TCR装置在煤矿供电系统中的应用
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[摘要]煤矿提升电机是短时工作制负载，是矿井变电所无功功率及谐波的主要来源，本文以淮南矿业集团张集矿西区为例，介绍了tcr装置在煤矿变电所中的应用，对TCR装置进行系统的介绍。
[关键词]TCR装置；功率因数；无功补偿；晶闸管阀组
1.现场实际情况
张集矿西区矿井现有箕斗提升机、罐笼提升机各1台，电机功率分别为1600KW、1250KW，电枢回路由无环流、反并联的晶闸管直流供电，采用12脉动、全数字控制，磁场回路由6脉动晶闸管整流器直流供电。使用的晶闸管直流拖动系统对电网会产生如下危害。
1.1平均功率因数低，一般在0.02～0.8，增加变压器和电网线路损耗，降低负荷能力。矿井提升机是大功率短时重复工作制负荷，启动无功冲击大，电网电压波动严重，干扰矿井其他设备正常运行。
1.2晶闸管变流器采用相控方式调节电压，切割电网正弦电压波形，箕斗、罐笼提升机晶闸管变流器为12脉动，产生的谐波电流使电网电压波形畸变，导致晶闸管电路触发不同步，电机转矩不稳定。若电网发生谐振，还可造成电缆放炮等设备事故。
2.治理方案
治理电网无功及谐波危害，一般是在母线中并接电容器组，进行固定式补偿，但提升机属于短时工作制负载，循环一次分为加速、等速、减速和停止几个工作状态，各阶段所需功率均不同，而电容器组只能输出恒定无功功率，易出现时而补偿不足，时而过补。根据提升机工作特性和电网参数，张集矿西区110KV变电所采用TCR方式（晶闸管控制电抗器），实现无功动态补偿滤波控制，同时具备吸收谐波、提高功率因数和稳定电压的作用，确保电网始终处于最佳状态。
3.无功动态补偿滤波系统
3.1静止型动态无功补偿滤波装置
静止型动态无功补偿装置的性质是它能连续地调节向负荷提供的无功功率维持系统的无功功率，即满足方程：QS=QF+QL-QC=0（式中QS为系统无功功率，QF为负荷无功功率，QL为电抗器无功功率，QC为电容器组无功功率）。负载启动时，负荷主要是感性无功功率，由电容器组的容性无功功率QC补偿负荷感性无功功率，使系统无功功率为0：负载等速运行后，装置通过调节晶闸管控制电抗器提供一部分感性无功功率，补偿容性无功功率的多余部分；负载停止时，此时负荷主要是容性无功功率，装置电抗器、电容器组的无功功率全部投入，使系统的无功功率为0。
3.1.1晶闸管阀组单元。主要由晶闸管阀组、阀组柜组成，阀组柜中有脉冲盒、BOD模块、可控硅等组成，它可以调节主电抗器电流，直接连接6kV或10kV系统，额定电流600-1500A，调节范围0-300Mvar。紧急触发电路采用BOD（break-over-diodes）元件，当晶闸管端电压超过指定值时，BOD立即触发晶闸管，使没有被触发的可控硅二次触发，将高压泄放到电抗器等设备，避免高行波电压损坏晶闸管。某个晶闸管击穿短路后，仍能正常工作。
3.1.2主电抗器。配合AC控制器，产生可变的感性无功功率。主电抗器为空心结构，每相主电抗器分接在AC控制器两侧，避免晶闸管承受过高的短路应力，三相电抗器为形连接，当供电系统三相平衡时，所有的三倍次谐波都不会在线电流中出现。
3.1.3滤波回路。由全膜介质电容器和可调电抗器组成，有较高场强和稳定性，装有放电电阻。可对各频率谐波形成近似短路，吸收谐波电流。滤波回路均为Y形连接，具有中性点不平衡及过压、速断等多种保护。
3.2控制系统
控制系统主要由控制柜、脉冲柜和功率单元组成，测量提升机系统变量，根据给定值计算出有功功率、无功功率，使AC控制器产生不同触发脉冲，控制主电抗器的无功功率，稳定电网电压，系统简图见图2。
3.2.1采样单元。对于三相对称负荷，一般采用单相测量比较简单、经济，但对输入信号滤波后，测量值具有惯性，因此，为保证调节速度，需采取三相全信号输入。6.3kV电压测量，先通过6300／100V电压互感器，再降至7.07V后输入电子电路，经三相全波整流器整流滤波，放大为DC 10V。提升机、补偿和Ac控制器回路的电流测量均采用6000／5A电流互感器，再经过5／0.1A中间电流互感器将信号输入电子电路。
3.2.2计算单元。根据输入信号计算各回路有功功率，无功功率。将采集来的系统相控电流和电网电流经过运放处理和求和，得出综合负载电流，负载电流与系统相电压经乘法器求出所需要补偿的各相无功功率。
3.2.3处理单元。由电压及功率因数调节器，电流调节器，线性化环节组成。
3.2.4脉冲形成单元。脉冲形成单元接受到脉冲触发电信号后，通过输入脉冲前置放大电路、脉冲前沿控制电路、脉冲前沿形成电路、震荡控制电路、振荡电路、逆变电路等，经过放大处理后，生成一个周期为500 us，幅值为10A的方波脉冲信号。
4.使用效果
张集矿西区变电所使用动态无功滤波装置后系统投入运行后，主变压器仅传输有功功率，主变压器提高了效率，减少了损耗，电压质量得到改善，稳定了电网电压，有效治理电网污染。
作者简介：
于子敬，男，1982年4月出生，2007年毕业于河南理工大学电气工程系，现在淮南矿业集团安装工程分公司从事机电安装管理工作。