煤礦供配電系統諧波的危害及治理

摘要：由于電力電子技術在電氣設備中的廣泛應用，以及其它非線性負荷的不斷增加，配電網絡中的諧波污染問題日益嚴重，以致降低了臨近供電線路的供電質量，甚至改變了某些供、用電設備的性能，已危及電力網和用電設備自身的安全和經濟運行。為此，諧波問題的分析和綜合治理也日益成為煤礦供配電人員廣泛關注的課題。本文就煤礦供配電系統諧波的成因與危害做了簡要探討，并提出了一些針對性的治理措施。

關鍵詞：供配電系統 諧波 危害 治理

1 諧波的主要來源

電力網絡的每個環節，包括發電、輸電、配電、用電都可能產生諧波，其中產生諧波最多位于用電環節上，而在用電環節諧波主要產生于非線性負荷用電設備。對于煤礦來說，諧波主要來自非線性負荷用電設備。

在煤礦的輸配電系統中存在大量的電力變壓器。變壓器就是一種非線性特性的用電設備，因為變壓器內鐵心飽和，磁化曲線的非線特性以及額定工作磁密位于磁化曲線近飽和段上等諸多因素，致使磁化電流呈尖頂形，內含大量奇次諧波。變壓器鐵心飽和度越高，其工作點偏離線性就越遠，產生的諧波電流就越大，嚴重時三次諧波電流可達額定電流的5%。

煤礦的其他非線性負荷用電設備主要有礦井提升機、通風機、主排水泵、帶式輸送機、架線式電機車等節能設備、交流弧焊機以及控制用的電力電子設備，諸如各種變頻器、交直流換流設備、變流器、整流設備等。

這些非線性負荷電氣設備的顯著的特點是：電網給這些負荷供給的是正弦波形的電壓，但它們從電網取用的是非正弦波形的電流，而這種非正弦的電流波形是由基波和與基波頻率成整數倍的諧波組成。

2 諧波在供配電網絡中的危害

①諧波會大大增加變壓器的磁滯損耗、渦流損耗、銅損，降低效率，噪聲增大，壽命縮短。②諧波會使電力電容器的電流變大，溫度升高，壽命縮短，還可能與電容器一起在電網中造成電力諧波諧振，使故障加劇。③諧波會使大量的異步電動機的銅損、鐵損增加，溫度升高，效率降低，同時還產生附加制動轉矩降低有功出力。④諧波電流會使輸電線路的銅損增加，會造成絕緣擊穿。⑤諧波會導致供配電系統中各類保護及自動裝置產生誤動或拒動，會嚴重威脅配電系統的安全穩定運行。⑥電能表是評價電能消耗重要而基本的測量工具，是用戶繳費的憑證，而諧波可能使電能計量產生較大誤差，嚴重時會導致計量混亂。⑦諧波會對通訊和信息系統產生干擾，降低信號的傳輸質量，不僅影響聲、像的清晰度和信息傳輸的準確性，嚴重時還會造成設備損壞。⑧諧波會刺激人體細胞，使正常的細胞膜電位發生快速波動或可逆的翻轉，當這種波動或翻轉頻率接近諧波頻率時，會影響人體大腦與心臟。

3 諧波的治理

既然諧波存在多方面的危害，采取必要的有效手段，避免或補償已產生的諧波，就顯得尤為重要。煤礦受經濟和環境的影響可采取以下治理措施：

3.1 合理選擇變壓器 變壓器采用Y/Δ，能阻止不平衡電流和3的倍數次高次諧波電流從副邊繞組傳到原邊的配電系統中。變壓器采用Δ/Y，能阻止不平衡電流和3的倍數次高次諧波電流從原邊繞組傳到副邊的配電系統中。礦井供配電系統中各級變壓器應多采用Δ/Y的接線。在根據負載確定電力變壓器額定容量時，應考慮諧波畸變而留有裕量。在礦井設計中一般應保證變壓器負荷率在70%～80%，該裕量可防范諧波引起的變壓器發熱危害。

3.2 對主要諧波源且功率因數較低的整流電路進行多重化改造，可減少輸入電流諧波，多重化連接就是增加換流裝置的脈動數，當脈動次數增加時，產生的諧波次數增高，而諧波電流近似與諧波次數成正比，因此一系列次數較低成分較大的諧波得以消除，減少了諧波源產生的諧波電流。

3.3 有變頻器的設備，在變頻器的輸入側加裝適當的電抗器，也可降低諧波電流。

3.4 加裝靜止無功補償裝置 快速變化的諧波源，如：礦井提升機、帶式輸送機、架線式電機車等，除了產生諧波外，往往還會引起供電電壓的波動和閃變，有的還會造成系統電壓三相不平衡，嚴重影響公用電網的電能質量。在諧波源處并聯裝設靜止無功補償裝置，可有效減小波動的諧波量，同時，可以抑制電壓波動、電壓閃變、三相不平衡，還可補償功率因數。

4 小結

現代煤礦工業中由于電力電子以及電子計算機等現代技術的廣泛使用，對電能質量造成了很大的影響，危及到煤礦工業的安全生產。針對越來越惡劣的電能質量，有效地抑制高次諧波，克服由于諧波問題導致用電裝置電能利用效率降低，故障率高的問題，保障設備的安全運行顯得尤為重要。

參考文獻：

[1]顧永輝，范廷瓚.煤礦電工手冊第八冊［M］.北京：煤炭工業出版社，1979

[2]任子暉，煤礦電網諧波分析與治理［M］北京：中國礦業大學出版社，2003

[3]劉燕燕、亓躍峰，電網諧波危害分析及在煤礦生產中的應用[J]存在現代電子技術，2005，(18).