带有瓦斯监测功能的矿用隔爆型无功补偿装置

带有瓦斯监测功能的矿用隔爆型无功补偿装置

严继池

哈尔滨工大技术转移有限公司黑龙江哈尔滨150010

摘要：我国煤矿井下供电系统功率因数偏低，需要加装合适容量的静止无功发生器，同时还因为井下特殊的物理环境而必须加装井下隔离防爆装置，从而对系统无功进行动态补偿，此外，在该无功补偿装置上加装了带有瓦斯监测功能，从而可以进行瓦斯浓度的监测，获得了较好的电气性能。

关键词：矿用SVG防爆隔爆

一、SVG的功能和隔离防爆的必要性

目前国内很多小煤矿甚至大中型煤矿井下低压供电系统中的功率因数偏低，在0.4-0.8之间,因为井下巷道比较长，所以供电线路损耗大,到井下终端设备装置所需的电压被拉低，井下用电设备的电压达不到工作电压阈值，但是井下负载所需电流又比较大，所以导致了电动机突然启动时会比较困难，容易造成负载过载和过压、过流等事故，同时又在线路中消耗了大量的无功电能，导致效率低。对煤矿井下供电系统中的负荷变化比较大的机电设备，开发新的能满足矿井无功补偿需求的动态无功补偿装置是必须的。

井下矿用SVG既补偿电网中所缺失的无功功率，又能补偿无功电流，还可以起到稳定井下设备输出电压的作用。在配电网中，将合适容量的SVG或者电容安装在井下非线性负荷附近，可以显著地改善负荷与公共电网连接点处的电能质量，表现为提高功率因数、克服三相不平衡等。对于煤矿井下供电系统，恶劣的工作环境，容易发生瓦斯爆炸的危险，所以必须加装隔离防爆装置进行装置防护。

对井下供电系统进行补偿后,由于无功功率容易达到平衡，所以用户终端供电电缆的截面面积便大大缩减，从而降低了供电成本。即便前级变电站容量不够，使用静止无功发生器补偿装置后，可以不增加容量的前提下，提高供电质量。此外，静止无功发生器还可以解决用户电器设备末端起车困难的问题。

二、SVG的补偿原理和隔离防爆设计

一般煤矿变电站主要供电设备有高压设备、低压设备、变压器等。针对MVA级别的负荷中心，包括采煤机、泵站、转载机等。这些负荷的特点是功率大、电压等级高、启动频繁、负荷变化较大，并且功率因数偏低。

煤矿井下电压等级主要为1140V和660V。补偿对象如上所述包括采煤机、带式输送机、转载机等，本质上一般负载很多为三相异步电动机。在以上这些补偿对象上安装母线电压1140V或者660V隔爆型无功功率自动补偿装置，采用低压就地分散补偿的方式对其进行动态无功补偿。

三机异步电动机属于感性负载，必须依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。需要消耗大量的无功功率来建立和维持交变磁场。具体的补偿措施可以采用先进的无功补偿装置，例如SVG；也可以采用固定电容补偿。电容产生的超前无功电流与电感产生的滞后电流可以互相补偿，并进行抵消。所以，在负荷电源终端并联适当容量的电容器或者级联H桥SVG，可以使负荷所需的无功电流大部分由并联的电容器供给，从而减少输配电线路上的总电流。

井下SVG的隔离防爆设计壳体由接线防爆盒、隔离开关防爆箱体和SVG隔离防爆箱体三部分构成。箱体之间互为隔爆结构。由隔爆型接线端子完成相互之间的电气联接。电气部分由真空接触器，保护熔断器，SVG，连接电抗器，PLC等构成。在电气隔离开关腔体上设有分、合闸手柄。在电气腔体的有视察窗，可以用来观察系统电流、各种参数和状态。系统带有过电压、过电流、短路、防止操作过电压保护电路。

三、瓦斯监测

瓦斯爆炸对煤矿安全带来的是灾难性的后果，所以对瓦斯浓度地实时监测就显得至关重要。现在，一般煤矿上的瓦斯监测系统存在精度低、稳定性差的问题。一般使用基于FPGA控制芯片和矿用低浓度瓦斯传感器开发瓦斯监测系统，具有监测精确度高、稳定性好、响应速度快的优势。

本次设计的瓦斯监测系统具有以下功能：

1.可以高精度监测井下巷道内的瓦斯浓度并实时显示在液晶屏上；

2.当瓦斯浓度超标时可以实现井下报警同时快速将报警信号传输到地面煤矿安全指挥中心，由指挥中心快速做出判断，从而具体实施相应安全急救措施；

3.当瓦斯浓度超标时可以及时而快速关断设备电源。FPGA核心控制芯片安装在煤矿井下，负责采集并处理数据，在超限时启动通风装置并且切断电源，防止事态进一步扩散。

4.为适应FPGA与上位机之间的长距离传输，在两者之间装有信号中继器。上位机负责报警浓度预设值的设置、接收并存储FPGA采集站送来的数据，以便对煤矿井下瓦斯浓度的变化进行分析。

参考文献

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支持基金：

哈尔滨市科技局科技创新人才研究专项基金（2016RAQJ035）。

作者介绍：

严继池（1981.06.15）；性别：男；籍贯：广西梧州市；民族：汉族；学历：硕士研究生；职称：工程师；职务：研发工程师；研究方向：模拟仿真、测控、窄带物联网；单位名称：哈尔滨工大技术转移有限公司。