矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统中的应用研究鉴定材料

矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统中
的应用研究
鉴定材料
新汶矿业集团公司翟镇煤矿
二〇一五年一月
鉴定材料目录
鉴定材料之一
《矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统中的应用研究》鉴定大纲
鉴定材料之二
《计划任务书》
鉴定材料之三
《矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统中的应用研究》工作报告
鉴定材料之四
《矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统中的应用研究》技术研究报告
鉴定材料之五
《矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统中的应用研究》工业性试验报告
鉴定材料之六
《矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统中的应用研究》效益分析报告
鉴定材料之七
《矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统中的应用研究》科技查新报告
鉴定材料之一
矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统
中的应用研究
鉴
定
大
纲
新汶矿业集团公司翟镇煤矿
二〇一五年一月
一、成果名称：矿井隔爆兼本质安全型静止无功发生器的探索与应用
二、成果来源：自选
三、完成单位：新汶矿业集团公司翟镇煤矿
四、研究起止时间：二〇一三年十一月---二〇一四年十二月
五、鉴定类别：应用成果鉴定
六、鉴定依据：《科学技术成果鉴定办法》
七、鉴定组织：由组织鉴定单位聘请同行专家组成鉴定委员会，设主任委员和副主任委员。

八、鉴定内容：
1、该课题是否完成了计划任务书的要求。

2、审查该课题技术资料是否齐全、完整，并符合有关规定。

3、评议该成果的创造性、先进性和成熟程度以及达到的水平。

4、评议该成果的应用价值、推广条件和前景。

5、提出存在的问题及改进意见。

九、鉴定程序：
1、宣读鉴定大纲。

2、宣布鉴定委员会及名单。

3、由鉴定委员会主任主持鉴定，听取课题汇报工作报告、技术研究报告、用户应用报告。

4、考察生产现场、观看演示。

5、专家质疑，主要研究人员答辩。

6、主要研究人员回避，鉴定委员会讨论形成鉴定意见。

7、鉴定专家签字
8、鉴定会议结束
十、提供的鉴定资料
1、鉴定大纲
2、计划任务书
3、工作报告
4、技术研究报告
5、工业性试验报告
6、效益分析报告
7、技查新报告
鉴定材料之二
新矿集团技术创新项目计划
立项建议书
项目名称：矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统中的应用研究
申报单位：泰山能源股份有限公司翟镇煤矿
起止年限：2014年1月～2014年12月
项目负责人：胡佩东
项目管理员：李新海
新汶矿业集团公司制
2014年10 月28 日
2.项目实施方案
3.项目创新点（关键技术、特点、技术的先进性）
4.技术、经济指标（经济效益和社会效益两方面）
5.达到的技术水平、经济、社会效益及推广应用前景
6.地点、试验规模及进度安排
7．项目研究人员名单
8、需要增添的设备、仪器、材料明细表
9、研发费用预算：
说明：跨年度的要分别按年度填写，但汇总年度技术开发费用表时，只统计当年的费用预算。

10.申报单位及协作单位概况与条件（现有技术基础等）
矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统
中的应用研究鉴定材料之三
工作报告
新汶矿业集团公司翟镇煤矿
二〇一五年一月
1、企业简介
新汶矿业集团公司翟镇煤矿是国有大型矿井，1993年建成投产，是核定年生产能力170万吨的大型现代化矿井。

配套建有大型现代化选煤厂，原煤全部入洗。

产品有动力精煤、冶炼精煤、洗混煤和优质块煤等多个品种。

“翟镇”精煤、“双八”精煤畅销国内外。

经营范围涉及煤炭、电力、机械制修等多个领域，在山西、内蒙、新疆建有三大煤炭基地，产能达1200多万吨。

围绕国家级矿产资源节约综合利用示范基地建设，结合企业实际，确立了“五型六化”矿井创建目标，牢固树立绿色开采，安全发展理念，创新实施以充填开采为核心，以系统节能、清洁生产、环境整治为支撑的煤矿绿色开采模式，实现了“矸石不升井、污水不外排、
采场不产尘、采动不影响、资源不浪费”的目标。

以先进文化为引领，深入推进以“立信、重信、守信，学习力、执行力、发展力”为核心的“3+3”安全诚信文化建设，有力的提升了矿井安全生产整体水平。

矿井已实现连续安全生产4300多天，安全产煤2100多万吨。

矿井先后荣获全国安全文化建设示范企业、国家级绿色矿山试点单位、煤炭工业双十佳矿井、煤炭工业科技进步十佳矿、行业一级安全高效矿井、全国重合同守信用企业、齐鲁先锋基层党组织等80多项省部级以上荣誉称号。

2、项目背景
翟镇煤矿属于多年开采老矿井，随着开采年数的持续延长，井下供电距离越来越远，致使末端供电电压低，特别是在采掘工作面，生产用大负荷功率设备由于末端电压过低，致使设备正常启动困难，通常为避免采掘工作面大功率设备启动困难，通常采用使用大容量变压器、大截面的供电电缆、必要时另外开凿机电硐室将供电系统前移，这种方式不仅造成大量的投资浪费，而且占用大量生产劳动力，严重时还会影响正常的运行生产。

3、国内外现状及主要研究、实验内容：
1）通过分析讨论后，我们确定认为采掘工作面电压过低主要是由于供电距离长、电流高、功率因数低、以及谐波集肤效应造成。

原因是，第一：我国所产电机设备，由于工艺技术原因一般功率因数
比较低，大约0.7左右，而且长期在轻载下运行，这样就需要大量的无功，致使设备运行无功电流高。

第二：随着掘进延长、回采面远，供电距离也随之增加，加大了线路内阻，造成压降。

第三：煤矿现代化应用，非线性设备增多，谐波含量增加，也是造成电压过低的原因。

2）通过查找资料，现如今国内外无功补偿的方式有三种，第一种：分组投切电容器方式，此种缺点投切反应速度慢，投切时冲击电流大，容易拉弧、治理滤波效果差、无法改善系统电能质量。

第二种：静止型动态无功补偿装置(SVC)，此种方式利用晶闸管控制投切容量，反应速度有所提高，煤矿应用较为广泛，但是与FC配合的滤波面单一，无法满足多种要求。

第三种：磁阀式补偿方式，通过高阻抗电抗器磁通的调节，因其损耗大，运行成本高，调节速度慢，补偿范围有一定的限制，属于淘汰技术。

而现如今静止无功发生器的诞生全面解决了补偿投切反应慢、并且没有冲击电流、自身带有的有源滤波功能有效的滤除多种谐波，能够改善电能质量，但价格昂贵。

3）研究课题最终要达到解决的目的就是，在不影响正常的运行生产前提下，采取更加经济有效措施，避免大容量变压器、电缆以及开凿机电硐室的投资浪费，最大程度保证采掘工作面电能质量。

要达到这些要求，必须保证，第一提高供电功率因数，提高供电设备利用率。

第二：计算合理经济的就地补偿安装点，满足采掘设备距离不能太远。

第三：补偿设备要轻便，满足工作面移动要求。

第四：具有多种滤波功能，达到改善采掘面供电质量。

经过调研与排查，最终确定静止无功补偿发生器均能满足要求，根据系统运行情况设定了运行参
数，并安装。

4）根据采掘工作面电气设备种类要求，以及安装设备现场实际要求，我们制定了一整套完善、具体的安装、运行方案，并且对假如增加无功静止发生器后可能要产生的不利因素也做了预案（例如设备在放置巷道内存在运输机车碰撞，片帮、坍塌损坏补偿设备等危险）。

4、项目组织管理
2014年3月份新汶矿业集团公司机电部部长与翟镇煤矿机电运输部主任共同调研，到生产厂家实地查看，并且对设备各项功能进行仔细询问，生产单位技术人员作出详细解释，现场对设备供电，对各项功能进行现场试验，保证功能有效齐全。

2014年4月份矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器到矿，厂家人员随设备到矿。

4月20日设备下井，安排充采工区在其综采工作面开关站进行安装，此设备安装简单，只需按照井下隔爆开关安装方法安装即可，首次安装一人用时1小时安装完毕并试运转正常。

安装完毕后只需在用户设置单元对其使用功能进行设置即可。

5、工业性试验
安装完毕后在综采工作面进行试验，当未启用该设备时，低压供电网络运行功率因数在0.7左右。

当设备投入运行使用其无功补偿功能后，低压供电网络运行功率因数在0.99，设备运行功率因数明显提高。

在综掘工作面试运行该设备的电压补偿功能。

当掘进工作面掘至1600米左右时，迎头综掘机启动时信号综保出现跳电现象，为此
投入矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器的电压补偿功能，投入后设备运行正常。

1）培训组织
针对新设备投用，翟镇煤矿机电运输部组织矿井井下采掘单位机电维修人员参加配需。

聘请生产厂家技术人员在机电运输部学习室进行讲课，对设备运行原理、工作模式、设备运行参数调整情况、运行注意事项、一般性设备故障及解决方案进行讲解，确保设备正规使用，保证矿井安全生产。

2）管理制度、运行规程
针对工区使用情况，对各单位使用办法进行规定，SVG负荷侧设备运行时SVG必须投入运行，工区管理人员对设备运行情况进行监督检查，发现不正常使用的对该工作面机电维修人员进行考核。

矿机电设备检查人员发现不正常使用的对工区进行考核，保证设备正常使用。

为保证设备完好，规定工区机电维修人员每月对设备进行拆检一次，发现问题及时处理，保证设备正常运转。

6、成果特点及创新性
（1）新矿集团首家煤矿井下应用静止无功发生器，在实际生产中最大程度补偿了无功负荷，提高了运行电压，保证设备正常的开机。

利用其反应速度迅速的优点，避免了大功率设备启动时产生的冲击浪涌损伤电机，降低了采掘系统运行电流，降低了运行温度、增加了机电设备运行寿命。

（2）由于煤矿采掘工作面的对机电设备必须隔爆特殊要求，选用了其带有本质安全型无功补偿设备，这样即使在最恶劣的工作环境下，也能够确保生产运行安全。

（3）利用其有源滤波功能的反应迅速、滤波范围广，能够对采掘面非线性设备产生最多、危害大的5、7、11、13谐波进行滤除，减少了对机电设备危害，提高了设备正常运行基础。

（4）利用其自身轻便、移动方便、补偿效果好、末端供电电压提高明显等优点，避免了以往传统为了提高末端供电电压，需要大量人力物力开凿机电硐室，并对供电系统进行搬迁，影响正常运行生产。

（5）使用静止无功发生器以后，降低了运行电流，提高了功
率因数，使采掘供电系统基本保持在了纯有功功率的条件下运行，这样在设计初期可以选用合理容量变压器、以及适当截面的电缆，并且能够提高现有变压器、电缆设备利用率，同时还降低损耗，最大程度上减少了经济投资。

7、主要研究人员
课题工作人员（单位、姓名、教育程度、职务、职称）：
翟镇煤矿胡佩东本科副矿长高级工程师
翟镇煤矿李新海本科副总工程师
翟镇煤矿徐兴民本科主任工程师
翟镇煤矿王向阳专科副主任技术员
翟镇煤矿尹承山本科机电设计助理工程师
翟镇煤矿刘仕磊研究生机电设计助理工程师
翟镇煤矿刘国本科机电设计助理工程师
翟镇煤矿梁志国本科防爆检查技术员
8、效果分析
（1）经济效益
1）电压升高情况（150字）
在综掘巷道安装的SVG主要应用其电压补偿功能。

当巷道掘进约1600米时电压降较大，综掘机启动时电压瞬间降至800V，无法保证设备正常运转，当使用其电压补偿功能时，设备启动时瞬间电压降至1000V，保证了设备正常启动。

设备正常运行时电压保证在1100V，有效降低设备运行电流，延长设备运行寿命。

2）降耗情况
一般情况下应用其无功补偿功能，综采工作面单台设备装机容量较大，但是设备实际运行功率因数在0.7左右，运行功率因较低，导致设备运行时线路电流较高，线路损耗较大；同时由于设备运行电流高在电缆选型时需选用大截面电缆，造成电缆的浪费。

投入矿用SVG 后，将功率因数提高至0.99，在设备运行功率不变的情况下，电源线路运行电流降低为原来的一半，电缆选型时降低电缆截面；同时电源线路运行电流降低，可以进一步减少运行热量，降低线路损耗。

3）安全效益：
在保证供电可靠的情况下，减少巷道掘进期间的硐室开凿工作量，提高供电可靠性，未增加巷道工程量。

同时避免大型设备进入掘进巷道，有效减少大型设备的起吊、托运降低职工人身风险，为矿井
的安全生产增加砝码。

9、结论
1）矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统中的应用研究工作是成功的，取得了理想的效果。

2）设备运行稳定，安装方便
SVG安装方便，适应能力强，可以使用井下各种环境，运行稳定，为保证设备不过热，采用外部风冷方式对其降温。

即使设备出现故障维修比较方便。

该设备安装时只要区分处电源与负荷即可，其余只要安装井下隔爆开关的接线方式进行连接即可，由于安装操作方便，最大程度上体现出其可推广使用性。

3）电压、降耗、谐波效果良好
SVG处于运行状态可根据测试结果得出功率因数（0.99）最好、各谐波电流全部国标限值。

有效的解决了供电线路的损耗、提高了电缆的使用寿命、消除了工作的因谐波放大可能产生的安全隐患，有效的确保了工作面的安全可靠的运行、生产。

4）本项目研究成果适用于在其他煤矿中推广应用
鉴定材料之四
矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在井下低压供电系统
中的应用研究
技术报告
新汶矿业集团公司翟镇煤矿
二〇一五年一月
1、立项背景
翟镇煤矿属于多年开采老矿井，随着开采年数的持续延长，井下供电距离越来越远，致使末端供电电压低，特别是在采掘工作面，生
产用大负荷功率设备由于末端电压过低，致使设备正常启动困难，通常为避免采掘工作面大功率设备启动困难，通常采用使用大容量变压器、大截面的供电电缆、必要时另外开凿机电硐室将供电系统前移，这种方式不仅造成大量的投资浪费，而且占用大量生产劳动力，严重时还会影响正常的运行生产，为了解决以上问题，制订了研究课题。

研究目标
应用根据理论计算、现场实测、试验及数值模拟等研究手段，通过对煤矿矿低压供电系统运行情况的研究，结合翟镇煤矿现场实际，在低压供电系统当中安装矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器，提高矿井低压供电系统运行功率因数，减少低压供电系统谐波最大限度的实现煤矿机电节能减排，提高矿井低压供电系统供电质量，降低系统能耗，提升大型设备供电可靠性。

3、国内外现状
（1）国内外动态无功补偿技术主要类型分为如下几种：
1）分组投切电容器方式。

真空接触器(或断路器)投切方式，投切时开关触头间会产生电弧，因电容回路的通断过程中会产生较高的操作过电压和冲击电流。

所以往往在回路中串联电抗器来抑制投切涌流，并能治理相应谐波。

原理简单，成本低是其特点。

2）静止型动态无功补偿装置(SVC)。

该装置为晶闸管控制电抗器滤波装置(TCR FC)方式或者晶闸管投切电容器（TSC）。

其功能具有
平滑调节无功补偿容量、系统响应速度快，并能综合治理谐波，普遍应用在煤矿系统、冶金行业、电力系统和电气化铁路等。

3）磁阀式补偿方式。

装置由补偿电容器和并联可调电抗器组成，通过高阻抗电抗器磁通的调节，使其与并联电容器中多余的容性无功容量平衡。

这是自饱和电抗器补偿方式的一种变型产品，因其损耗大，运行成本高，调节速度慢，补偿范围有一定的限制，属于淘汰技术。

这些补偿方式都存在一些不足之处，结合煤矿配电形式，研发适合于煤矿应用的无功补偿设备是当务之急，也是响应国家政策。

（2）运行方式上目前煤矿配电网主要分为集中补偿、分散补偿和就地补偿三种无功补偿方式。

4、主要研究、实验内容：
随着矿井的延伸，供电负荷越来越高、距离越来越远、供电系统运行功率因数较低，供电压力也与日俱增，并且随着煤矿现代化的推进，随之非线性设备越来越多，造成系统中含有大量的谐波，致使原有供电系统多种因素并存，并暴露出许多问题。

其中最为突出的是采掘工作面出现了配电点压降大、线路运行电流高、设备无法正常启动、供电变压器、运转电机不正常的运行发热，加速了电气设备老化，缩短了使用寿命和期限。

在这样的情况下引进探索使用矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器（SVG）。

具体应用内容包括：
(1）投入SVG使低压供电网络运行功率因数得以显著提高。

综采工作面单台设备装机容量较大，采煤机装机容量在710KW，
但是设备实际运行功率因数在0.6左右，运行功率因较低，导致设备运行时线路电流较高，线路损耗较大；同时由于设备运行电流高在电缆选型时需选用大截面电缆，造成电缆的浪费。

投入矿用SVG后，将功率因数提高至0.99，在设备运行功率不变的情况下，电源线路运行电流降低为原来的一半，电缆选型时降低电缆截面；同时电源线路运行电流降低，可以进一步减少运行热量，降低线路损耗。

（2）随着综掘机巷道掘进距离延伸，巷道掘进至1600米时，综掘机（装机容量340KW）启动瞬间电压降至800V左右，设备无法正常启动，线路压降较大，投入SVG后将线路末端电压提高5%，末端电压提高保证设备正常启动。

在未投入SVG时通过以下两种方式解决线路压降问题：一是在工作面附近再开凿一个机电硐室，将工作面供电变压器移至硐室内，缩短供电距离来提高供电电压，保证采掘设备正常启动。

这种方式不仅造成大量投资浪费，而且占用大量生产劳动力，严重时还会影响正常生产。

二是增加投资，选择超过正常负荷设计大截面的高低压供电电缆以及大容量供电变压器，其目的就是为了减少回路阻抗，提高末端供电电压，保证设备正常运转。

投入矿用低压SVG，选用其电压补偿工作模式有效提高线路末端电压，减少电压降。

矿用低压SVG可以将末端电压提高5%，这样可以延长供电距离，保证大功率设备正常启动，有效延长巷道掘进距离，减少成本投入。

（3）投入SVG充分发挥其滤波功能，有效减少电网谐波含量，改善
采掘工作面供电质量。

（写出使用前的的测量数值。

）
随着煤矿现代化的推进，随之非线性设备越来越多，造成系统中含有大量的谐波，导致电机运行不正常发热，加速了电气设备老化，缩短了使用寿命和期限。

SVG具有多种滤波功能，可以有效减少供电网络当中的谐波含量，将谐波含量控制在国标以内，减少因谐波含量大而引起不必要的谐波跳闸保护、干扰井下通信、严重时会烧毁设备。

针对以上问题及解决方案，最终确定选用辽宁荣欣集团生产的矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器（SVG）。

该设备在现场应用方面具有以下优势：
（1）设备的先进性。

该设备采用IGBT 模块的通断来控制逆变单元输出的交流电压，响应时间短，小于等于5ms，它可在极短的时间内完成从额定容性无功到额定感性无功功率的相互转换，这种相应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿
补偿功能多样化，使用一套SVG装置可以实现多种补偿功能：单独补偿负载无功；单独补偿负载谐波；单独补偿负载不平衡；同时补偿负载无功、谐波和不平衡。

（2）该设备可以适应较恶劣的环境。

该设备为防爆兼本质安全型设备可以很好的适应井下各种环境，而且可以根据所实现的效果不同，灵活安排设备安装位置。

在综采工作面考虑系统运行功率，为保证最大程度上发挥设备性能，将SVG
安装在距离变压器最近位置。

在综掘工作面以使用其电压补偿为主，将其安装在距掘进迎头300米位置，提高线路末端电压，保证设备正常启动。

（3）该设备具有可推广性。

由SVG为防爆兼本质安全型设备，可以应用于高瓦斯矿井。

使用环境温度为0℃-40℃，存放温度为-10℃-50℃最大程度上提高其对环境的适应能力，在各种矿井都可以推广使用。

5、技术路线
首先，对新汶矿业集团公司翟镇煤矿低压供电系统运行情况进行全面调查研究，摸清现状。

对影响矿井低压供电系统正常运行环节进行排查，进行认真细致地分析研究，找出技术切入点。

结合现场实际，借鉴国内外成熟的先进技术和成功经验，探索引进使用配套的低压SVG，保证矿井低压供电系统正常运行，同时最大限度实现节能降耗的目的。

技术路线如下：
调查论证→摸清现状→找准切入点→系统实验研究→总结、整合→引进配套低压SVG →全面推广。

（1）设备参数
型号说明
B J S —
500/ 1140
额定电压（V ）
额定功率（Kvar ）
静止无功发生器
（Static Var generator ）
隔爆兼本质安全型
无功补偿装置
（2）技术参数
防爆形式：隔爆兼本质安全型
适用负载：瓦斯泵、水泵、胶带运输机、刮板运输机等负载 使用条件：有甲烷与煤尘爆炸性气体的环境中
额定电压：1140 V
额定电流：253A
额定补偿容量：500 KVar
（3）环境条件
设备使用环境温度：0℃～+40℃，设备存放温度-10～50℃； 海拔高度不超过：2000m ；
周围环境相对湿度≤98%（+25℃）；
有甲烷与煤尘爆炸性气体的环境中；
无破坏绝缘材料及金属的气体环境中；
无淋水、无积水、无显著摇动与冲击震动的地方；
与水平面的安装倾斜度不超过15°；
大气压力：86~106kPa ；
安装类别：Ⅰ类；污染等级：3级。