煤礦地面供電系統諧波治理的方法研究

張建茹

摘 要：在經濟發展的帶動下，電力企業持續穩定發展，供電系統在社會各行業中的應用更加廣泛，將供電系統具體應用在煤礦區過程中，產生一定的諧波問題，造成煤礦區嚴重的電網污染問題，加強煤礦地面供電系統的諧波治理，成為當前重要的研究課題?；诖?，本文簡析了供電系統產生諧波的原理，以及諧波的重要性，并具體分析治理煤礦供電系統諧波的措施，確保提升電網運行的穩定性。

關鍵詞：煤礦區;供電系統;諧波;治理方法

中圖分類號：TD61 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）09-0176-02

0引言

煤礦行業迅猛發展，需要各項現代化信息技術的支撐，同時，各類電子裝置的使用范圍更廣。在信息技術的支撐下，煤礦區信息化程度有待于進一步提升，進而減少供電裝置的故障問題，提升電網運行的可靠性。因此，相關煤礦區必須加強對供電系統諧波的危害性進行深入研究，確保煤礦區供電質量得到保證，從而保障煤礦區各類機電設備、裝置的安全性。

1供電系統諧波原理及其危害性

1.1原理

一般供電系統，電能質量的判定，包括頻率偏差、電壓偏差、電塔波動與閃變、三相不平衡、諧波含量等。其中，諧波直接關系到電能質量，諧波在周期內運行過程中，頻率一般是基波頻率的整數倍，供電系統中產生諧波的原因，通常與非線性負荷有關，在電流通過時，若電流形式與電壓之間未呈現線性關系，則會產生諧波。因此，治理供電系統的諧波問題，能夠有效改善供電系統運行的穩定性，提升供電質量。

1.2危害性

供電系統中的諧波，在一定程度上加大了電動機、變壓器的電阻，加劇了能量的消耗，溫度會在短時間內迅速上升，供電系統將嚴重受損，相關設備極易老化，運行周期也將大大縮短。諧波的運動頻率較快，其中任何一個諧波電壓，產生振動均會對電容器造成影響，甚至是爆炸，后果不堪設想。在諧波的影響下，繼電保護器，運行動作可能改變，供電設備、儀表裝置運行的穩定性、安全性得不到保障。同時，供電系統諧波的產生，直接影響系統本身的運行方式，可能導致通訊系統發生電磁耦合問題，進而影響到系統通訊線路的穩定性。諧波在煤礦供電系統中的危害包括：

1.2.1危害電力電纜

礦區供電系統產生諧波時，現場布設的電纜，將會釋放大量的諧波電流，嚴重影響供電區電壓的峰值，諧波頻率產生的強烈振動將會影響現場電壓的穩定性，甚至損壞電纜線路，由于煤礦區的性質非常特殊，包含了大量的爆塵、瓦斯，危險系數較大，諧波的產生直接威脅到煤礦區的正常供電、用電，影響礦區的正常工作、生產，安全性得不到保障。

1.2.2對電機的危害較大

供電系統諧波產生時，具有高頻率特點，大量的諧波電流存在于系統裝置回路中，對供電系統的損害性較大，尤其交流電機遭受諧波電流的侵襲，電機的軸承會嚴重受損，在諧波電流較大的情況下，直接燒壞電機，影響供電系統的正常運行使用。

1.2.3繼電保護動作錯誤

煤礦區供電系統產生諧波時，諧波電流可能持續增大，影響到系統的整個歸路，導致斷路器的診斷產生閉合現象，大大降低了斷路器開閉效果，一定程度上影響供電系統的繼電保護動作判斷，甚至造成惡性循環的效果，進而影響整個供電系統的穩定性。

1.2.4對變壓器的危害

煤礦生產中，供配電系統的諧波，對電力設備的損壞率呈上升趨勢，對供電系統的危害性極大，在運行過程中，容易導致變壓器鐵芯的諧波振動，從而產生更大的噪音，產生的影響十分惡劣，造成變壓器壽命縮短，對煤礦地面生產的影響巨大。

1.2.5危害通信信號

煤礦企業在生產過程中，廣泛應用供電設備，對設備使用的自動化程度較高，供電系統一旦產生諧波，將嚴重影響系統的整體運行情況，加劇系統的故障范圍，容易影響電能計量儀表的誤差，影響煤礦地面正常生產運行。

2治理煤礦地面供電系統諧波的有效對策

2.1煤礦供電系統出現諧波的原因

電力系統在煤礦現場用電過程中，系統裝置、非電力荷載元件均容易產生諧波，包括重要的機電元件，如主排水泵、提升機、直升機等，電力系統出現任何一種故障，均會影響煤礦地面的整體生產情況，干擾各設備信號，影響煤礦地面的正常工作。

2.2治理供電系統諧波的途徑

2.2.1受端治理

為更好保障煤礦地面供電的穩定性，必須采取及時有效的措施進行治理，合理選擇供電方式，選擇大容量的供電點，為諧波供電，避免電容器進一步放大諧波的電流范圍。此種方法的原理，采取的是抑制措施，通過增加串聯的方式，最大化提高諧波的抗干擾能力，并將電力系統設備控制在一定的環境中，更好改善諧波的性能，或者增加靈敏的諧波保護裝置，均可以提升諧波的治理效果。

2.2.2主動治理

主動治理，采取的是增加電流裝置的相數，采用多重技術，增加脈波數，通過電流疊加的方式，降低諧波，甚至消除諧波的頻率，將諧波的頻率范圍控制在最小范圍內[1]。有研究顯示，部分煤礦企業，通過改變諧波源配置、工作方式等，緩解諧波電流帶來的危害，或者采用集中諧波互補性裝置，將諧波電流進行適當的分散，通過限制諧波電流值，改變諧波的工作方式，同時，在安裝供電系統時，進行合理化的設置，并采用脈寬技術，降低諧波電流的幅值，具體情況下，需要結合煤礦區工作實際進行調整。

2.2.3被動治理

被動治理主要采用的是無源濾波器PE，利用其功能優勢，吸收諧波電流，同時可以實施無功率補償的方法，提升對系統的維護力度，煤礦區采用的常見方法為APE，通過補償、隔離諧波，降低諧波對供電系統的危害性，在諧波頻率振動較快的情況下，可以采用混合式的濾波器，減弱諧波電流，充分發揮被動治理方法的優勢性，其中，無源濾波的工作原理，是將多條單調諧波支路進行頻率調整，并把支路中的諧波頻率的總抗阻控制在零左右，從而更好地凸顯諧波的治理效果。

2.2.4合理選擇電力電纜

煤礦企業在電力電纜的選擇上，要充分考慮電纜截面材料的使用性能，考慮電纜發熱情況，根據電纜的載流量，具體分析電纜截面的級別，并在中性線截面中保留足夠的空間，減少諧波電流產生的集膚效應，進而保證中性線的發熱情況，得到有效的緩解，在電纜材料的選擇上，要安排專人進行材料審核，從源頭上保證電纜質量，促進供電系統運行的穩定性。

2.2.5變壓器的選擇

煤礦開采企業的供電系統中主要需要依托變壓器，在選擇變壓器過程中，要根據線路電壓的額定載容量合理選擇變壓器，從而緩解諧波電流振動帶來的發熱問題。同時，相關人員要充分考慮接線問題，合理選擇變壓器的接線方式，并不斷強化相關人員對諧波的危害性認識，從源頭上將諧波危害的萌芽，扼殺在搖籃中。

2.2.6安裝無功補償裝置

安裝無功補償裝置，能夠有效緩解設備的使用性能，通過加裝靜止無功補償裝置，避免諧波電流頻繁產生，減少電容器裝置串聯振動的現象。

2.3礦區供電系統諧波治理的具體治理案例分析

煤礦區的供電系統諧波總含量，需要進行具體的預測分析，某礦區地面供電線路為35kV，相關人員經過檢測發現35kV線路中的電壓諧波，超標嚴重，亟需進行治理，并在研究分析過程中，發現諧波頻率振動不斷增大，經過研究分析后，煤礦區制定了詳細的諧波治理方案，并嚴格要求相關人員，具體將方案進行落實[2]。方案內容包括，在有源濾波器中，加基波串聯支路，從根本上降低濾波器的容量，通過將諧波電流進行分散，提供較大的無功率補償，進而提升諧波的治理效果，為更好提升諧波治理效果，可以具體結合35kV線路電壓的特點，構建完善的治理系統，提升對諧波的治理效果。

在研究中發現，35kV電網中，第5次、6次諧波含量較高，通過對第5次、6次諧波的頻率進行調整，不斷加大功率的補償需求，更好提升對諧波的治理效果，通過有源部分的耦合變壓器與基波進行串聯，更好緩解諧波電流的抗阻，提升供電系統運行的穩定性，保證電網供電質量，最大化提升煤礦區的經濟效益。

2.4煤礦地面供電系統諧波仿真模型試驗分析

為治理好煤礦企業供電系統諧波問題，相關研究人員進行諧波電流仿真模擬試驗，對精細化展開分析研究，確保更好提升對諧波的治理效果。由于供電系統諧波電流直接關系到煤礦區作業的安全性，加強地面供電系統諧波的研究具有重要的現實意義。研究學者紛紛運用多元的探討方法進行諧波研究，為相關煤礦企業提供有價值的參考意見。

2.4.1煤礦供電系統內諧波模型研究

煤礦企業中的供電系統的諧波，包括兩種裝置，如整流裝置、變頻裝置，設計的技術種類較多，如單極性變頻、多電平變頻等，在礦區使用過程中，不可避免地會產生一定的諧波量，影響供電系統的周期性運轉情況，其中整流裝置，在使用過程中，產生大量的諧波，導致供電系統反復開閘、關閘，影響系統正常運行，甚至直接阻斷系統運行。研究人員，通過構建諧波電流仿真模型，進一步分析諧波性質，發現當變頻裝置保持不變的狀態下，改變載波，不會影響諧波電流的畸變，與諧波電流相吻合;當二極管導通角逐漸變化時，諧波電流會隨著角度的變大，逐漸減小，并呈現線性變化規律，二極管導通角，作為不可測的變量，對諧波電流，具有明顯的影響，需要相關人員進一步的研究分析[3]。通過仿真模型的構建，便于研究人員更好地制定諧波的治理方案，并提出一些建設性意見，確保最終有效解決諧波問題，促進供電系統更好地滿足礦區作業要求。

2.4.2供電系統諧波密度分析

研究人員在進行具體操作過程中，需要一切按照《電能質量公用電網諧波》規定，開展探究活動，并將諧波概率密度控制在合理的范圍內，減少計算上的偏差，并對具體得出的結果進行分析評價，促使煤礦地面諧波值，符合施工作業要求。在具體計算過程中，研究人員采取的是函數計算方法，并通過各項參數數據對比分析，具體分析故障產生的原因，更好為仿真模型的構建，提供可靠的依據明確試驗結果的精準性[4]。由于煤礦的開采頻率，不斷增加，開采規模不斷擴大，增加了煤礦開采企業難度，各項供電設備、設施隨之增加，諧波的密度值變化規律更加明顯。煤礦企業，需要不斷提升礦區各項信息化技術，提升數字化水平，為治理供電系統諧波問題夯實基礎。

3結語

綜上所述，新時代發展下，電能質量問題是社會各行業關注的焦點問題，在煤礦企業中，為更好提升供電的穩定性、合理性，必須加快采取對諧波治理的措施，從多方面控制諧波產生的電流量，從而更好保護供電系統，促進系統的正常運行，不斷提升煤礦企業開采效率，降低生產風險，提升煤礦生產的安全系數，推動煤礦企業健康長遠發展，為相關企業樹立榜樣。

參考文獻

[1] 史永輝，張學鵬，劉杰杰.企業供電系統諧波的處理策略[J].科技風，2020（9）：176.

[2] 豆軍強.煤礦供電系統諧波治理及無功補償[J].電子技術與軟件工程，2019（24）：222-223.

[3] 劉驍.煤礦供電系統諧波仿真模型分析試驗[J].機械研究與應用，2019，32（6）：156-158+161.

[4] 景白宇.煤礦供電系統無功功率補償技術應用研究[J].能源與節能，2019（5）：172-173+175.