1 概況

哈爾烏素露天煤礦在2008年8月份購置了2臺1 800 kW／6．3 kV移動發(fā)電車，車上配套使用的發(fā)電機組為康明斯英國新時代交流發(fā)電機公司生產。2臺移動發(fā)電車在露天礦主要擔負著為坑下大型用電穿采設備更換作業(yè)位置時啟機、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等穿采設備正常啟動行走要求，但是在現(xiàn)場生產實際使用過程中，無法啟動露天礦使用的1190E鉆機，經過礦供電技術人員結合1190E鉆機的技術參數(shù)對鉆機進行了長期觀察，發(fā)現(xiàn)當1 190E鉆機投入自耦降壓啟動裝置時，啟動電流一般在350 A左右變化。全啟動時啟動電流相當于額定電流的4．4倍左右。但是露天礦1 800 kW移動發(fā)電車發(fā)電機輸出的最大過載電流為309 A，所以1190E鉆機即使投入自耦降壓啟動裝置啟動電流大于移動發(fā)電車的最大輸出電流，仍然無法啟動1190E鉆機。經過分析：主要由于移動發(fā)電車的輸出功率較小，而且發(fā)電機組本身屬于阻感性負載(電阻性+電感性)，功率因數(shù)較低，導致最大輸出電流達不到1190E鉆機的啟機電流。下面是感性負載、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)電機組為阻感性負載，其等效電路電壓特性如下：①用電負載，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，計算是把電壓分解為2個分量，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個分量。

通過以上對感性負載、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)電機組的輸出功率需進行無功補償，由于發(fā)電機組本身屬于阻感性負載，所以可以通過給發(fā)電機組加裝電容來提高發(fā)電機組的功率因數(shù)COS妒，從而提高發(fā)電機組有功功率P=Scos妒，提高輸出電流來滿足1190E鉆機的啟動。為此，決定為1 800 kW發(fā)電車增加補償電容來改善功率因數(shù)[1]。并聯(lián)電容器補償是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的一種無功補償。作為無功補償設備，電容器有以下顯著優(yōu)點：不論采用分散還是集中地補償方式，均能較好的滿足就地補償?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。調相機除了本身的損耗外，其附屬設備還需用一定的所用電，損耗2％～30％，大大高于電容器；由于制造技術的提高，使用了微機自動控制(VQC)投、切電容器，配合以設備上變壓器自動調整運行電壓的措施后，不僅使補償容量調節(jié)靈活，同時提高了設備運行的安全性，而且產生了很好的經濟效益；自動電容器是靜止設備，運行維護簡單，沒有噪音。調相機為旋轉電機，運行維護很復雜；并聯(lián)電容器是電力中用得最多的一種無功功率補償設備，目前國內外電力系統(tǒng)中90％的無功補償設備是并聯(lián)電容器。對補償電容的結構元件進行選型，對元件和電容柜整體結構安裝進行了設計。

2、高壓無功就地補償裝置電器元件設計選型

2．1 高壓側電器元件選型

采用深圳市三和電力科技有限公司生產的單相電力電容器，其主要作用為把其與感性負荷(發(fā)動機組)并聯(lián)接在同一電路，當電容器釋放能量時，感性負荷吸收能量；而感性負荷釋放能量時，電容器卻在吸收能量，能量在2種負荷之問互相交換這樣感性負荷所吸收的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率中得到補償；該電容器主要特點為：電容選用優(yōu)質材料聚丙烯薄膜為介質，采用全膜結構，發(fā)熱少，損耗極小；并采用環(huán)保型的高穩(wěn)定性無毒浸漬劑，密封性能好，電容器內自帶放電電阻，電容器從電網脫離，經內部放電電阻自動放電，在5 rain內將殘留電壓降低到50 v以下[2]。通過多次試驗計算測得，啟動時的功率因數(shù)為0．3，為算出本次電容補償，設啟動時的功率因數(shù)為0．3。啟動時的功率因數(shù)：COSp，=0．3補償后啟動時的功率因數(shù)：COS妒。=0．4選擇電容器Q。時需要考慮的因數(shù)。電容器選擇過大，引起電動機自勵磁過電壓。電容器容量Q。選擇值為600 kvar。電容器對電壓十分敏感，因電容器的損耗與電壓平方成正比，過電壓會使電容器發(fā)熱嚴重，電容器絕緣會加速老化，壽命縮短，甚至電擊穿。因此，電容器裝置應在額定電壓下運行，一般不宜超過額定電壓的1．05倍，最高運行電壓不宜超過額定電壓的1．1倍。選擇高壓無功就地補償裝置(電容器)為深圳市三和電力科技有限公司生產的產品。產品型號：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。電容補償柜中的電抗器采用三相干式鐵芯電抗器，磁性鐵心設備由于其非線性，是諧波的首要產生源。當今的電力電子技術應用產生了更加嚴重的諧波。諧波嚴重地污染了電網，可以說現(xiàn)在電網諧波無處不有處處有。使用電容器時更把諧波放大甚至發(fā)生某次諧波諧振，危及電網安全。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、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[3]。高壓熔斷器選用噴逐式高壓熔斷器作為電容器內部故障保護，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)電容器的單臺過流保護，切斷故障電容器，保證完好電容器的正常運行。耐爆能量15 kJ。

電流互感器采用LZZX一10Q 100／5A的互感器，和電流表配套對裝置的電流進行檢測與顯示。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)生重燃就會產生較高的過電壓，危害電容器及其相鄰的電器設備，為了限制這種過電壓，安裝了江蘇省溧陽市目湖避雷器廠生產的電容器專用型號為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。在高壓無功就地補償裝置上一級安裝了斷路器QF，斷開此級斷路器時，可以斷開高壓無功就地補償裝置的電源，高壓無功就地補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，按照檢修步驟對高壓無功就地補償裝置可以安全的進行檢修工作。高壓無功就地補償裝置一次電氣原理圖如圖1。圖1中：①0F：上一級斷路器；②TA：電流互感器，LZZX—lOQ 100／5A，準確級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償裝置在日常作業(yè)過程中可以根據(jù)鉆機的啟動電流實現(xiàn)自動控制，在高壓無功就地補償裝置的控制回路加裝了“自動／手動”鑰匙轉換開關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，當高壓無功就地補償裝置在檢修之后或試運行時需要將鑰匙轉換開關SW旋轉到“手動”，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應的有紅綠指示燈，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運行，將進線柜“自動，手動”鑰匙轉換開關SW旋轉到“自動”位置，通過電流繼電器方可實現(xiàn)根據(jù)設備的啟動電流大小實現(xiàn)自動控制。電流繼電器是在電動機啟動期問根據(jù)啟動電流來實現(xiàn)自動控制真空接觸器的合閘及分閘。在電流繼電器上可以設置過電流參數(shù)、復位參數(shù)、動作延時時問、啟動鎖定時問設置，在發(fā)電機組啟動大型用電設備過程中，當檢測到用電設備的啟動電流大于該設置值時，并且達到了動作延時時問所設置的時問，繼電器動作，真空接觸器合閘，電容器投入運行。當檢測到電動機的電流小于復位值時，電流繼電器復位，真空接觸器分閘，電容器退出運行。電流繼電器上有3個指示燈，電源指示燈(綠色：PWR)指示燈在電源接通時亮，繼電器動作狀態(tài)指示器(黃色：RY)繼電器動作時亮燈，警報指示器(紅色：ALM)有過電流或欠電流時亮燈，指示器閃爍表示動作時問正在計時，輸入已經超過了極限的錯誤狀態(tài)。電流繼電器動作圖如圖2、圖3。

在高壓無功就地補償裝置的正面配有急停按鈕，運行過程中發(fā)生故障或緊急狀態(tài)時，無論裝置處于自動還是手動運行狀態(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償裝置工作，阻止故障或緊急情況的進一步發(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：鑰匙轉換開關，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)電機組加裝電容補償裝置后，在補償裝置設置為自動投入時，需根通過單相電流繼電器K8AB—AS2和1190E鉆機的自耦降壓啟動裝置上的時問繼電器來實現(xiàn)的。在生產現(xiàn)場啟動1190E鉆機的試驗中，調節(jié)好電流繼電器和時問繼電器的匹配是關鍵，當啟動電流達到150 A時，投入電容補償。由于1190E鉆機采用自耦降壓啟動裝置，由降壓啟動切換到全啟動過程中將產生反沖過高的電壓，所以決定在1190E鉆機投入全啟動之前，先甩掉電容補償裝置，然后投入全啟動。最終將調整電流繼電器過電流參數(shù)(SV)60％，復位值(HYS)7％，動作延時時問值(T)0．1 S，啟動鎖定時問值(LOCK)O S。時問繼電器調整到10 S。當啟動電流達到288 A時，電容補償投入。流達到267 A時甩掉電容補償。1 190E鉆機的時問繼電器參數(shù)調整到10 s后投入全啟動。此時發(fā)電機組的電壓為6．4 kV，頻率50 Hz，可以啟動1190E鉆機?？紤]到電容器合閘時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；另一種是已經投入運行的電容器對剛投入運行的電容器放電，此涌流由于回路阻抗較小將達到幾百倍，這對電容器壽命構成威脅。尤其對金屬化電容器而言，由于其結構特點，無感繞法涌流更大、元件端部導電部位(端頭噴金)導電接觸比較薄弱，更怕涌流。涌流對金屬化電容器雙重致害[4_印。解決減小涌流的辦法，現(xiàn)在大部分補償裝置使用電容器投切專用交流接觸器控制投入型補償裝置接觸器，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行預充電，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 語

通過為康明斯發(fā)電機出租加裝正確合理的電容器以及對高壓無功就地補償裝置中各電器元件的參數(shù)進行精密的計算、設計到最后的安裝，通過補償無功功率，提高功率因數(shù)，加上合理設計控制回路，選擇合理的電器元件，實現(xiàn)電容器正常的自動投入、退出，最終實現(xiàn)了1 800 kW發(fā)電車順利啟動1190E鉆機。