煤礦供電系統諧波治理研究與應用

趙青華，梅景遜

（1.河南能源化工集團焦煤公司安監局；2.河南能源化工集團焦煤公司中馬村礦，河南　焦作　454150）

煤礦供電系統諧波治理研究與應用

趙青華1，梅景遜2

（1.河南能源化工集團焦煤公司安監局；2.河南能源化工集團焦煤公司中馬村礦，河南焦作454150）

摘要：針對煤礦企業來講，諧波是供電系統最大的危害，借助電網在供電系統的一系列環節當中工作，導致電網電壓出現畸形改變，還能夠損害煤礦企業的電氣裝置。為此，本文闡述了煤礦企業供電系統治理諧波的策略，以及煤礦供電系統治理諧波的應用效果。

關鍵詞：煤礦；供電系統；諧波；治理；應用

0　引言

隨著科學技術的發展，工業生產水平和人民生活水平的提高，非線性用電設備在電網中大量投運，造成了電網的諧波分量占的比重越來越大。諧波給電力系統帶來的危害十分嚴重。諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。對于煤礦企業來說，隨著礦井提升系統、井下絞車、通風系統以及運輸系統采用了變頻器驅動后，異常情況的發生更加頻繁和嚴重。因此說“諧波污染”已經成為煤礦企業供電系統的公害之一，很有必要對煤礦供電網絡進行諧波治理，消除諧波對其他設備所產生的干擾。

1　煤礦供電系統中諧波的原因和危害

煤礦供電系統中的主要諧波源是含半導體的非線性元件，如為礦井提升機通風機主排水泵帶式輸送機架線式電機車等設備節能和控制用的電力電子設備等，煤礦供電網絡諧波的危害主要是造成電網的功率損耗增加，設備壽命縮短，接地保護功能失靈，遙控功能失常，線路和設備過熱等，還會引起變電站局部的并聯或串聯諧振，造成電力互感器變電站系統中的設備和元件產生附加的諧波損耗，從而造成供電網絡設施損壞元器件老化，造成電子保護裝置誤動作，增大附加磁場的干擾等當諧波電流流經變壓器時會導致銅損和雜散損耗增加，諧波電壓則會使鐵損增加還可導致變壓器的基波負載容量下降，效率降低以及變壓器鐵芯振動，噪聲增加，壽命縮短諧波電流和電壓會造成電動機鐵損和銅損的增加，引起額外溫升，導致電動機效率降低，同時還產生附加轉矩增加噪聲，造成電動機振動而降低使用壽命諧波會造成電容器過電流，使電容器與供配電系統產生并聯諧振或串聯諧振，這將造成電容器迅速發生故障同時，電容器會放大諧波，增大諧波對礦井供配電系統的影響在導體中非正弦波電流與具有相同方均根值的純正弦波電流相比，會引起額外溫升，減小額定載流量，引發導體絕緣破壞或燒毀。諧波如果不經過治理直接進入上級電網，將會給電網帶來嚴重的諧波污染。

2　煤礦企業供電系統治理諧波的策略

結合有關的檢測能夠明確，大量的諧波存在于供電系統中，這務必會在電流的影響下流動在整個的系統當中，也會對一系列的用電裝置產生影響，會不利于煤礦企業的順利生產，為此，應當對諧波實施有效的治理策略。

2.1實施動態補償與治理諧波的一體化

此種手段是直接性地跟供電系統并聯或者是借助電抗并聯無功發生器中自換相的橋式變流電路，它里面的內部智能控制模塊可以探究運行且獲得無功補償，對橋式電路所輸出的交流電壓幅值和相位進行自動地調節，以使輸送進供電系統當中的電壓處在正弦波的形式，此種手段使得質量諧波和動態補償的功能得以實現。

2.2諧波補償設備的加設

針對煤礦生產來講，出現諧波的源頭是帶式輸送機、大功率提升機、通風機，在工作的過程中會導致高次諧波而形成污染。為此，應對變壓器而出現的諧波進行抑制，可以將諧波補償設備進行加設，保障電流根據正弦波輸送。像是往往使用的手段是加設五次單調諧濾波器在變頻器母線上，以及借助角形接線，針對單相使用一串七并的形

式。

2.3選用變壓器

變壓器當中存在著比較多的非線性元件，是出現諧波的一種重要器件。針對選用變壓器來講，務必選用科學、準確的接線手段，從而阻止3N次諧波電流和不平衡電力，避免由原變供電系統當中傳遞。針對星形（三角形）變壓器來講，不平衡電力和3N次諧波電流都能夠循環流動在初級繞組中，且不會在供電系統中傳遞。針對煤礦企業應用比較多的星形（三角形）變壓器，務必結合負載對變壓器的額定容量進行確定，并且還應思考出現諧波畸變，以預留出裕量，避免由于諧波導致變壓器的發熱。

2.4電力電纜線的科學選用

在選用電力電纜線的時候，務必兼顧其電纜的截面，先是需要思考倘若出現諧波就會導致電纜的發熱，為此，針對諧波可以擾動的裝置務必思考選用適宜的配線，借助有關計算公式對電纜承載流量時候所要求的裕量值進行計算。而斜長、弧垂、持續等一系列的要素會制約裕量值。例如，對于接續來講，搭接電線務必導致裕量的增量，并且還會受到接線工藝以及導地線長度的制約。從廣義上來講，不可以超出1.1m的接線長度，倘若根據2000m計算接地導線長度，那么會導致小于0.06%的裕量增量。

2.5改造諧波源

要想使得諧波消除，先應著眼于出現諧波的根源，而出現諧波的關鍵源頭是一系列非線性的元件，為此應立足于電子設備本身，實施有效的策略減少諧波的出現。其中，變流設備周期的強化可以使得脈動的次數減少，以及使得起伏的幅值大小降低，從而借助技術使得諧波員減小。實施這種策略務必借助波段檢測設備，在技術上對不正常的波段進行干預，并且還應當將頻率較高的因數整流器應用在供電系統當中，以對諧波源進行自動地改造。

3　煤礦供電系統治理諧波的應用效果

3.1提高了系統電源的質量

在治理諧波的時候，SVG投入濾波功能，大大地改善了電流和電壓的波形，跟正弦波非常得接近。顯著地降低了電流和電壓的畸變率，有著非常理想的改善效果，實現了國家標準的需要。除此之外，能夠在恒定電壓的形式下運行，在有效的范圍內設計供電系統的電壓，確保了供電系統電壓的穩定性，在額定工況點周圍運行用電裝置，使得用電裝置的工況參數得以有效地改善。

3.2提高了功率因數

能夠在恒定功率因數的形式下運行諧波治理的設備，以及設置相應范圍的功率因數，會結合系統的情況自動地對無功補償進行調整，通過顯示的后臺計算機報表，大大地提高了設備的功率因數，并且使得由于要求增加負荷而擴容電容器的情況解決。

3.3實現了理想的諧波治理效果

在治理諧波之后，實現了理想的諧波治理效果，大大地減少了總進線當中諧波的電流，各次諧波電流的含量和供電系統電壓畸變率都遠遠地低于國家的要求，并且使得主井饋出開關柜電流互感器電磁噪聲大、電容器嘯叫，以及變電所母排振動發響等一系列的情況消除。電容器未曾放大諧波，一系列的電容器組能夠長時間安全地工作，使得系統裝置的工作穩定性提高。

3.4實現了理想的節電效益

在治理諧波之后，每一年的節電量都非常得明顯，進而節省了電費的支出，不到兩年的時間就能夠對投資的資本進行回收。

4　結論

綜上所述，在科學技術不斷進步的影響下，在煤礦企業將更加先進的裝置投入，煤礦電網也得以迅速地發展，而普遍性地應用電子器件與大型非線性裝置，使得煤礦電網產生了大量諧波，進而形成了諧波污染，這不利于煤礦礦井電網安全性的提高。為此，分析和探索煤礦供電系統出現諧波的原理，且實施一定的解決策略進行治理，以保障煤礦供電系統與裝置的穩定性工作，進而使得供電質量得以改善，讓電能切實變成沒有污染的綠色化的能源。

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作者簡介：趙青華（1984—），男，河南淮陽人，2008年畢業于河南理工大學機電一體化專業，助理工程師，現從事機電安全監察與管理工作。