في إنتاج مناجم الفحم، تُولّد أجهزة تحويل التردد ومقوّمات المعدات الكبيرة (مثل الرافعات الرئيسية وأجهزة التهوية) توافقيات هائلة وتستهلك طاقة تفاعلية. يؤدي هذا إلى ثلاث مشاكل حرجة: انخفاض معامل قدرة الشبكة، وارتفاع خسائر الخطوط، وحتى أعطال المعدات/مخاطر السلامة. بصفته جهازًا من الجيل الجديد لتحسين جودة الطاقة، يُعوّض مُولّد التباين الساكن (SVG) ديناميكيًا الطاقة التفاعلية ويُرشّح التوافقيات، مما يوفر ضمانًا آمنًا واقتصاديًا لأنظمة إمداد الطاقة في مناجم الفحم. تشرح هذه المقالة كيفية معالجة مُولّد التباين الساكن (SVG) لمشاكل إمداد الطاقة في مناجم الفحم، مُغطّيةً نقاط ضعف الشبكة، ومبادئ عمل مُولّد التباين الساكن (SVG)، وآثار تطبيقه.
أولا: نقاط الضعف في أنظمة إمداد الطاقة في مناجم الفحم: لماذا يُعد تدخل SVG ضروريًا ؟
تنبع مشاكل القدرة التوافقية والتفاعلية في شبكات مناجم الفحم من خصائص المعدات وقيود التعويض التقليدية. تعالج SVG هذه النقاط الأساسية:
1. التلوث التوافقي الشديد يُعرّض سلامة
- مصادر التوافقيات: تقوم محولات التردد (الرافعات، ضواغط الهواء) والمقومات بتوليد التوافقيات الثالثة/الخامسة/السابعة.
- التأثير المقاس: أظهرت حافلة 10 كيلو فولت في منجم الفحم أن THD الحالي يزيد عن 15٪ (التوافقي الخامس: 8٪، التوافقي السابع: 5٪)، مما أدى إلى زيادة درجة حرارة المحول بمقدار 10-15 درجة مئوية (تم تقصير عمر العزل بنسبة 30٪) والتداخل مع الاتصالات تحت الأرض (خطر إنذارات خاطئة لمراقبة الغاز).
- حل SVG: مخرجات تيار عكسي في الوقت الفعلي، مما يقلل THD إلى <5% ويزيل مخاطر الجذر.
2. اختلال التوازن في القدرة التفاعلية يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الطاقة
- مشكلة معامل القدرة : تبدأ المعدات بمعامل قدرة = 0.1-0.2 (الرافعات) وتعمل عند معامل قدرة = 0.7-0.8 (أقل بكثير من معيار الصناعة 0.9).
- الخسارة الاقتصادية : تجاوزت الغرامات السنوية للكهرباء مليون يوان؛ وتكبد خط 10 كيلو فولت خسارة سنوية إضافية قدرها 500 ألف كيلووات ساعة (حوالي 350 ألف يوان في تكاليف الكهرباء).
- حل SVG : يتتبع الطلب التفاعلي بشكل ديناميكي، مما يعزز PF إلى 0.96-0.98 لتجنب الغرامات وخفض خسائر الخطوط.
3. فشل التعويض التقليدي في الأحمال الديناميكية
- القيود التقليدية : الأجهزة السلبية (المكثفات الثابتة) بطيئة الاستجابة (≥500 مللي ثانية)، وغير قادرة على التعامل مع التشغيل/الإيقاف المتكرر للمعدات (الرافعات: 3-5 دورات/ساعة)، مما يؤدي إلى زيادة/نقصان التعويض. أدى الإفراط في التعويض في أحد المناجم إلى احتراق محولين تحت الأرض (ارتفع جهد الناقل من 10.5 كيلو فولت إلى 12.5 كيلو فولت).
- ميزة SVG : وقت الاستجابة ≤20 مللي ثانية، ومتابعة تغييرات الحمل بدقة لتجنب تقلبات الجهد وتلف المعدات.
II. المزايا الأساسية لـ SVG: لماذا يُعدّ الخيار المُفضّل لمناجم الفحم ؟
بفضل عاكس جهد عالي القدرة، يدمج نظام SVG التعويض التفاعلي والتخفيف التوافقي. وتتفوق مزاياه الرئيسية الخمس على المعدات التقليدية:
1. التعويض الديناميكي الكامل للأحمال
- الوظيفة : تعديل مستمر بين القدرة التفاعلية الحثية/السعوية المقدرة (لا يوجد تبديل لمجموعة المكثفات).
- مثال : يحتاج بدء تشغيل الرافعة إلى طاقة تفاعلية حثية → يخرج SVG تيارًا سعويًا؛ التشغيل العادي → يتم ضبط SVG تلقائيًا لتجنب التعويض الزائد.
- النتيجة : يستقر عامل ناقل 10 كيلو فولت عند 0.96-0.98 (تذبذب ≤ 0.02)، مقابل تذبذب 0.1 مع الأجهزة التقليدية.
2. تخفيف التوافقيات القوية مع إخراج
- أهداف مرنة : تعويض الطاقة التفاعلية بشكل مستقل، وتصفية التوافقيات المحددة (الثالثة/الخامسة/السابعة)، أو تحقيق التخفيف الكامل للتوافقيات.
- بيانات الاختبار : تقوم SVG بتصفية 92% من التوافقي الخامس و88% من التوافقي السابع، مما يقلل THD الشبكة من 15% إلى 2.26% (متوافق مع GB/T 14549-1993).
3. السلامة والموثوقية والتصميم
- مزايا الأجهزة : تعتمد على IGBT (بدون أجزاء دوارة، متوسط الوقت بين الأعطال ≥50000 ساعة)؛ تخزين مكثف التيار المستمر يقلل الحجم إلى 1/3 من الأجهزة التقليدية.
- سيناريو ملائم : تتكيف إصدارات SVG المحمولة مع المساحات الضيقة تحت الأرض وعمليات نقل واجهة العمل.
4. الاستجابة السريعة تُثبّت مصدر
- التحكم في الجهد: استجابة ≤20 مللي ثانية تُخفف الوميض/الانخفاض. تسبب تشغيل جهاز التهوية الرئيسي في منجم في انخفاض الجهد بنسبة 15%، فخفضه SVG إلى أقل من 3% (مما أدى إلى تجنب تراكم الغازات نتيجة إيقاف التشغيل).
- التوازن الحالي: يقلل عدم التوازن ثلاثي الطور من 12% إلى أقل من 2%، مما يحمي المحركات من التحميل الزائد.
ثالثًا: تطبيق عملي لـ SVG: تم التحقق من
قام منجم فحم بتركيب مجموعتين من مولدات SVG عالية الجهد من طراز SVG-3600/10 في محطته الفرعية 35/10 كيلو فولت. وقد أكدت محاكاة MATLAB والاختبارات الميدانية النتائج عبر ثلاثة أبعاد رئيسية:
1. تم تحسين
قبل استخدام نظام SVG، كان التشوه التوافقي الكلي الحالي (THD) في ناقل 10 كيلو فولت 15.3%، مع نسبة 8.2% و7.5% و4.8% للتوافقيات الثالثة والخامسة والسابعة على التوالي. كان معامل القدرة 0.78، وتراوح تذبذب الجهد بين ±8%، ووصل تذبذب الجهد إلى 1.2%. بعد استخدام نظام SVG، انخفض معامل القدرة الكلي الحالي (THD) في ناقل 10 كيلو فولت إلى 2.26%، مع نسبة 1.1% و0.8% و0.5% للتوافقيات الثالثة والخامسة والسابعة على التوالي. ارتفع معامل القدرة إلى 0.97، وتم التحكم في تذبذب الجهد ضمن ±2%، وانخفض تذبذب الجهد إلى 0.3%، مما يُلبي جميع متطلبات تشغيل معدات مناجم الفحم.
2. توفير
فيما يتعلق بخسائر خطوط الكهرباء، انخفض تيار خط 10 كيلو فولت من 850 أمبير إلى 680 أمبير، مما أدى إلى خفض الخسائر بنسبة 31% وتوفير 520,000 كيلوواط/ساعة من الكهرباء سنويًا (ما يعادل 364,000 يوان من تكاليف الكهرباء). أما بالنسبة لعمر المعدات، فقد انخفضت خسائر التوافقيات للمحول بنسبة 40%، مما أدى إلى خفض درجة حرارة المحول بمقدار 8 درجات مئوية، وإطالة عمره الافتراضي بخمس سنوات. كما انخفض معدل أعطال المحركات تحت الأرض من 12% إلى 3%، مما أدى إلى خفض تكاليف الصيانة السنوية بمقدار 280,000 يوان. وإجمالاً، حقق منجم الفحم فوائد شاملة سنوية بلغت 1.53 مليون يوان (جمعت بين توفير تكاليف الكهرباء وتخفيضات الصيانة)، مع فترة استرداد استثمارية تبلغ 1.8 سنة فقط.
3. تعزيز ضمان السلامة
نظام SVG مُجهّز بوظائف حماية متعددة، تشمل الحماية من الجهد الزائد والتيار الزائد والسخونة الزائدة، وهو مُتصل بنظام إمداد الطاقة العام لمنجم الفحم. عند حدوث عطل في الشبكة، يُمكن لـ SVG قطع التيار الكهربائي خلال 10 مللي ثانية لمنع امتداد العطل. بعد تطبيق SVG، لم يعد منجم الفحم يُعاني من تلف المعدات أو انقطاع الإنتاج بسبب مشاكل جودة الطاقة، ومُدّدت دورة الإنتاج الآمنة إلى 18 شهرًا.
رابعًا: توصيات تطبيق SVG في مناجم الفحم: تعظيم الآثار
للاستفادة الكاملة من SVG ، ركز على 3 خطوات رئيسية أثناء الاختيار والنشر:
1. اختيار دقيق لمطابقة الأحمال
- حساب السعة : بناءً على أقصى طلب تفاعلي + محتوى التوافقيات. مثال: رافعة بقدرة 1250 كيلوواط بمعامل قدرة 0.7 تتطلب سعة SVG لا تقل عن 680 كيلو فولت أمبير (محسوبة كالتالي: 1250 × (1/0.7 - 1/0.98) ≈ 680 كيلو فولت أمبير)، ويُنصح بهامش ربح بنسبة 20% لاستيعاب تقلبات الحمل.
- مستوى الجهد : يُفضل استخدام SVG من فئة 10 كيلو فولت لمحطات الطاقة الأرضية، بينما يُعد SVG من فئة 6 كيلو فولت أو 1140 فولت مناسبًا لشبكات إمداد الطاقة تحت الأرض لتتناسب مع درجات الجهد المختلفة.
2. النشر العقلاني بالقرب من المصادر
- المبدأ : تركيب SVG بالتوازي مع نقاط توليد الطاقة التفاعلية والتوافقية الرئيسية (مثل حافلات توزيع الرافعات وأجهزة التهوية). هذا يُقلل مسافة نقل الطاقة التفاعلية والتوافقية في الخطوط، مما يُقلل الخسائر الإضافية.
- الحالة : قام أحد مناجم الفحم بتثبيت SVG مباشرة في غرفة توزيع الطاقة الرئيسية بدلاً من المحطة الفرعية الرئيسية، مما أدى إلى تقليل خسائر الخطوط بنسبة 15% إضافية مقارنة بطريقة النشر التقليدية.
3. التحكم المرتبط بأنظمة
- التكامل : ربط نظام التحكم SVG بنظام مراقبة الطاقة في منجم الفحم (على سبيل المثال، نظام SCADA) لتحقيق المراقبة عن بعد في الوقت الحقيقي وتعديل المعلمات تلقائيًا.
- مثال : قبل ١٠٠ مللي ثانية من بدء تشغيل الرافعة (عندما يرتفع الطلب التفاعلي)، يدخل نظام SVG تلقائيًا في حالة استعداد لضمان التعويض التفاعلي في الوقت المناسب بمجرد بدء تشغيل الرافعة. عند تغير الحمل تحت الأرض (مثل تعديل سرعة جهاز التهوية)، يضبط نظام SVG إنتاجه آنيًا دون تدخل يدوي.
V. الخاتمة: SVG - الخيار الحتمي لتطوير
في عصر تعدين الفحم الذكي والصديق للبيئة، يُعدّ SVG الجهاز الأساسي لتحسين إمدادات الطاقة، بفضل تعويضه الديناميكي، وتخفيفه التوافقي، ومزاياه المتعلقة بالسلامة. فهو لا يقلل استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل فحسب، بل يحمي أيضًا المعدات من التلف الناتج عن رداءة جودة الطاقة، مع الالتزام بمعايير جودة الطاقة الصناعية الصارمة بشكل متزايد.
إذا كان منجم الفحم الخاص بك يواجه تحديات مثل انخفاض معامل القدرة، أو التوافقيات المفرطة، أو أعطال المعدات المتكررة المتعلقة بجودة الطاقة، فيرجى مشاركة التفاصيل، بما في ذلك:
- أنواع ومعايير المعدات الرئيسية (على سبيل المثال، قوة الرفع، وعدد أجهزة التهوية)
- بيانات جودة الطاقة الحالية (على سبيل المثال، قيمة THD، وعامل القدرة)
ستقوم شركة Hengrong Electric CO., LTD. بتخصيص حل تطبيق SVG الحصري لمساعدة منجمك على تحقيق مصدر طاقة آمن وفعال واقتصادي، ودعم الإنتاج المستقر على المدى الطويل!