時，各設(shè)備全部開啟運行，在電抗器上產(chǎn)生較大壓降，而非生產(chǎn)時間大量設(shè)備不開啟或輕載運行，系統(tǒng)電壓又過高。
根據(jù)各入井負荷計算，正常工作時電抗器壓降在180～240伏之間，非生產(chǎn)時間因負荷很小，電抗器上壓降很小，由于系統(tǒng)電壓存在一定波動范圍，往往兩者疊加后，造成礦井生產(chǎn)時，井下電壓低于5.9千伏下限，而在非生產(chǎn)時間，母線電壓高于6.3千伏上限，導至礦井電氣設(shè)備無法正常工作。
供電部電力調(diào)度經(jīng)常因各生產(chǎn)礦井電壓過高或過低問題，采取投切電容器調(diào)節(jié)電壓的辦法，來調(diào)節(jié)系統(tǒng)供電電壓，以滿足礦井生產(chǎn)需要。此辦法雖滿足了礦井生產(chǎn)供電電壓的需要，但往往功率因數(shù)不能滿足要求，造成功率因數(shù)低或過補情況，影響電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行。
所以，從限流、殘壓、節(jié)能、穩(wěn)定方面分析，沒有必要安裝電抗器。
7、取消入井電纜電抗器的經(jīng)濟效益
（1）從表3中可以看出每年可節(jié)約電量1296306千瓦時，按照礦井結(jié)算電價0.77元/千瓦時計算，年節(jié)約資金99.8萬元。
（2）目前各礦安裝的電抗器，從表2看，有22臺不合格（殘壓不合格15臺、額定容量不合格7臺），從今年起，將要逐年更換，按2010年計劃價7萬元/臺，需要計劃資金154萬元，如取消安裝，可節(jié)省計劃資金154萬元，僅2010年可節(jié)省計劃資金42萬元（計劃更換6臺）。另外還將節(jié)省一定的安裝費用。
（3）從6.4中分析電壓波動情況看，常常造成礦井無法按時開工生產(chǎn)，由此對礦井生產(chǎn)造成的影響，其經(jīng)濟損失可能會更大。
綜上所述，取消安裝電抗器，直接經(jīng)濟效益每年可減少電能損耗1296306kWh，減少電費支出99.8萬元，減少電抗器投資費用154萬元；間接經(jīng)濟效益雖沒有具體統(tǒng)計，可能會更大。 |
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