煤礦供電系統(tǒng)的抑制諧振裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及抑制諧振裝置領(lǐng)域，特別是一種煤礦供電系統(tǒng)的抑制諧振裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多煤礦發(fā)生過(guò)瓦斯和煤塵爆炸事故，有些是瓦斯先爆炸再點(diǎn)燃煤塵發(fā)生爆炸;有些是單一的瓦斯或煤塵爆炸。盡管造成事故的誘發(fā)原因總是先尋找出有些設(shè)備運(yùn)行中發(fā)生機(jī)械摩擦或其它原因造成溫度升高著火，然后點(diǎn)燃瓦斯氣體或煤炭粉塵發(fā)生爆炸。且不說(shuō)機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備發(fā)生溫升的原因，有些煤礦的爆炸事故在發(fā)生瓦斯爆炸后，氣流沖擊揚(yáng)起煤炭粉塵后發(fā)生多次煤塵爆炸擴(kuò)大事故。爆炸威力之大與煤炭粉塵已經(jīng)積累了大量的能量處于一觸即發(fā)的狀態(tài)不無(wú)關(guān)系。使煤塵處于極易爆炸的狀態(tài)所需積累的能量是不小的，這樣大的初始啟動(dòng)能量只可能由電網(wǎng)提供。另外，礦井中若存在外力作用溫度升高現(xiàn)象，會(huì)使煤層中的瓦斯氣體加快逸出或使煤炭部分蒸發(fā)氣化。微波爐效應(yīng)主要是氫原子處于諧振狀態(tài)吸收電網(wǎng)發(fā)射出的電磁波能量造成溫度升高;瓦斯氣體是甲烷類(lèi)碳?xì)浠衔铮粋€(gè)分子中含有四個(gè)氫原子。同樣碳原子也會(huì)處于諧振狀態(tài)吸收電網(wǎng)發(fā)射出的電磁波能量造成油料溫度升高，只不過(guò)碳原子的活性比氫原子弱些。煤炭本身主要是碳原子，但分子鏈中含有大量的氫原子，在煤礦的配電網(wǎng)中發(fā)生氫原子和碳原子核外電子能級(jí)躍迀頻率相近或相同頻率的諧振是非常危險(xiǎn)的。
[0003]近年來(lái)，許多種類(lèi)的變頻調(diào)速電力電子元件在煤礦供電系統(tǒng)中大量應(yīng)用，導(dǎo)致煤礦供電系統(tǒng)中非線性負(fù)荷容量不斷增加。變頻調(diào)速技術(shù)的“節(jié)能”或“節(jié)電”原理是利用開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生模擬雷達(dá)變化頻率的高頻直流電脈沖電磁波，在變化頻率的過(guò)程中造成配電網(wǎng)對(duì)地阻抗特性的改變將氫原子或碳原子的諧振狀態(tài)破壞，可以達(dá)到抑制發(fā)熱效應(yīng)的目的。而且，此時(shí)的電磁場(chǎng)是直流電脈沖，理論上可以利用靜電原理將粉塵激化為一端帶正電、另一端帶負(fù)電的粒子，然后粉塵粒子帶異電端相互吸附達(dá)一定重量后墜落起到電除塵的效果。但是，煤炭粉塵本身是易燃品，而且炭本身具有良好的導(dǎo)電性，用直流電脈沖的電磁場(chǎng)施加在煤炭粉塵上仍存在爆炸的危險(xiǎn)。變頻器這樣近距離產(chǎn)生直流電脈沖電磁場(chǎng)的設(shè)備宜少量使用或者不用，如果出于調(diào)節(jié)電磁環(huán)境一定要用，最好在短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)或不連續(xù)運(yùn)行的電機(jī)上裝設(shè)變頻器，但同時(shí)配置阻波電抗器?？紤]到目前電網(wǎng)中的直流輸電設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生高頻直流電脈沖電磁場(chǎng)，而且會(huì)滲透到低壓側(cè)400V的民用配電系統(tǒng)中。即使在沒(méi)有高壓直流輸電換流站的地方，動(dòng)車(chē)或高鐵機(jī)車(chē)上的開(kāi)關(guān)管也會(huì)產(chǎn)生高頻直流電脈沖電磁場(chǎng)，而且同樣會(huì)滲透到低壓側(cè)400V的民用配電系統(tǒng)中。而且，能滲透變壓器絕緣的電流頻率主要是氫原子和碳原子有關(guān)的諧振頻率，因?yàn)榻^緣材料主要是碳?xì)浠衔?。所以，即使工廠的用電設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生直流電脈沖的電磁場(chǎng)，在易燃易爆場(chǎng)所為了確保安全生產(chǎn)也必須適當(dāng)隔離來(lái)自電網(wǎng)的高頻直流電脈沖的電磁場(chǎng)。
[0004]如圖1所示，煤礦深井供電系統(tǒng)的井上變電所給高壓馬達(dá)負(fù)載供電，如通風(fēng)、空壓機(jī)、提升機(jī)、絞車(chē)等；另配備地面低壓動(dòng)力變壓器，給井上的低壓負(fù)載供電。然后，從井上變電所用6kV饋線給井下中央變電所供電。按照煤礦供電系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)入礦井的配電線路上均應(yīng)裝設(shè)串聯(lián)電抗器。但最近個(gè)別煤礦進(jìn)行“技術(shù)革新”，取消入井串聯(lián)電抗器。從技術(shù)上來(lái)看，串聯(lián)電抗器抑制諧振且在電網(wǎng)與煤礦井下配電系統(tǒng)之間起一定隔離作用，是必不可少的。對(duì)于提升機(jī)、煤礦絞車(chē)、空壓機(jī)、通風(fēng)機(jī)等高壓馬達(dá)負(fù)載宜采用鐵芯電抗器阻波(與現(xiàn)在的通用設(shè)計(jì)相同)，變頻器產(chǎn)生的變化頻率的高頻直流電脈沖電流經(jīng)鐵芯電抗器阻波總體會(huì)有所減弱，但不同頻率的分量均能有所滲透或穿透，將變化頻率的電磁場(chǎng)送至井上變電所調(diào)節(jié)礦區(qū)的電磁大環(huán)境。而井下中央變電所的電源應(yīng)該串聯(lián)高頻阻波性能較好的電抗器，但空芯電抗器的雜散電磁場(chǎng)對(duì)其它設(shè)備影響較大、同時(shí)其它設(shè)備的電磁場(chǎng)也會(huì)在空芯電抗器上交鏈感應(yīng);不適合于現(xiàn)在已經(jīng)大量使用變頻調(diào)速設(shè)備的煤礦供電系統(tǒng)。還有，油浸紙絕緣和化纖絕緣帶的電抗器或鐵芯線圈浸在絕緣油中的電抗器對(duì)高頻率的信號(hào)阻擋效果不好。因此，建議將串聯(lián)空芯電抗器裝設(shè)在井上變電所戶內(nèi)，以免防雨外包裝降低了匝間絕緣;還是采用干式鐵芯電抗器(三相鐵芯電抗器的雜散電磁場(chǎng)最小)較好，同時(shí)適當(dāng)增大匝間距離，并采用無(wú)機(jī)化合物的絕緣材料包扎線圈。以減少匝間滲透電流，盡多發(fā)揮電抗器的阻波作用。
[0005]不論是空芯還是鐵芯串聯(lián)電抗器在對(duì)GHz數(shù)量級(jí)及以上頻率的諧振的抑制效果可能不明顯，不但在匝間有可能穿透，甚至可以部分跨過(guò)電抗器從空氣中穿越。已申請(qǐng)的“一種采用蓄電池投切抑制民用配電系統(tǒng)電磁諧振的電路”實(shí)用新型專(zhuān)利中提到:由于微波爐原理主要是利用氫原子的諧振頻率，而鉛酸蓄電池內(nèi)部電解液中含有大量氫離子;所以并聯(lián)蓄電池的接入可以有效抑制配網(wǎng)中的微波爐效應(yīng)，當(dāng)然對(duì)頻率較低的電磁諧振也有一定的抑制作用。對(duì)于碳原子的諧振可以借鑒采用并聯(lián)鉛酸蓄電池組抑制氫原子諧振的方法，采用負(fù)極含碳量較高的鋰離子電池組并聯(lián)后通過(guò)隔離電容器接入低壓母線。鋰離子電池電解液是含碳原子和氫原子的有機(jī)溶劑，具有良好的吸收碳原子諧振電流分量的作用；當(dāng)然也會(huì)吸收氫原子諧振電流分量，但吸收效果不如氫離子異?；钴S的無(wú)機(jī)酸液體。需要注意的是有些有機(jī)溶劑具有一定毒性，應(yīng)盡量選擇毒性較低的有機(jī)溶劑電解液的鋰電池;好在作為抑制措施使用的并聯(lián)鋰離子電池組處于靜態(tài)小電流運(yùn)行狀態(tài)，電解液的揮發(fā)量極少。這些電池組都只能在煤礦660V及380V或以下(127V、36V)的交流電壓母線上安裝，不能安裝在電壓更高的母線上?？紤]到煤礦礦井中氫原子的諧振也很?chē)?yán)重，仍然要裝設(shè)抑制氫原子諧振的并聯(lián)鉛酸蓄電池組?？紤]到礦井中的特殊運(yùn)行環(huán)境，建議蓄電池兩側(cè)的隔離電容器的配置:在660V母線上不論是在火線側(cè)還是零線側(cè)均采用容量較小的防爆電容器(要求有良好高頻特性的鋁箔紙介或固態(tài)化纖介質(zhì))，不采用電解電容或陶瓷電容。380V(單相220V)、127V和36V母線上火線側(cè)可以使用電解電容器，零線側(cè)使用有機(jī)化合物介質(zhì)的電容器或陶瓷電容器。應(yīng)該將蓄電池安裝在沒(méi)有鋼筋水泥且絕緣良好的地面上，以減少分布電流和分布電磁場(chǎng)的泄漏；蓄電池組應(yīng)橫向并行排列，且與電容器適當(dāng)拉開(kāi)距離。電容器容量選取按額定電流小于20%蓄電池組Ciq考慮，讓蓄電池起“蓄水池”的作用，電容器只是“水池”的入口和出口。660V交流母線相對(duì)地電壓達(dá)380V，應(yīng)考慮將火線側(cè)隔離電容器選取電容值小于零線側(cè)隔離電容器，可以大幅度降低蓄電池組的對(duì)地電壓。
[0006]礦井中220V、550V直流架線電機(jī)車(chē)的供電電源側(cè)直流母線上裝設(shè)蓄電池組，將蓄電池串聯(lián)成220V或550V直流電壓后并聯(lián)接入直流母線?？梢远鄶?shù)采用鉛酸蓄電池組，在礦井深處或采掘場(chǎng)所需要加強(qiáng)防范之處，多安裝一組負(fù)極含碳量較高的鋰離子電池組(電解液為有機(jī)溶劑)。在蓄電池組前串聯(lián)一個(gè)鐵淦氧磁芯的電抗器或鐵芯電抗器，此時(shí)直流架線電機(jī)車(chē)不論是直流驅(qū)動(dòng)還是逆變器之后交流驅(qū)動(dòng)，諧波電流或較低頻率的諧振電流均不會(huì)輕易注入造成蓄電池組的損壞。但蓄電池組仍可以有效吸收可滲透過(guò)電抗器的高頻率電流，對(duì)配電網(wǎng)的發(fā)熱諧振進(jìn)行有效抑制。蓄電池組盡量安裝在沒(méi)有鋼筋水泥或接地網(wǎng)的地面上，以減少分布泄露電流進(jìn)入接地網(wǎng)。
[0007]高頻直流電脈沖主要是通過(guò)電氣絕緣的滲透，從變壓器高壓側(cè)線圈傳到低壓側(cè)。通常，如果配有3、5、7、9次諧波濾波器兼無(wú)功補(bǔ)償濾波電容器組，需要隨負(fù)荷的波動(dòng)按功率因數(shù)考核的要求控制濾波器電容器的投切。若限流電抗器已經(jīng)選用三相鐵芯電抗器，通常情況下高頻直流電脈沖會(huì)有所抑制；在并聯(lián)電容器組上的殘留直流電壓較小，不會(huì)在投切過(guò)程中造成嚴(yán)重沖擊損壞電容器或燒斷熔絲。但是早些年生產(chǎn)的許許多多空芯限流電抗器若還在運(yùn)行，則應(yīng)該在限流電抗器旁并聯(lián)一個(gè)電阻器，可以一定程度地吸收高頻直流電脈沖的能量后減小電容器上殘余直流電壓。那些支路是否需要增設(shè)限流電抗器旁并聯(lián)電阻器，主要取決于該支路電容器組是否需要經(jīng)常投切；如果每一路電容器組均需要參與投切調(diào)節(jié)，則所有電容器組的限流電抗