矿井660V低压TSC无功补偿装置设计

晶闸管承受的额定电流小，只有相电流的 58％，并且对系统无污 染，但晶闸管承受的额定电压较大。
因为三角形接法中三相电容器的封装需采用单相电容器或 者定制的三相电容器，增加了电容器接线的复杂程度和造价，因 此煤矿井下 TSC 设备主线路采用图 1（a）的接线方式。
3 控制策略
本文采用无功功率与电压相结合的投切原则，即以无功功 率为投切原则，以电网电压为约束条件。
5 保护功能实现
5.1 电容器保护 （1）过压保护。根据 Q＝CU2，电容器的功率损耗和运行电压
的平方成正比，其发热量也与电压的平方成正比。所以，当运行 电压升高时，电容器的温度会明显增加。另外，由于电场的长期 作用，电容器绝缘的老化会加速。国际上公认电容器的寿命与电 压的 7～8 次方成正比，当电压升高 15％时，电容器的寿命可能就 会缩短 3.1 倍左右。按照规定，移相电容器运行电压的标准：电容 器必须能在 1.05 倍的额定电压下长期运行，并在一昼夜中，电容 器能在最高不超过 1.1 倍的额定电压下运行时间超过 6 h。因此 电容器的过压保护应设置为：当监测到任意一相相电压（UA、UB、 UC）高于某一限制时，控制器将电容器组切除，并向上位机发送 报文，发出报警信号，记录报警事件。设置延时，以避免短时电压 冲击造成的误动作。
（3）物理量计算单元：本方案采用的控制物理量为负载无功 功率的补偿需求量，因此必须对采集来的三相电压和三相电流 进行运算，以求得所需的负载侧无功功率。
（4）令计算单元：根据计算出的控制物理量的值，按照制定 的电容器投切方式以及补偿容量的计算方案，计算出需投切的 电容器组的容量，并对执行单元发送触发指令，对电容器组进行 控制。
文献标识码：A
1 无功补偿的作用
无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。采用 井下无功补偿后可提高功率因数，提高供电系统的利用率，稳定 电网电压，抑制谐波、净化电网，减少电气事故率，延长设备使用 寿命。
本文设计的 TSC 无功补偿装置具有体积小、安装简单、易于 维护，并且能够满足井下无功补偿的动态要求，适合作为煤矿井 下无功补偿设备。
（5）发信号的产生单元：接收控制单元发出的触发指令，并 向晶闸管发出触发信号，控制其导通。
（6） 数据通信单元：TSC 无功补偿装置的硬件控制单元需要 与上位机进行通信，将装置的信息传递到上位机，同时接收上位 机的控制信号，因此采用双工的通信方式；除此之外，DSP 与 MCU 之间也存在着频繁的通信。
按照等容分组的方式，TSC 每相分成 5 组，每一组补偿容量 均为 10 kV，则 TSC 每相能提供的补偿容量为 1 kV、20 kV、30 kV、40 kV 和 50 kV。
根据负载无功功率和 TSC 分组情况，按照电源发出的无功 功率最小的原则和不出现无功功率倒送的情况，并且将电网电 压作为投切的约束条件，确定 TSC 补偿指令,其中井下低压电压 偏移范围为±5％。若电网电压 U＞660 V×105％，那么将电容器组 全部切除，并封锁电容器组脉冲；若电网电压 U＜660 V×95％，那 么将电容器组全部投入，并封锁电容器组脉冲；若电网电压 660 V×95％＜U＜660 V×105％，那么检测负载侧无功功率，并与已投入 电容器组容量进行比较。
（2） 缺相保护。当装置的检测模块检测到任意一相相电压 （UA、UB、UC）低于某一限制时，控制器发出命令，切除电容器组，同 时向上位机发送报文，发出报警信号，记录报警事件。为避免某 些电压波动造成的电压低于缺相电压限制的现象，控制器应设 置延时时间。
（3）欠压保护。当装置的检测模块检测到任意一相电压（UA、 UB、UC）处于设定的欠压范围内时，欠压保护动作，控制器将保持 当前的电容器状态，并向上位机发送报文，发出报警信号，记录 欠压报警事件。控制器设置一定的延时时间，以避免电压波动造 成的保护器误动作。
井水→穿孔旋流斜板沉淀池→中间水池→瓷砂过滤器→RO 系 统→生产及生活水池。原污水处理厂投入运行后，确实减少了污 染物的排放量，也为自身提供了丰富的再生水资源，并为当地环 境保护工作作出了很大的贡献。但自 2007 年末以来，由于水量 及水质的急剧变化，整个处理系统已经不能够稳定地运行和处 理，预处理系统出水水质恶化，直接导致后续的深度处理（RO 系 统）运行失常，不能够满足使用的要求。为了保证整个矿井水处 理系统的稳定运行，水质达标，赵庄煤业通过和山西润民合作， 对整个处理系统的处理技术进行了深入的研究，并将提高矿井 水处理能力和效果的配套技术合理地应用其中，效果十分显著。
赵 帆 矿井 660 V 低压 TSC 无功补偿装置设计
本刊 E-mail:bjb＠sxinfo．net 科技论坛
单元及控制单元的信号输出；电源模块，用于保障控制系统的正 常运行。另外还包括键盘和液晶显示模块、通信模块、AD 采样及 信号处理模块、逻辑电平转换模块、其他辅助模块等几部分。
本文采用双 CPU 的控制系统，提高控制系统的响应速度，并 及时与上位机进行通信。两个 CPU 通过一个全双工的 RAM 进 行通信。
艺使用后，处理水量由原来的 6 000 m3/d 提高到 12 000 m3/d；SS 去除率由原来的 65％
提高到 90％以上，基本解决了目前赵庄煤矿矿井水处理厂处理能力不足的问题。
关键词：矿井废水处理；旋流澄清净水技术；超滤；絮凝剂；反渗透
中图分类号：X703
文献标识码：A
晋煤集团赵庄煤业原矿井废水处理系统采用“矿井水—调节 池—穿孔旋流斜板沉淀池—深度处理”的处理工艺，刚开始时，由 于处理水量未达到设计水量，处理效果还能达到设计要求，但随着 水量的不断增大，入水水质的恶化，原处理系统一直处于超负荷非 正常运行状态，导致后继的深度处理负荷增大，严重影响整个处理 工艺的正常运行。通过对原系统缺陷的分析、新技术调研论证后， 采用脉冲式斜管澄清净水处理技术对原系统进行改造，改造后系 统处理能力得以保证，大大提高了外排水水质，为后续深度处理提 供了保障；药剂费用从 0.8 元/t 降到了 0.4 元/t；操作工人的劳动负 荷大大降低；系统的整体稳定性得以提高。
2 TSC 主电路连接方式
TSC 主电路连接方式主要有以下 4 种（见图 1）： 第一种是星形有中线接法，如图 1（a）。其优点在于晶闸管承 受的额定电压较低，可实现分相补偿，但对三倍次谐波没有抑制 作用，致使晶闸管承受的额定电流增大。该接线方式适合系统电 压波形畸变率很小的情况。 第二种是星形无中线接法，如图 1（b）。该种接法取消了中 线，对三倍次谐波有抑制作用，但不能进行分相投切，因此该方 式不适合应用于三相不平衡的电网负荷情况。 第三种是角外接法，如图 1（c）。按照“△—Y”转换原理，在装 置总容量一定的情况下，角外接法和星形无中线电路接法对外 电路而言，具有相同的特性。角外接法能够抑制三倍次谐波，较 角内接法而言，体积小，因此空间较小的环境下可优先选择该种 接线方式。其缺点是不易控制，并且投切时暂态过程较长，较适 合于三相平衡负载。 第四种是角内接法，如图 1（d）。角内接法相对前 3 种接法，
（4）过流保护。当装置检测到任意一相相电流（IA、IB、IC）高于 某一限制时，保护动作，装置的控制器发出控制命令，切除所有 电容器组，同时向上位机发送报文，发出报警信号，记录过流报 警事件。控制器设置一定延时时间，以避免短时的电网冲击造成 的误动作。 5.2 晶闸管保护
过流事故的发生对晶闸管是个很大的冲击，晶闸管的热容 量很小，所以一旦发生过电流，就会因温度急剧上升而可能把 PN 结烧坏，损坏元件。晶闸管发生过电流的主要原因有以下几 方面：一是负载端出现短路或过载现象，导致线路的过电流。二 是某个晶闸管被击穿引起短路会造成其他元件的过电流。三是 触发电路不正常工作或受干扰 使晶闸管误触发而引起过电流。 晶闸管承受过电流能力很差，表 1 为 100 A 晶闸管的过电流涌力 表。从表 1 上看，当晶闸管过电流达到 400 A 时，只能允许过电流 持续 0.025 s 的时间，否则晶闸管会因过热而损坏。由此，晶闸管 只能在很短的时间内承受一定的过电流，因此过流保护应在发 生过流后的晶闸管允许的短时间内将电流切断，以防止元件的 损坏。
4 软硬件设计
（a）星形有中线 （b）星形无中线 （c）角外接法 图 1 TSC 主电路图
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（d）角内接法
4.1 控制系统硬件设计 图 2 为系统硬件框图。控制器的硬件按功能主要分为：信号
变换及调理模块，用于混合电平系统的转换；过零检测模块，用 于检测晶闸管两端电压，实现无涌流投切；信号输出模块，检测
收稿日期：2011－08－11
提高矿井废水处理能力配套
技术的研究及工程应用
宋 磊 1，江家京 2
（1.山西晋煤集团赵庄煤业，山西晋城，046605；2.山西润民环保工程有限公司，山西太原，030000）
摘 要：基于对山西晋煤集团赵庄煤矿矿井水处理厂原处理系统设计参数存在不足的
分析，根据赵庄煤矿的现状，确定采用新型旋流澄清净水装置＋过滤＋超滤等工艺。本工
另外，晶闸管也应设置过电压保护。因为晶闸管的耐过压能 力极差，其在两端所承受电压超过它的反向击穿电压时，即使极
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科技情报开发与经济
SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT ＆ ECONOMY
2011 年 第 21 卷 第 26 期
文章编号：1005－6033（2011）26－0194-04
（1） 采集单元：TSC 无功补偿装置需要实时地对负载侧的三 相电压及三相电流进行采样，以跟踪负载侧无功的变化。每次采 集到的数据都要进行简单的处理，例如数字滤波工作等，可采用 简单的算术平均法和算术均方根法来完成。采样可利用 DSP 的 定时中断来完成，根据负荷变化情况来确定中断时间。
（2）保护单元：本设计中，控制物理量采用以无功功率为主， 以电网电压为约束条件的控制方式。因此，当电网电压超出上限 或低于下限时，需要对电容器进行保护动作，以保证装置的安全 以及电网电压的输送质量。